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塑料机加工策略 |
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作者：Charles Bates 来源：国际金属加工商情 |
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面对塑料和聚合物零件日益激烈的竞争，医疗设备机加工厂最好要有所准备。塑料设施及仪器 与铝或不锈钢设施及仪器相比，具有许多优点，并且许多医疗公司正在转向采用塑料材质。
但是问题是，机加工厂是否可以用与加工金属一样的方式加工塑料呢？答案是否定的。因为这两种材质的性能不同。
塑料和金属通常可以在同一类型的机床——立式或卧式加工中心——上加工，但是它们的相似性也仅限于此。
塑料随着诸如温度变化等因素而发生物理变化，因此塑料加工及实现所要求的表面粗糙度及精密公差需要采用特定的机床配置、冷却液设置、刀具几何结构及创造性的工夹，连同长期积累的经验等。应用工程塑料公司（AEP）(www.appliedengineeringplastics.com)的总裁Chris Klope说，在他的加工厂里，加工塑料采用高主轴转速、四轴加工能力、双接触主轴-法兰系统及高压主轴通孔冷却液。Klope的加工厂专门加工医疗及其他行业用的高性能聚合物产品。
他概括的机床特征使他的加工厂得以实现非常高、几乎不需要任何二次抛光的表面粗糙度，并可以保持对被加工部件而言绝对需要的精确公差。
AEP在一台XR 760高性能立式加工中心及一台XR 700高性能卧式加工中心上加工大部分塑料产品。这两台机床均出自哈挺集团公司（www.hardinge.com）麾下的Bridgeport公司。
应用工程塑料公司的机床诸如BridgeportXR760等可以满足塑料加工的要求：
高主轴转速、四轴加工能力、高刀具刚性及高压主轴通孔冷却液。
AEP的XR 700卧式加工中心带有两个尺寸为19.7英寸×31.5英寸的旋转式托盘，容量为60把刀、刀到刀换刀时间为1.5秒的双向自动换刀装置，主轴转速为12000 r/min，配备25马力的GE Fanuc皮带驱动式电机，定位精度为0.0006英寸，重复定位精度为0.0003英寸。其双托盘交换时间为10秒，承重能力为1260磅。
但是，Klope还很注重循环次数，并说在每个循环中加工出一个成品是很重要的一个问题，这也正是两台机床上四轴功能发挥作用的地方。
AEP的许多医疗零件都是在所有面都进行加工的，因此工厂采用四轴功能来减少装夹次数，且操作员无须不断地在虎钳上对零件进行重新定位。零件上料一次，在第四轴上旋转，在无需操作员干预的情况下完成成套加工。Klope补充道，四轴功能还使零件角度加工更方便、更快捷、更精确。
此外，XR 700 上带碑式夹具的双托盘进一步降低了循环时间。每个夹具上装夹零件的数量取决于多个因素，其中包括零件的尺寸。
对大型工件，Klope说工厂每个循环可以加工两个成品。对于其他工件，每个循环可以加工出8件成品。零件尺寸及工厂装夹零件的方式决定了每个碑式夹具上可以装夹的数量。
工厂通常今天加工2英寸见方，明天加工18英寸见方的零件。在一个夹具上，它还通常装夹多个工件。
Bridgeport40#锥度的Weiss主轴所具备的高速及其注油系统和法兰配合系统使AEP获益非浅。主轴的Big Plus法兰提供与刀夹的端面和锥度接触。Klope说法兰及锥度接触保障了机床更高的刚性，并有助于消除振动。
Klope说：“在加工塑料时确实也存在振动，表现为加工线迹，它会严重影响刀具寿命。Bridgeport的主轴端部设计几乎彻底消除了所有加工线迹，无须我们采用平衡刀夹，同时我们可以以高得多的转速加工。我们已经用直径为1英寸的刀具加工1.5英寸的切深，刀具完全咬合到工件中，这是因为机床的刚性很高才得以实现。”
若加工厂不小心，那么它们会在加工过程中往塑料零件里不经意地引入热量。这样会引起零件膨胀超差。解决方法是保持刀具冷却，并采用合适的几何形状。
在AEP，Bridgeport机床300磅/平方英寸的主轴通孔冷却液可以帮助维持零件尺寸和表面粗糙度。Klope还指出，一定要保持主轴良好的润滑，特别是它们在加工塑料过程中长期以高速运行时尤其要如此。
Klope说：“我们的两台Bridgeport机床其主轴的自动润滑功能非常有用。大部分主轴当以12000r/min的速度运行比较长一段时间后会发热，引起润滑失效，油脂从其轴承中抛出，从而轴承出现粘连现象，主轴发生故障——即使是那些永久润滑和密封式主轴也如此。”
Bridgeport系统每隔70小时对主轴进行自动润滑，无需操作员干预。
在加工塑料/聚合物时，工夹确实也提出挑战。最明显的是如若夹具和虎钳卡爪压力过高，那么零件就会变形。在钻孔和铣孔过程中，如果虎钳压力太高，那么肯定会加工出卵形的孔。
Klope说：“工夹是根据经验来定的。我知道这样做帮助不是很大，但是在这个阶段，塑料的工夹最好通过已有经验的原则来指导。”
AEP通常用特殊的材料来制造自己的夹具和机床虎钳卡爪，从而保证装夹零件时不会引起变形。一旦确定适当的、装夹某个零件不会引起变形的虎钳压力，AEP就会测定并记录下该压力，并在加工过程中始终保持该压力。另一个要考虑的问题是，工夹和夹紧一定不得磨蚀或破坏塑料零件上的关键表面粗糙度。
Klope注意到，在公司一些高性能材料上，公差为+/- 0.001英寸，这个值对塑料来说是很小的。
但是，摩擦系数非常低的材料诸如特氟隆等，也可能会有问题。
例如，如果从特氟隆加工出公差为+/- 0.003英寸的骰子，某人将它握在手中，来自手的热量会引起骰子膨胀超差。因此，Klope说，一定要知道材料的线性热膨胀系数，然后再确定对于特定的应用，采用什么材质最好。
“当我们看到一个直径为8英寸必须保持+/- 0.001英寸公差的特氟隆零件图纸时，我们向客户解释，该材料本身无法保持这个公差。我们花时间试图让客户了解，在发生8-10度的温度变化时，公差会发生多大的变化。想象一下，二月里在圣路易斯加工塑料零件，然后运到佛罗里达会出现什么现象。这两个地方的温差很容易就达到20度甚至更高。”(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(11/29/2008) |
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