Пластычная дэфармацыя поліэтылену — сапраўдная праблема. Адзін няправільны разрэз, і ваша дэталь дэфармуецца, выкручваецца або сціскаецца па-за межамі дапушчальнага значэння. Мы бачылі гэта незлічоную колькасць разоў.
Кантроль дэфармацыі поліэтылену пры апрацоўцы на станках з ЧПУ зводзіцца да пяці асноўных аспектаў: разуменне прычын дэфармацыі, зніжэнне ўнутранага напружання перад рэзкай, кіраванне цяплом падчас рэзкі, выкарыстанне правільнага прыстасавання і кантроль хуткасці падачы. Калі вы будзеце рабіць гэта правільна, вашы дэталі з поліэтылену захаваюць свае памеры.
Як кантраляваць пластычную дэфармацыю ПЭ пры апрацоўцы на станках з ЧПУ
Мы рэгулярна працуем з поліэтыленавымі матэрыяламі на нашай фабрыцы ў Куньшані. Некаторыя з нашых кліентаў звяртаюцца да нас менавіта таму, што ў іх узніклі праблемы з дэфармацыяй у іншых пастаўшчыкоў. За гады працы мы зразумелі, што поліэтылен паводзіць сябе зусім інакш, чым метал, і нельга абыходзіцца з ім гэтак жа. Пяць метадаў, апісаных ніжэй, мы выкарыстоўваем кожны дзень, каб падтрымліваць дапушчальныя значэнні для нашых дэталяў з поліэтылену.
Чаму матэрыял PE дэфармуецца падчас апрацоўкі на станках з ЧПУ?
Большасць машыністаў ведаюць, што поліэтылен дэфармуецца. Але не многія ведаюць дакладна, чаму гэта адбываецца. Не разумеючы першапрычыны, можна проста здагадвацца пра рашэнні.
ПЭ дэфармуецца падчас апрацоўкі на станках з ЧПУ з-за нізкай цеплаправоднасці, высокага каэфіцыента цеплавога пашырэння і значных унутраных напружанняў, якія ўзнікаюць у выніку вытворчага працэсу. Гэтыя тры фактары разам робяць ПЭ адным з найбольш схільных да дэфармацыі матэрыялаў у механічнай вытворчасці.
Чаму поліэтыленавы пластык дэфармуецца падчас апрацоўкі на станках з ЧПУ
Каб зразумець дэфармацыю ПЭ, трэба больш глыбока паглядзець на матэрыял. ПЭ — гэта паўкрышталічны палімер. Гэта азначае, што ўнутры яго структуры ёсць як крышталічныя, так і аморфныя вобласці. Гэтыя дзве вобласці рэагуюць на цяпло і сілы рэзання з рознай хуткасцю. Калі рэжучы інструмент выпрацоўвае цяпло, аморфныя вобласці размякчаюцца і расслабляюцца хутчэй, чым крышталічныя. Гэтая нераўнамерная рэакцыя стварае напружанне ўнутры дэталі, і гэта напружанне выклікае дэфармацыю і зрушэнне памераў.
Тры асноўныя прычыны дэфармацыі поліэтылену
| Выклікаць | Што здарылася | Чаму гэта важна |
|---|---|---|
| Нізкая цеплаправоднасць | Цяпло застаецца ў зоне рэзання | Тэмпература хутка нарастае і размякчае матэрыял |
| Высокае цеплавое пашырэнне | Матэрыял значна пашыраецца пад уздзеяннем цяпла | Памеры змяняюцца падчас і пасля рэзкі |
| Рэшткавае ўнутранае напружанне | Напружанне, зафіксаванае пры экструзіі або фармаванні | Вылучаецца падчас апрацоўкі, выклікаючы дэфармацыю |
Існуе таксама фактар, спецыфічны для маркі сплаву. UHMWPE і HDPE паводзяць сябе вельмі па-рознаму пры аднолькавых умовах рэзання. UHMWPE мае значна большую малекулярную масу, што азначае, што ён больш схільны да размазывання і закаркоўвання інструмента. HDPE больш устойлівы да ўздзеяння шкодных рэчываў, але ўсё ж патрабуе стараннага кіравання тэмпературай. Веданне канкрэтнай маркі PE перад пачаткам планавання стратэгіі апрацоўкі не з'яўляецца абавязковым. Гэта першы крок.
Якія асноўныя прычыны дэфармацыі пластыкавых дэталяў пры апрацоўцы на заказ?
Вы пастаўляеце дэталь, якая выглядае ідэальна. Праз два дні ваш кліент тэлефануе і кажа, што яна дэфармаваная. Такое здараецца. І гэта раздражняе ўсіх удзельнікаў.
Дэфармацыя пластыкавых дэталяў пры апрацоўцы на заказ часцей за ўсё выклікана нераўнамерным зняццем напружання, асіметрычным выдаленнем матэрыялу і няправільным заціскам. Гэтыя тры прычыны, якія дзейнічаюць асобна або разам, прыводзяць да дэфармацыі дэталі, часам праз некалькі гадзін ці дзён пасля таго, як яна пакідае станок.
Асноўныя прычыны дэфармацыі пластыкавых дэталяў пры апрацоўцы з ЧПУ
Дэфармацыя — гэта не толькі праблема апрацоўкі. Яна пачынаецца яшчэ да таго, як вы зробіце першы раз рэз. Запасны матэрыял з поліэтылену нясе ўнутранае напружанне з-за працэсу экструзіі або фармавання, які выкарыстоўваецца для яго вырабу. Гэта напружанне замарожанае, пакуль матэрыял застаецца цэлым. У момант, калі вы пачынаеце выдаляць матэрыял, вы парушаеце баланс сіл унутры дэталі. Напружанне, якое было заблакавана, цяпер мае месца для руху, і яно рухаецца.
Як працуе кожная прычына дэфармацыі
| Выклікаць | Механізм | Агульны сцэнар |
|---|---|---|
| Нераўнамернае зняцце стрэсу | Матэрыял расслабляецца з рознай хуткасцю па ўсёй дэталі | Адзін бок плоскай пліты выгінаецца ўверх пасля абліцоўвання |
| Асіметрычнае выдаленне матэрыялу | Большая колькасць матэрыялу, выдаленага з аднаго боку, стварае дысбаланс сіл | Глыбокія кішэні апрацаваны толькі з аднаго боку |
| Няправільнае зацісканне | Празмерная або нераўнамерная сіла заціску дэфармуе дэталь падчас апрацоўкі | Тонкія сценкі, здрабненыя стандартнымі губкамі ціскоў |
| Цеплавы градыент | Нераўнамернае размеркаванне цяпла прыводзіць да нераўнамернага пашырэння | Адзін канец доўгай дэталі награваецца мацней за другі |
Найбольш небяспечны сцэнар — асіметрычнае выдаленне матэрыялу. Пры апрацоўцы вялікай кішэні з аднаго боку поліэтыленавай пласціны выдаляецца матэрыял, які ўраўнаважваў унутранае напружанне з гэтага боку. На другім баку ўсё яшчэ захоўваецца першапачатковае напружанне. Дэталь згінаецца ў бок, з якога быў выдалены матэрыял. Рашэнне заключаецца ў тым, каб апрацоўваць абодва бакі паэтапна, чаргуючы разрэзы, каб падтрымліваць баланс напружання на працягу ўсяго працэсу. Гэта дадае час, але гэта правільны спосаб апрацоўкі такога тыпу дэталі.
Як можна паменшыць унутранае напружанне перад апрацоўкай кампанентаў з поліэтылену?
Вы можаце выкарыстоўваць найлепшыя інструменты, правільныя хуткасці і ідэальныя прыстасаванні. Але калі ваша сыравіна поўная ўнутраных напружанняў, вашы дэталі ўсё роўна будуць рухацца пасля апрацоўкі.
Унутранае напружанне ў поліэтыленавых кампанентах можна значна знізіць перад апрацоўкай з дапамогай двухэтапнага працэсу адпалу. Першы этап накіраваны на павярхоўнае напружанне пры тэмпературы каля 80°C, а другі этап накіраваны на глыбокую рэлаксацыю ўнутранага напружання пры тэмпературы каля 120°C.
Як паменшыць унутранае напружанне ў поліэтылене перад апрацоўкай на станках з ЧПУ
Адпал — найбольш эфектыўная папярэдняя апрацоўка поліэтыленавых вырабаў. Прынцып просты. Вы награваеце матэрыял да кантраляванай тэмпературы, трымаеце яго там дастаткова доўга, каб напружанне знялося, а затым павольна астуджаеце. Хуткае астуджэнне зноў уводзіць напружанне, таму хуткасць астуджэння мае такое ж значэнне, як і тэмпература нагрэву.
Двухэтапны пратакол адпалу ПЭ
| Этап | тэмпература | Мэта | Час вытрымкі |
|---|---|---|---|
| Этап 1 - Палягчэнне паверхні | 80 ° C | Рэлаксацыя рэшткавага напружання на паверхні | 1 гадзіна на кожныя 10 мм таўшчыні |
| Этап 2 - Глыбокая рэлаксацыя | 120 ° C | Зняць напружанне ў асяродку матэрыялу | 2 гадзіны на кожныя 10 мм таўшчыні |
| Астуджэнне | Пакаёвая тэмпература | Прадухіленне паўторнага ўзнікнення цеплавога напружання | Павольнае астуджэнне паветрам, без гашэння |
Акрамя адпалу, мы таксама рэкамендуем перапынак паміж чарнавой і чыставой апрацоўкай ад 24 да 48 гадзін. Чарнавая апрацоўка адразу здымае вялікую колькасць напружання. Дэталі патрэбен час для стабілізацыі, перш чым вы будзеце апрацоўваць канчатковыя памеры. Калі вы пяройдзеце адразу ад чарнавой да чыставой апрацоўкі без гэтага перапынку, дэталь будзе працягваць рухацца пасля чыставой аперацыі. Мы назіралі зрухі памераў ад 0.1 мм да 0.3 мм на працягу некалькіх гадзін пасля чарнавой апрацоўкі. Для дэталяў з жорсткімі допускамі гэты зрух выведзе вас з тэхнічных характарыстык яшчэ да таго, як вы дасягнеце этапу кантролю.
Якія стратэгіі астуджэння прадухіляюць тэрмічную дэфармацыю ў поліэтыленавых пластыках?
Цяпло — ваш галоўны вораг пры апрацоўцы поліэтылену. Занадта моцнае цяпло размякчае матэрыял, змяняе яго памеры і выклікае незваротную дэфармацыю. Правільнае астуджэнне неабавязковае.
Найлепшыя стратэгіі астуджэння для поліэтыленавых пластыкаў ўключаюць мінімальную колькасць змазкі (MQL) для марак HDPE і крыягеннае астуджэнне для марак UHMWPE. Мэта складаецца ў тым, каб адвесці цяпло ад зоны рэзання, не заліваючы дэталь вадкасцю, якая выклікае ўласныя праблемы з памерамі.
Стратэгіі астуджэння для прадухілення цеплавой дэфармацыі ў поліэтыленавых пластыках
Розныя маркі поліэтылену рэагуюць на розныя метады астуджэння. Гэта адна з абласцей, дзе нельга выкарыстоўваць універсальны падыход. HDPE мае меншую малекулярную масу і добра пераносіць MQL. Невялікі накіраваны струмень туману падтрымлівае інструмент астуджаным і адводзіць стружку ад зоны рэзання. Звышвысокамолекулярный поліэтылен (UHMWPE) — гэта іншая гісторыя. Яго вельмі высокая малекулярная маса азначае, што пры награванні ён размазваецца, а не рэжа чыста. Для UHMWPE крыягеннае астуджэнне вадкім азотам або вуглякіслым газам зніжае тэмпературу зоны рэзання дастаткова нізка, каб матэрыял заставаўся далікатным і ўтвараў стружку, а не мяккім і размазываўся.
Марка PE ў параўнанні з рэкамендаванай стратэгіяй астуджэння
| Ацэнка PE | Рэкамендаванае астуджэнне | Чаму |
|---|---|---|
| ПНД | Мінімальная колькасць змазкі (MQL) | Вытрымлівае ўмераныя тэмпературы, MQL захоўвае інструмент чыстым |
| СВМПЭ | Крыягеннае астуджэнне (LN2 або CO2) | Высокая малекулярная маса выклікае размазыванне пры награванні |
| ПВД | Паветраны струмень з MQL | Мяккі матэрыял, лішняя вадкасць можа выклікаць праблемы з памерамі |
Стратэгія перыядычнага рэзання працуе разам з вашым метадам астуджэння. Замест бесперапынных рэзаў вы перыядычна спыняеце інструмент, каб цяпло рассейвалася. Гэты падыход значна зніжае сукупнае цеплавое ўздзеянне ў зоне рэзання. Для аперацый па апрацоўцы доўгіх паверхняў вялікіх поліэтыленавых пліт мы выкарыстоўваем метад праходу і паўзы, пры якім мы спыняем шпіндзель кожныя некалькі хвілін і даем дэталі нагрэцца амаль да пакаёвай тэмпературы, перш чым працягваць. Гэта дадае час працы, але значна танней, чым утылізацыя дэфармаванай дэталі.
Якія метады мацавання мінімізуюць дэфармацыю дэталі з поліэтылену?
Дэталь, якая няправільна замацавана падчас апрацоўкі, будзе няправільна працаваць і пасля апрацоўкі. Спосаб заціску ПЭ цалкам адрозніваецца ад спосабу заціску алюмінію або сталі.
Метады мацавання, якія мінімізуюць дэфармацыю дэталяў з поліэтылену, - гэта вакуумныя прыстасаванні, мяккія кулачкі і размеркаваны заціск. Гэтыя метады размеркаваюць сілу заціску па вялікай плошчы і падтрымліваюць кантактны ціск ніжэй за 1.5 МПа, каб прадухіліць дэфармацыю ў кропках заціску.
Метады мацавання для мінімізацыі дэфармацыі дэталяў з поліэтылену пры апрацоўцы на станках з ЧПУ
ПЭ мяккі і падатлівы. Стандартныя металічныя ціскі канцэнтруюць сілу заціску на невялікай плошчы. Гэтай канцэнтрацыі сілы дастаткова для лакальнай дэфармацыі матэрыялу ПЭ, і гэтая лакальная дэфармацыя змяняе памеры дэталі нават пасля адпускання заціску. Рашэнне заключаецца ў выкарыстанні прыстасаванняў, кантактныя паверхні якіх у тры-пяць разоў большыя, чым тыя, што выкарыстоўваюцца для эквівалентных металічных дэталяў.
Параўнанне метадаў мацавання для дэталяў з поліэтылену
| Спосаб мацавання | Кантактная зона | максімальны ціск | Best For |
|---|---|---|---|
| Стандартныя ціскі | невялікі | Высокі - часта перавышае 1.5 МПа | Металічныя дэталі, не поліэтылен |
| Мяккія сківіцы (HDPE або алюміній) | серада | Кіраваны | Такарныя кампаненты з поліэтылену |
| Вакуумнае прыстасаванне | Вялікі | Вельмі нізкая, размеркаваная раўнамерна | Плоскія ПЭ пліты і лісты |
| Спецыяльнае прыстасаванне Nest | Поўны профіль кантакту | вельмі нізкі | Дэталі з ПЭ складанай формы |
| Заціскі з накладкамі | серада | Кіраваны | Дадатковыя аперацыі |
Вакуумныя прыстасаванні — наша пераважнае рашэнне для апрацоўкі плоскіх паверхняў поліэтылену. Яны ўтрымліваюць дэталь па ўсёй яе ніжняй паверхні практычна без кропкавай нагрузкі. Дэталь ляжыць роўна і застаецца роўнай падчас апрацоўкі. Для тачаных кампанентаў мы вырабляем мяккія заціскныя кулачкі з HDPE або алюмінію з профілем, які адпавядае дыяметру дэталі. Гэта размеркавае сілу заціску патрона па большай плошчы і прадухіляе з'яўленне слядоў ад кулакоў на гатовай паверхні. Прынцып у абодвух выпадках адзін і той жа: размеркаваць сілу заціску, падтрымліваць нізкі ціск і ніколі не дазваляць прыстасаванню наносіць пашкоджанні, якія потым павінен выправіць ваш рэжучы інструмент.
Як хуткасць падачы ўплывае на стабільнасць памераў поліэтыленавага матэрыялу?
Налады хуткасці маюць значэнне для якасці паверхні. Хуткасць падачы мае значэнне для стабільнасці памераў. Многія механікі засяроджваюцца на хуткасці шпіндзеля і забываюць, што хуткасць падачы мае свой уласны прамы ўплыў на тое, ці захоўвае ваша дэталь з поліэтылену свае памеры.
Хуткасць падачы ўплывае на стабільнасць памераў поліэтылену, бо яна адначасова кантралюе таўшчыню стружкі і выпрацоўку цяпла. Занадта нізкая хуткасць падачы прыводзіць да трэння замест рэзання, што стварае празмернае цяпло. Занадта высокая хуткасць падачы выклікае сілы адхілення, якія выштурхоўваюць матэрыял з патрэбнага становішча.
Суадносіны паміж хуткасцю падачы і характарыстыкамі поліэтылену (ПЭ) — гэта баланс. У ніжнім выпадку, калі хуткасць падачы занадта нізкая, інструмент рэжа неэфектыўна. Ён трэцца і праразае матэрыял, а не чыста зразае яго. Гэта трэнне стварае цяпло трэння непасрэдна на паверхні дэталі. Гэта цяпло размякчае ПЭ лакальна, і размякчаны ПЭ злёгку цячэ пад ціскам рэзання. У выніку атрымліваецца паверхня, якая выглядае апрацаванай, але мае рэшткавыя напружанні і невялікую памерную недакладнасць з-за тэрмічнага размякчэння.
Уплыў хуткасці падачы на вынікі апрацоўкі поліэтылену
| Умова хуткасці падачы | Выпрацоўка цяпла | Сіла рэзкі | Рызыка памераў |
|---|---|---|---|
| Занадта нізка (трэнне) | Высокае трэнне | Faible | Тэрмічнае размякчэнне, размазванне паверхні |
| Аптымальны дыяпазон | Нізкае чыстае стружкаўтварэнне | Умераны і паслядоўны | Стабільныя памеры, прадказальныя паводзіны |
| Занадта высока (перагрузка) | Modéré | Haut | Прагін дэталі, праслізгванне прыстасавання |
Геаметрыя інструмента непасрэдна ўплывае на хуткасць падачы. Станоўчыя вуглы перадка ў дыяпазоне ад 15 да 20 градусаў з'яўляюцца правільным выбарам для апрацоўкі поліэтылену. Станоўчы вугал перадка памяншае сілу рэзання, неабходную для зруху матэрыялу. Меншая сіла рэзання азначае меншае нагрэў і меншы прагін. Пакрыцці з алмазападобнага вугляроду (DLC) на вашых рэжучых інструментах яшчэ больш памяншаюць трэнне і падаўжаюць тэрмін службы інструмента, што дазваляе захаваць геаметрыю рэзання нязменнай на працягу ўсяго вытворчага цыклу. Зношаны інструмент з пагаршэннем геаметрыі прывядзе да зрушэння аптымальнага дыяпазону хуткасці падачы і непаслядоўных вынікаў, нават калі ўсе астатнія параметры застануцца ранейшымі.
Якія метады кантролю якасці гарантуюць, што дэталі з поліэтылену адпавядаюць патрабаванням да дапушчальных адхіленняў?
Ваша дэталь выглядала добра, калі пакінула станок. Вымярэнні адпавядалі дапушчальным адхіленням, калі яе правяраў аператар. Затым ваш кліент вымярае яе праз тры дні і кажа, што яна не адпавядае заяўленым характарыстыкам. Гэта праблема кантролю якасці, характэрная для вытворчага аб'екта.
Кантроль якасці дэталяў з поліэтылену павінен улічваць змяненне памераў пасля апрацоўкі. Памеры поліэтылену працягваюць мяняцца на працягу 72-120 гадзін пасля апрацоўкі, паколькі рэшткавыя напружанні здымаюцца. Эфектыўныя метады кантролю якасці ўключаюць адкладзеную канчатковую праверку, праактыўную кампенсацыю памераў і маніторынг тэмпературы ў рэжыме рэальнага часу падчас апрацоўкі.
Перыяд змены памераў ад 72 да 120 гадзін — гэта частка кантролю якасці поліэтылену, якая застае большасць людзей знянацку. Дэталь не дасягае сваіх канчатковых памераў імгненна пасля прыпынку станка. Унутранае напружанне, якое было парушана падчас апрацоўкі, працягвае расслабляцца і пераразмяркоўвацца на працягу некалькіх дзён пасля гэтага. Дэталь рухаецца. Часам гэты рух настолькі малы, што яго можна ігнараваць. Для дэталяў з жорсткімі допускамі, такіх як кампаненты аэракасмічнага класа, якія патрабуюць ±0.025 мм, гэты рух з'яўляецца значным.
Пратакол кантролю якасці часткі PE па ўжыванні
| дадатак | Патрабаванне да талерантнасці | Метад кантролю якасці | Тэрміны праверкі |
|---|---|---|---|
| Генеральны прамысловы | ±0.1 мм або менш | Стандартная КММ або ручное вымярэнне | 24 гадзін пасля апрацоўкі |
| Аўтамабільныя кампаненты | ± 0.05mm | КММ з рэгуляванай тэмпературай у памяшканні | 48 гадзін пасля апрацоўкі |
| Медыцынскія / паўправадніковыя | ±0.025 мм або менш | КІМ + павярхоўны профілометр + цеплавізійны здымак | 72-120 гадзін пасля апрацоўкі |
| авіяцыйна-касмічны | ±0.025 мм або менш | Поўны пратакол праверкі з дакументаванай гісторыяй цеплавога ўздзеяння | 120 гадзін пасля апрацоўкі |
Праактыўны падыход да кампенсацыі — гэта практычнае рашэнне для працы з высокімі дапушчальнымі адхіленнямі. На чыставым этапе мы наўмысна апрацоўваем крытычныя элементы, якія перавышаюць памер на 0.1–0.3%. Затым мы паўторна правяраем дэталь пасля перыяду стабілізацыі, які складае 72–120 гадзін, і пры неабходнасці выконваем лёгкі канчатковы праход, каб давесці дэталь да дакладнай адпаведнасці са спецыфікацыямі. Для кліентаў у медыцынскай галіне і паўправадніковай прамысловасці мы таксама вядзем дакументаваную гісторыю цеплавой апрацоўкі кожнай дэталі. Гэтая дакументацыя паказвае, што дэталь ніколі не перавышала свой крытычны цеплавы парог падчас апрацоўкі, што адпавядае патрабаванням рэгулятараў і сістэм якасці для гэтых галін прамысловасці. Патрабаванні да аздаблення паверхні для гэтых ужыванняў, як правіла, Ra ніжэй за 0.4 мкм, патрабуюць алмазнага тачэння ў якасці заключнай аперацыі.
Conclusion
Кантроль дэфармацыі поліэтылену пры апрацоўцы на станках з ЧПУ патрабуе сумеснага кіравання напружаннем, тэмпературай, замацаваннем, хуткасцю падачы і кантролем. Калі правільна выканаць усе пяць задач, вашы дэталі з поліэтылену будуць паслядоўна адпавядаць дапушчальным патрабаванням.
