Im Bereich der Medizintechnik, der Unterhaltungselektronik und der Automobilherstellung sind Kunststoffteile aufgrund ihrer Vorteile wie geringes Gewicht, niedrige Kosten und hohe Designflexibilität zu Kernkomponenten verschiedener Produkte geworden. Die CNC-Bearbeitung von Kunststoffteilen stand jedoch schon immer vor einer kniffligen Herausforderung — Verformung. Probleme wie Verzug, Biegung und Maßabweichungen führen nicht nur zu einem Anstieg der Ausschussraten, sondern können auch Produktionszyklen verzögern und die Kosteneingaben erhöhen. Als professioneller CNC-Dienstleister ist Elite Mold Tech seit über zehn Jahren tief in der Branche verwurzelt. Mit dem Ziel, die Schwachstellen der Kunststoffbearbeitungsverformung zu beheben, haben wir eine Full-Chain-Lösung von der Materialvorbehandlung bis zur Auslieferung des fertigen Produkts entwickelt, die Kunden weltweit hochpräzise und hochstabile Kunststoffteilbearbeitungsdienstleistungen bietet.
Kunststoffe unterscheiden sich in ihren physikalischen Eigenschaften erheblich von Metallen, was die Ursachen für Verformungen während der Bearbeitung komplexer macht. Nur durch die genaue Identifizierung der Ursachen können wirksame Gegenmaßnahmen formuliert werden.
Die meisten Kunststoffrohstoffe (wie Platten und Stäbe) bilden aufgrund ungleichmäßiger Abkühlraten und ungleichmäßiger Krafteinwirkung während des Extrudierens oder Spritzgießens Eigenspannungen, ähnlich einer zusammengedrückten Feder. Während der CNC-Bearbeitung, wenn das Werkzeug einen Teil des Materials entfernt, wird das ursprüngliche Gleichgewicht der Spannungen aufgehoben, und die Eigenspannung treibt das verbleibende Material zur Verformung an:
- Großflächige Dünnwandteile: Wie Handygehäuse und Instrumententafeln neigen nach der Bearbeitung zu einer "sattelförmigen" Verformung, bei der die Mitte hervorsteht und die Kanten sich verziehen;
- Komplexe Strukturteile: Teile mit Rippen und Löchern können aufgrund ungleichmäßiger Spannungsfreisetzung lokale Verzerrungen aufweisen, wobei die Lochpositionsabweichung 0,2-0,5 mm erreicht.
Wir können die Spannungsverteilung intuitiv durch Spannungsmesstechnik beobachten und so eine genaue Grundlage für die anschließende Glühbehandlung schaffen.
Die Wärmeleitfähigkeit von Kunststoffen beträgt nur 1/10 bis 1/100 der von Metallen (z. B. beträgt die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium 237 W/(m·K), während die von ABS nur 0,25 W/(m·K) beträgt), und sie haben niedrige Erweichungspunkte (die meisten Kunststoffe erweichen bei 80-150°C). Während der Bearbeitung kann die Reibungswärme zwischen Werkzeug und Material nicht schnell abgeführt werden, was zu einer Reihe von Problemen führt:
- Lokales Schmelzen: Wenn die Temperatur im Schneidbereich den Erweichungspunkt überschreitet, kleben Kunststoffe an der Werkzeugkante und bilden "Aufbauschneiden", was zu einer übermäßigen Oberflächenrauheit (Ra-Wert bis zu 3,2 μm oder mehr) führt;
- Differentielle Wärmeausdehnung: Ungleichmäßiges Erhitzen in verschiedenen Bereichen des Teils führt zu einer Differenz der Wärmeausdehnungsrate von 0,1 % - 0,5 %, und ungleichmäßiges Schrumpfen nach dem Abkühlen verursacht eine bleibende Verformung.
Wenn beispielsweise POM-Materialien bearbeitet werden und die Spindeldrehzahl zu hoch ist (über 5000 U/min), kann die Temperatur im Schneidbereich innerhalb von nur 10 Sekunden auf 120°C ansteigen, was zu einer Maßabweichung des Teils von mehr als 0,3 mm führt.
Der Elastizitätsmodul von Kunststoffen ist viel niedriger als der von Metallen. Beispielsweise beträgt der Elastizitätsmodul von PC 2,2 GPa, nur 1/20 des von Stahl. Die in der Metallbearbeitung traditionell verwendeten starren Einspannmethoden können leicht zu Verformungen führen:
- Punktuelle Einspannung: Der konzentrierte Druck, der von der Vorrichtung auf Dünnwandteile ausgeübt wird, verursacht eine "bogenförmige" Biegung mit einem Rückprall von 0,1-0,8 mm nach dem Lösen;
- Ununterstützte Einspannung: Bei der Bearbeitung von langen Kunststoffstreifenteilen, wenn nur die beiden Enden fixiert sind, hängt der mittlere Teil aufgrund der Schneidkraft durch, was zu einer übermäßigen Geradheitsabweichung nach der Bearbeitung führt.
Ein Kunde verwendete einmal einen Schraubstock, um 1,5 mm dicke PC-Platten einzuspannen, was zu einer Ebenheitsabweichung von 1,2 mm nach der Bearbeitung führte, und alle 200 Teile der Charge wurden verschrottet.
Unterschiede in den Eigenschaften verschiedener Kunststoffe wirken sich direkt auf die Bearbeitungsstabilität aus, wobei Feuchtigkeitsaufnahme und Chargenschwankungen die beiden Hauptanreize sind:
- Feuchtigkeitsaufnahmeverformung: Materialien wie Nylon und PEEK haben eine Wasseraufnahmerate von 1 % - 3 %. Nach der Aufnahme von Feuchtigkeit dehnt sich ihr Volumen aus, und sie schrumpfen nach dem Trocknen während der Bearbeitung, was zu einer Maßabweichung von 0,5 % - 1 % führt. Beispielsweise vergrößern sich Nylon 66-Teile um 0,3 mm, wenn sie 24 Stunden lang in einer Umgebung mit 60 % Luftfeuchtigkeit gelagert werden;
- Chargenunterschiede: Selbst bei Kunststoffen gleicher Güte haben verschiedene Hersteller unterschiedliche Rohstoffreinheit und Additivverhältnisse, was zu Schwankungen der mechanischen Eigenschaften (z. B. Zugfestigkeitsunterschied bis zu 10 %) führt, und inkonsistente Verformungen können unter den gleichen Bearbeitungsparametern auftreten.
Aufbauend auf einem professionellen technischen Team, einer fortschrittlichen Gerätekonfiguration und reichhaltiger praktischer Erfahrung haben wir ein Full-Chain-Verformungskontrollsystem aus "Vorbehandlung - Bearbeitung - Inspektion - Nachbearbeitung" aufgebaut, das kundenspezifische Lösungen für verschiedene Kunststoffmaterialien und Strukturteile bietet.
Wir formulieren personalisierte Glühprozesse basierend auf den Materialeigenschaften, wodurch sich Molekülketten durch langsames Erhitzen, Wärmeerhaltung und Abkühlen vollständig entspannen können:
- PC-Material: Halten Sie es 2-3 Stunden lang bei 120°C, steuern Sie die Abkühlrate auf 5°C/Stunde, wodurch die Eigenspannung um mehr als 80 % reduziert werden kann;
- PMMA-Material: Halten Sie es 4 Stunden lang bei 80-90°C, wodurch die Probleme des "Reißens" und "Verziehens" nach der Bearbeitung effektiv gelöst werden;
- POM-Material: Halten Sie es 1-2 Stunden lang bei 60-70°C, wodurch "Eigenspannungsrisse" nach der Bearbeitung vermieden werden.
Wir verwenden programmierbare Konstanttemperatur-Glühöfen mit einer Temperaturkontrollgenauigkeit von ±1°C, um stabile Glüheffekte zu gewährleisten.
Für hygroskopische Kunststoffe etablieren wir ein geschlossenes Management von "Lagerung - Trocknung - Bearbeitung":
- Lagerumgebung: Konstanttemperatur- und -feuchtigkeitslager (Temperatur 20-25°C, Luftfeuchtigkeit 30-40 %), ausgestattet mit Luftentfeuchtern und Echtzeit-Temperatur- und -Feuchtigkeitsüberwachungssystemen;
- Trocknungsprozess: Verwenden Sie Heißluftzirkulationstrockner und passen Sie die Parameter entsprechend den Materialien an:
- Nylon 6/66: Trocknen Sie es 6-8 Stunden lang bei 80-90°C, reduzieren Sie den Feuchtigkeitsgehalt auf unter 0,1 %;
- PEEK: Trocknen Sie es 4-6 Stunden lang bei 120-130°C, um sicherzustellen, dass während der Bearbeitung keine Blasen oder Ausdehnungen auftreten;
- ABS: Trocknen Sie es 4 Stunden lang bei 70-80°C, um "Silberstreifen" auf der Oberfläche nach der Bearbeitung zu vermeiden.
Nach dem Trocknen werden die Materialien mit einem Feuchtigkeitsmessgerät getestet und können nur dann in den Bearbeitungsprozess gelangen, wenn sie qualifiziert sind.
Für jede Charge eingehender Rohstoffe werden umfassende Leistungstests durchgeführt:
- Mechanische Eigenschaften: Testen Sie die Zugfestigkeit und den Biegemodul mit einer Universalprüfmaschine, um sicherzustellen, dass sie den Bearbeitungsanforderungen entsprechen;
- Thermische Eigenschaften: Testen Sie die Glasübergangstemperatur und die Schmelztemperatur mit einem Differentialscanningkalorimeter (DSC), um eine Grundlage für die Einstellung der Schneidparameter zu schaffen;
- Aussehen und Abmessungen: Überprüfen Sie die Rohstoffoberfläche auf Kratzer und Verunreinigungen und messen Sie die Dickentoleranz der Platte, um die Gleichmäßigkeit zu gewährleisten.
Wir verzichten auf die "Einheitsgröße"-Parametereinstellung und passen die Lösungen an die Härte, Verschleißfestigkeit und Wärmeempfindlichkeit der Kunststoffe an:
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