Dans les domaines des équipements médicaux, de l'électronique grand public et de la fabrication automobile, les pièces en plastique sont devenues des composants essentiels de divers produits en raison de leurs avantages en termes de légèreté, de faible coût et de grande flexibilité de conception. Cependant, l'usinage CNC des pièces en plastique a toujours été confronté à un défi de taille — déformation. Des problèmes tels que le gauchissement, la flexion et les écarts dimensionnels entraînent non seulement une augmentation des taux de rebut des pièces, mais peuvent également retarder les cycles de production et augmenter les coûts. En tant que fournisseur de services CNC professionnel, Elite Mold Tech est profondément enraciné dans l'industrie depuis plus de dix ans. En ciblant les points sensibles de la déformation de l'usinage des plastiques, nous avons développé une solution complète, de la préparation des matériaux à la livraison des produits finis, offrant aux clients du monde entier des services d'usinage de pièces en plastique de haute précision et de grande stabilité.
Les plastiques diffèrent considérablement des métaux en termes de propriétés physiques, ce qui rend les causes de déformation pendant l'usinage plus complexes. Ce n'est qu'en identifiant avec précision les causes profondes que des contre-mesures efficaces peuvent être formulées.
La plupart des matières premières plastiques (telles que les feuilles et les barres) forment des contraintes résiduelles en raison de vitesses de refroidissement et de forces inégales pendant l'extrusion ou le moulage par injection, un peu comme un ressort comprimé. Pendant l'usinage CNC, lorsque l'outil enlève une partie du matériau, l'équilibre des contraintes initial est rompu et la contrainte résiduelle pousse le matériau restant à se déformer :
- Pièces à parois minces de grande surface: Telles que les boîtiers de téléphones portables et les tableaux de bord, sont sujettes à une déformation en "selle" avec le milieu en saillie et les bords gauchis après l'usinage ;
- Pièces structurelles complexes: Les pièces avec des nervures et des trous peuvent subir une distorsion locale en raison d'un relâchement inégal des contraintes, l'écart de position des trous atteignant 0,2 à 0,5 mm.
Nous pouvons observer intuitivement la répartition des contraintes grâce à un équipement de détection des contraintes, fournissant une base précise pour le traitement de recuit ultérieur.
La conductivité thermique des plastiques n'est que de 1/10 à 1/100 de celle des métaux (par exemple, la conductivité thermique de l'aluminium est de 237 W/(m·K), tandis que celle de l'ABS n'est que de 0,25 W/(m·K)), et ils ont de faibles points de ramollissement (la plupart des plastiques ramollissent à 80-150 °C). Pendant l'usinage, la chaleur de friction entre l'outil et le matériau ne peut pas être dissipée rapidement, ce qui entraîne une série de problèmes :
- Fusion locale: Lorsque la température dans la zone de coupe dépasse le point de ramollissement, les plastiques collent au bord de l'outil pour former des "arêtes rapportées", ce qui entraîne une rugosité de surface excessive (valeur Ra jusqu'à 3,2 µm ou plus) ;
- Dilatation thermique différentielle: Un chauffage inégal dans différentes zones de la pièce entraîne une différence de taux de dilatation thermique de 0,1 % à 0,5 %, et un retrait incohérent après refroidissement provoque une déformation permanente.
Par exemple, lors de l'usinage de matériaux POM, si la vitesse de broche est trop élevée (supérieure à 5 000 tr/min), la température dans la zone de coupe peut atteindre 120 °C en seulement 10 secondes, ce qui entraîne un écart dimensionnel de la pièce de plus de 0,3 mm.
Le module d'élasticité des plastiques est beaucoup plus faible que celui des métaux. Par exemple, le module d'élasticité du PC est de 2,2 GPa, soit seulement 1/20 de celui de l'acier. Les méthodes de serrage rigides traditionnellement utilisées dans l'usinage des métaux peuvent facilement provoquer une déformation :
- Serrage en un seul point: La pression concentrée exercée par le dispositif sur les pièces à parois minces provoque une flexion en "arc", avec un rebond de 0,1 à 0,8 mm après le relâchement ;
- Serrage non supporté: Lors de l'usinage de longues pièces en plastique en forme de bande, si seules les deux extrémités sont fixées, la partie centrale s'affaissera en raison de la force de coupe, ce qui entraînera un écart de rectitude excessif après l'usinage.
Un client a utilisé un étau pour serrer des plaques de PC de 1,5 mm d'épaisseur, ce qui a entraîné un écart de planéité de 1,2 mm après l'usinage, et les 200 pièces du lot ont été mises au rebut.
Les différences de propriétés des différents plastiques affectent directement la stabilité de l'usinage, parmi lesquelles l'absorption d'humidité et les fluctuations de lot sont les deux principaux facteurs :
- Déformation par absorption d'humidité: Les matériaux tels que le nylon et le PEEK ont un taux d'absorption d'eau de 1 % à 3 %. Après avoir absorbé l'humidité, leur volume augmente et ils se rétractent après le séchage pendant l'usinage, ce qui entraîne un écart dimensionnel de 0,5 % à 1 %. Par exemple, les pièces en nylon 66 augmenteront de 0,3 mm lorsqu'elles sont placées dans un environnement avec 60 % d'humidité pendant 24 heures ;
- Différences de lot: Même pour les plastiques de même qualité, différents fabricants ont des puretés de matières premières et des rapports d'additifs différents, ce qui entraîne des fluctuations des propriétés mécaniques (par exemple, une différence de résistance à la traction allant jusqu'à 10 %), et une déformation incohérente est susceptible de se produire avec les mêmes paramètres d'usinage.
S'appuyant sur une équipe technique professionnelle, une configuration d'équipement de pointe et une riche expérience pratique, nous avons mis en place un système de contrôle de la déformation de bout en bout de "pré-traitement - usinage - inspection - post-traitement", fournissant des solutions personnalisées pour différents matériaux plastiques et pièces structurelles.
Nous formulons des processus de recuit personnalisés en fonction des propriétés des matériaux, permettant aux chaînes moléculaires de se détendre complètement grâce à un chauffage lent, une conservation de la chaleur et un refroidissement :
- Matériau PC: Maintenir à 120 °C pendant 2 à 3 heures, contrôler la vitesse de refroidissement à 5 °C/heure, ce qui peut réduire les contraintes résiduelles de plus de 80 % ;
- Matériau PMMA: Maintenir à 80-90 °C pendant 4 heures, résolvant efficacement les problèmes de "fissuration" et de "gauchissement" après l'usinage ;
- Matériau POM: Maintenir à 60-70 °C pendant 1 à 2 heures, évitant la "fissuration due aux contraintes résiduelles" après l'usinage.
Nous utilisons des fours de recuit à température constante programmables avec une précision de contrôle de la température de ±1 °C pour garantir des effets de recuit stables.
Pour les plastiques hygroscopiques, nous établissons une gestion en boucle fermée de "stockage - séchage - usinage" :
- Environnement de stockage: Entrepôt à température et humidité constantes (température 20-25 °C, humidité 30-40 %), équipé de déshumidificateurs et de systèmes de surveillance de la température et de l'humidité en temps réel ;
- Processus de séchage: Utiliser des sécheurs à circulation d'air chaud et ajuster les paramètres en fonction des matériaux :
- Nylon 6/66 : Sécher à 80-90 °C pendant 6 à 8 heures, réduire la teneur en humidité en dessous de 0,1 % ;
- PEEK : Sécher à 120-130 °C pendant 4 à 6 heures pour garantir l'absence de bulles ou d'expansion pendant l'usinage ;
- ABS : Sécher à 70-80 °C pendant 4 heures pour éviter les "traînées argentées" sur la surface après l'usinage.
Après le séchage, les matériaux sont testés par un humidimètre et ne peuvent entrer dans le processus d'usinage que s'ils sont qualifiés.
Des tests de performance complets sont effectués pour chaque lot de matières premières entrantes :
- Propriétés mécaniques: Tester la résistance à la traction et le module de flexion à l'aide d'une machine d'essai universelle pour s'assurer qu'ils répondent aux exigences d'usinage ;
- Propriétés thermiques: Tester la température de transition vitreuse et la température de fusion à l'aide d'un calorimètre différentiel à balayage (DSC) pour fournir une base pour le réglage des paramètres de coupe ;
- Apparence et dimensions: Vérifier l'absence de rayures et d'impuretés sur la surface de la matière première et mesurer la tolérance d'épaisseur de la feuille pour assurer l'uniformité.
Nous abandonnons le réglage des paramètres "universel" et personnalisons les solutions en fonction de la dureté, de la résistance à l'usure et de la sensibilité thermique des plastiques :
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