Прецизионная обработка конструкционных термопластов (PEEK, полиамида ПА-6, фторопласта Ф-4 и полиацеталя POM-C) на фрезерных станках с ЧПУ требует строгого учета их теплофизических особенностей. Низкая температура плавления, высокий коэффициент линейного температурного расширения и упругая деформация полимеров создают специфические трудности при выдерживании жестких допусков. В нашей практике полированные однозаходные фрезы исключают оплавление стружки.
Теплофизические свойства полимеров: плавление и релаксация
В отличие от металлов, конструкционные термопласты обладают крайне низкой теплопроводностью, из-за чего практически все тепло концентрируется на передней грани режущей пластины. При превышении температуры стеклования полимер размягчается, налипает на инструмент и затягивает стружечные канавки. В высокотемпературном полиэфирэфиркетоне PEEK теплостойкость достигает двухсот пятидесяти градусов. А высокий коэффициент упругого восстановления требует компенсации отжима стенок.
Основные теплофизические свойства конструкционных полимеров:
- Полиэфирэфиркетон PEEK: температура плавления +343 °C, модуль упругости 3.8 ГПа, точность до квалитета IT7.
- Полиамид Капролон ПА-6: высокая ударная прочность, гигроскопичность до 3% влаги, склонность к наклепу.
- Фторопласт PTFE: низкий коэффициент трения 0.04, текучесть под постоянной нагрузкой, упругий отжим.
Контроль температуры заготовки выступает обязательным условием получения точных размеров.
Геометрия однозаходных фрез с полированной канавкой
Фрезерование мягких и вязких пластиков выполняется специализированными твердосплавными однозаходными и двухзаходными фрезами с зеркальной полировкой стружечных канавок. Большой передний угол до двадцати пяти градусов и острый угол заострения обеспечивают чистое срезание без сминания полимерного волокна. В нашем цехе полированные канавки гарантируют мгновенный и свободный выброс витой стружки.
Шероховатость полированной канавки Ra 0.05 предотвращает адгезионное налипание расплавленного пластика.
При обработке стеклонаполненных композиций PEEK GF30 применяются фрезы с алмазным PCD-покрытием для защиты от абразива.
Подобрать оборудование под вашу задачу
Особенности попутного резания и вихревое воздушное охлаждение
Подача водоэмульсионных смазочно-охлаждающих жидкостей нежелательна для многих полимеров из-за их высокой гигроскопичности и риска химического набухания материала. Мы используем вихревые трубки Ранка-Хилша, вырабатывающие направленный поток осушенного холодного воздуха с температурой минус десять градусов. При этом локальное охлаждение полностью исключает оплавление тонких перегородок заготовки.
Расчет линейной температурной деформации полимерной детали при изменении температуры:
\[\Delta L = L_{0} \cdot \alpha_{t} \cdot \Delta T\]
где коэффициент расширения полиацеталя \(\alpha_{t} \approx 110 \cdot 10^{-6}\) 1/K в десять раз превышает показатели стали.
| Тип конструкционного полимера | Рекомендуемый тип фрезы | Скорость резания Vc | Подача на зуб fz |
|---|---|---|---|
| Полиацеталь POM-C | Однозаходная с полировкой | 250 – 450 м/мин | 0.08 – 0.15 мм/зуб |
| Капролон блочный ПА-6 | Двухзаходная с острой кромкой | 180 – 320 м/мин | 0.06 – 0.12 мм/зуб |
| Полиэфирэфиркетон PEEK | Твердосплавная микрозерно / PCD | 150 – 280 м/мин | 0.04 – 0.08 мм/зуб |
Борьба с остаточными напряжениями: режимы промежуточного отжига
Внутренние напряжения в экструдированных или литых полимерных заготовках приводят к непредсказуемому короблению деталей после снятия со стола станка. Для стабилизации геометрических размеров ответственных корпусов мы проводим операцию промежуточного ступенчатого термического отжига в муфельной печи. А снятие внутренних напряжений гарантирует сохранение допусков квалитета IT7 на протяжении всего срока службы изделия.
Ступенчатое охлаждение со скоростью десять градусов в час исключает появление усадочных микротрещин.
| Материал термопласта | Температура отжига | Время выдержки | Скорость охлаждения |
|---|---|---|---|
| Полиацеталь POM-C | 140 – 150 °C | 1 час на 10 мм толщины | 10 °C/час до комнатной |
| Капролон ПА-6 | 160 – 170 °C | 1.5 часа на 10 мм | 12 °C/час в печи |
| Полиэфирэфиркетон PEEK | 200 – 210 °C | 2 часа на 10 мм толщины | 8 °C/час до 100 °C |
Технические критерии обеспечения точности размеров допусков IT7
Чистовая обработка полимерных деталей требует снижения силы зажима в тисках для предотвращения упругого смятия заготовки. Окончательный замер ответственных размеров выполняется в климатической лаборатории только после суточной температурной стабилизации изделия. А правильный подбор режимов резания гарантирует зеркальную чистоту стенок без заусенцев.
Практический регламент прецизионного фрезерования полимерных заготовок на ЧПУ:
- Предварительный термоотжиг исходной полимерной плиты для снятия внутренних напряжений экструзии.
- Мягкая фиксация в вакуумном приспособлении или ступенчатых тисках с контролем усилия затяжки.
- Черновая выборка с припуском 0.5 мм на сторону при интенсивном воздушном охлаждении зоны резания.
- Финальный чистовой проход острой полированной фрезой на скорости резания 300 м/мин.
Соблюдение этого регламента гарантирует получение прецизионных полимерных деталей авиационного качества.
