En los campos de equipos médicos, electrónica de consumo y fabricación de automóviles, las piezas de plástico se han convertido en componentes centrales de varios productos debido a sus ventajas de ligereza, bajo costo y alta flexibilidad de diseño. Sin embargo, el mecanizado CNC de piezas de plástico siempre se ha enfrentado a un desafío complicado: deformación. Problemas como la deformación, la flexión y la desviación dimensional no solo conducen a un aumento en las tasas de rechazo de piezas, sino que también pueden retrasar los ciclos de producción y aumentar los costos. Como proveedor profesional de servicios de CNC, Elite Mold Tech ha estado profundamente arraigado en la industria durante más de diez años. Con el objetivo de abordar los puntos débiles de la deformación del mecanizado de plástico, hemos desarrollado una solución de cadena completa, desde el preprocesamiento del material hasta la entrega del producto terminado, brindando a los clientes globales servicios de mecanizado de piezas de plástico de alta precisión y alta estabilidad.
Los plásticos difieren significativamente de los metales en sus propiedades físicas, lo que hace que las causas de la deformación durante el mecanizado sean más complejas. Solo identificando con precisión las causas fundamentales se pueden formular contramedidas efectivas.
La mayoría de las materias primas plásticas (como láminas y varillas) forman tensión residual debido a las velocidades de enfriamiento desiguales y la fuerza desigual durante la extrusión o el moldeo por inyección, similar a un resorte comprimido. Durante el mecanizado CNC, cuando la herramienta elimina parte del material, se rompe el equilibrio de tensión original y la tensión residual impulsa el material restante a deformarse:
- Piezas de pared delgada de gran área: Como carcasas de teléfonos móviles y paneles de instrumentos, son propensas a la deformación en forma de "silla de montar" con el centro sobresaliendo y los bordes deformándose después del mecanizado;
- Piezas estructurales complejas: Las piezas con nervaduras y orificios pueden sufrir distorsión local debido a la liberación desigual de la tensión, con una desviación de la posición del orificio que alcanza los 0,2-0,5 mm.
Podemos observar intuitivamente la distribución de la tensión a través de equipos de detección de tensión, proporcionando una base precisa para el tratamiento de recocido posterior.
La conductividad térmica de los plásticos es solo 1/10-1/100 de la de los metales (por ejemplo, la conductividad térmica del aluminio es de 237 W/(m·K), mientras que la del ABS es de solo 0,25 W/(m·K)), y tienen bajos puntos de ablandamiento (la mayoría de los plásticos se ablandan a 80-150°C). Durante el mecanizado, el calor de fricción entre la herramienta y el material no se puede disipar rápidamente, lo que lleva a una serie de problemas:
- Fusión local: Cuando la temperatura en el área de corte excede el punto de ablandamiento, los plásticos se pegarán al filo de la herramienta para formar "bordes acumulados", lo que resultará en una rugosidad superficial excesiva (valor Ra de hasta 3,2μm o más);
- Expansión térmica diferencial: El calentamiento desigual en diferentes áreas de la pieza conduce a una diferencia de la tasa de expansión térmica de 0,1%-0,5%, y la contracción inconsistente después del enfriamiento causa deformación permanente.
Por ejemplo, al mecanizar materiales POM, si la velocidad del husillo es demasiado alta (superior a 5000 rpm), la temperatura en el área de corte puede subir a 120°C en solo 10 segundos, lo que resulta en una desviación dimensional de la pieza de más de 0,3 mm.
El módulo elástico de los plásticos es mucho más bajo que el de los metales. Por ejemplo, el módulo elástico del PC es de 2,2 GPa, solo 1/20 del acero. Los métodos de sujeción rígidos tradicionalmente utilizados en el mecanizado de metales pueden causar fácilmente deformación:
- Sujeción de un solo punto: La presión concentrada ejercida por la fijación en piezas de paredes delgadas causa flexión en forma de "arco", con un rebote de 0,1-0,8 mm después de la liberación;
- Sujeción sin soporte: Al mecanizar piezas de plástico largas en forma de tira, si solo se fijan los dos extremos, la parte central se hundirá debido a la fuerza de corte, lo que resultará en una desviación de la rectitud excesiva después del mecanizado.
Un cliente usó una mordaza para sujetar láminas de PC de 1,5 mm de espesor, lo que provocó una desviación de la planitud de 1,2 mm después del mecanizado, y las 200 piezas del lote fueron desechadas.
Las diferencias en las propiedades de los diferentes plásticos afectan directamente la estabilidad del mecanizado, entre las cuales la absorción de humedad y las fluctuaciones de lote son los dos principales incentivos:
- Deformación por absorción de humedad: Materiales como el nailon y el PEEK tienen una tasa de absorción de agua del 1%-3%. Después de absorber la humedad, su volumen se expande y se contraen después del secado durante el mecanizado, lo que resulta en una desviación dimensional del 0,5%-1%. Por ejemplo, las piezas de nailon 66 aumentarán de tamaño en 0,3 mm cuando se colocan en un ambiente con un 60% de humedad durante 24 horas;
- Diferencias de lote: Incluso para plásticos del mismo grado, diferentes fabricantes tienen diferentes purezas de materia prima y proporciones de aditivos, lo que lleva a fluctuaciones en las propiedades mecánicas (por ejemplo, diferencia de resistencia a la tracción de hasta el 10%), y es probable que ocurra una deformación inconsistente bajo los mismos parámetros de mecanizado.
Confiando en un equipo técnico profesional, una configuración de equipos avanzada y una rica experiencia práctica, hemos construido un sistema de control de deformación de cadena completa de "preprocesamiento - mecanizado - inspección - posprocesamiento", proporcionando soluciones personalizadas para diferentes materiales plásticos y piezas estructurales.
Formulamos procesos de recocido personalizados basados en las propiedades del material, lo que permite que las cadenas moleculares se relajen por completo a través de un calentamiento lento, conservación del calor y enfriamiento:
- Material de PC: Mantener a 120°C durante 2-3 horas, controlar la velocidad de enfriamiento a 5°C/hora, lo que puede reducir la tensión residual en más del 80%;
- Material PMMA: Mantener a 80-90°C durante 4 horas, resolviendo eficazmente los problemas de "agrietamiento" y "deformación" después del mecanizado;
- Material POM: Mantener a 60-70°C durante 1-2 horas, evitando el "agrietamiento por tensión residual" después del mecanizado.
Utilizamos hornos de recocido de temperatura constante programables con una precisión de control de temperatura de ±1°C para garantizar efectos de recocido estables.
Para los plásticos higroscópicos, establecemos una gestión de circuito cerrado de "almacenamiento - secado - mecanizado":
- Entorno de almacenamiento: Almacén de temperatura y humedad constantes (temperatura 20-25°C, humedad 30-40%), equipado con deshumidificadores y sistemas de monitoreo de temperatura y humedad en tiempo real;
- Proceso de secado: Utilice secadores de circulación de aire caliente y ajuste los parámetros de acuerdo con los materiales:
- Nylon 6/66: Secar a 80-90°C durante 6-8 horas, reducir el contenido de humedad por debajo del 0,1%;
- PEEK: Secar a 120-130°C durante 4-6 horas para asegurar que no haya burbujas ni expansión durante el mecanizado;
- ABS: Secar a 70-80°C durante 4 horas para evitar "rayas plateadas" en la superficie después del mecanizado.
Después del secado, los materiales se prueban con un medidor de humedad y solo pueden ingresar al proceso de mecanizado si están calificados.
Se realizan pruebas de rendimiento integrales para cada lote de materias primas entrantes:
- Propiedades mecánicas: Pruebe la resistencia a la tracción y el módulo de flexión a través de una máquina de prueba universal para asegurar que cumplan con los requisitos de mecanizado;
- Propiedades térmicas: Pruebe la temperatura de transición vítrea y la temperatura de fusión utilizando un calorímetro diferencial de barrido (DSC) para proporcionar una base para la configuración de los parámetros de corte;
- Apariencia y dimensiones: Verifique si hay rasguños e impurezas en la superficie de la materia prima y mida la tolerancia del grosor de la lámina para asegurar la uniformidad.
Abandonamos la configuración de parámetros "única para todos" y personalizamos las soluciones de acuerdo con la dureza, la resistencia al desgaste y la sensibilidad térmica de los plásticos:
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