Speziell für Kunststoffe
Die Anwendungen von Kunststoffen sind nahezu unbegrenzt (und unüberschaubar). Sie reichen von einem Funktionsteil aus plastischen Kunststoff, über Werkstücke aus GFK oder CFK bis zu hochtransparenten Kunststoffteilen, für die Werbetechnik oder Optikindustrie.

Werkzeuge für die CNC Kunststoffbearbeitung

Von Buchstaben und Bienenwaben

Die Kunst der Kunststoffbearbeitung

Die Bearbeitung von Kunststoffen ist eines der großen Anwendungsfelder der CNC Zerspanung.

Bearbeitet wird dabei eine nahezu unbegrenzte Vielzahl an Werkstoffen, jeder mit seiner eigenen Spezifikation, besonderen Eigenschaften und Anforderungen an die Werkzeuge

Grundsätzlich gilt aber für alle Kunststoffe, dass sie eine deutlich schlechtere Wärmeleitfähigkeit besitzen als z.B. Metalle, daher muss die im Bearbeitungsprozess entstehende Hitze mit den Spänen abtransportiert werden.

Es lassen sich die folgenden Typen unterscheiden:

  • Duroplaste - Epoxidharze (EP), Polyurethane (PU), Formaldehydharze (PF, MF, MPF, UF) und Silikon-Kautschuk (SI)
  • Thermoplaste - Polyolefine (PE, PP, PVC), Styrole (PS, SAN, ABS, POM), Fluorbasierte (PTFE, PVDF), Polyamide (PA),  Polyester (PET, PPE, PEEK), Polysulfone, Polykondensate
  • Elastomere - Gummi, Latex, Kautschuk
  • Schaumstoffe - Weich- und Hartschäume aus PE, PU, EPS
  • Faserkunststoffe - GFK, CFK, AFU und solche mit anderen mineralischen oder Naturfasern

 

751100 - Einzahnfräser mit polierter Spannut

Anwendungsfelder der Kunststoffbearbeitung

Bearbeitet werden Kunststoffe in fast allen Industriebereichen. Typischerweise werden Kunststoffteile gegossen oder gezogen und dann noch nachbearbeitet. Als Bearbeitungsmethode kommt häufig die Zerspanung zum Tragen (Bohren, Fräsen, Reiben und Gewindeschneiden).

Dabei werden dann Zerspanungswerkzeuge mit extrem scharfen Schneiden und extrem glatten Oberflächen benötigt, damit der Kunststoff ohne großen Kraftaufwand abgetrennt und schnell abtransportiert werden kann. Ergebnis sind gute Oberflächen am Werkstück und lange Standzeiten bei den Werkzeugen.   

Faserkunststoffe

Bei der Zerspanung von Faserkunststoffen, Verbundmaterialien und Composites sind besondere technische Anforderungen zu beachten.

  • Faserart
  • Faserstruktur und Faserform (HT, IM, …)
  • Faserausrichtung (UD / MD,
  • Matrix (Tg: Glasübergangstemperatur)
  • Dicke (Vibration, Aufspannung)
  • Oberflächenbehandlung
  • Füllstoffe (Honeycomb, Schäume)

Diese sind im Einzelfall sehr unterschiedlich. Wir unterstützen Sie gerne mit einer technischen Beratung beim Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden Ihrer Kunststoffanwendung.

Auf Wunsch analysieren wir die Anforderungen in Ihrem Unternehmen und entwickeln für Sie eine passende Lösung - mit Werkzeuge, die speziell auf Ihre Maschine und Ihren Anwendungsfall zugeschnitten sind.

 

 

Bearbeitungshinweise

1. Sichere Aufspannung
Der Kunststoff sollte in der Aufspannung möglichst spannungsfrei sein, um fertige Teile zu erhalten, die möglichst frei von Spannungen sind. Teilweise sind die Werkstücke recht groß, so dass mit Vakuum gespannt werden muss.

2. Extrem scharfe Schneiden
Werkzeuge für die Kunststoffbearbeitung sollten einen großen Schnittwinkel aufweisen, extrem scharf sein. Insbesondere bei sehr weichen Kunststoffen gelingt Zerspanung nur mit extrem scharfen Werkzeugen.

3. Polierte Spannuten und Schneiden
Polierte Spannuten am Bohrer oder Fräser begünstigen den schnellen und sauberen Abtransport der Kunststoffspäne. Sie verhindern so, dass die noch heißen Späne sich wieder verdichten und das Werkzeug verkleben.

4. Korrekte Schnittwerte
Beim Fräsen oder Bohren entstehen Temperaturen, die den Kunststoffe zum Schmelzen bringen oder so weit erhitzen, dass seine Struktur geschädigt wird. Daher ist bei der Bearbeitung von Kunststoffen auf hohe Vorschubwerte im Vergleich zur (relativ kleinen) Drehzahl zu achten. Das Material wird rasch geschnitten und abtransportiert, es nimmt die Hitze mit und es entstehen keine thermischen Schäden.

5. Kühlmittel
Ob Kühlmittel verwendet werden kann hängt oft von den Fertigungsvorgaben des Endabnehmers und vom verwendeten Kunststoff ab. Wenn Kühlmittel zulässig ist, kann der Kunststoff während der Bearbeitung gekühlt werden, so dass weniger Hitze entsteht. Ist ein Kühlmittel nicht zulässig oder möglich, kann mit Druckluft oder gekühlter Druckluft Hitze aus dem Bearbeitungsprozess entfernt werden.

6. Nachher entgraten
Bei der Bearbeitung von Kunststoffteilen entstehen häufig scharfe Kanten. Diese müssen vor der weiteren Verwendung entfernt werden um Verletzungen oder Beschädigungen zu vermeiden. Entsprechende maschinelle Entgratlösungen finden Sie bei unseren Multifunktionswerkzeugen.

Kompressionsfräser

Bei diesen Fräsern wechselt die Spiralisierung von links nach rechts, was dazu führt, dass die axialen Schnittkräfte in einem Punkt mittig zusammenlaufen, also komprimiert werden. Die Fräser werden in drei Längen angeboten, damit die Kompression jeweils in der Mitte des Werkstücks erfolgen kann, um optimale Resultate zu erzielen. Hierdurch lassen sich Delaminierungsprobleme deutlich besser beherrschen. Zudem verfügen die Fräser über Spanbrecher, damit eine zügige Spanabfuhr gewährleistet ist und die Prozesstemperatur gering bleibt. HSC-Kompressionsfräser sind insbesondere für die Bearbeitung von Kunststoffen auf Epoxidharz- oder Polyesterbasis mit Kohlenstoff- oder Glasfasern vorgesehen und machen es möglich Oberflächen in Schlichtqualität (ra < 2 µm) zu fertigen.

Die HSC-Kompressionsfräser sind mit verschiedenen Diamant-Beschichtungen lieferbar, um eine für den jeweiligen Arbeitsprozess des Kunden optimale Lösung zu bieten. Eine glatte Diamant-Schicht mit sehr hoher Abrasionsbeständigkeit ist speziell für Materialien wie Grafite, Hartmetall- und Keramikgrünlinge geeignet. Um Materialien mit Klebeneigung oder wechselnden Werkstoffeigenschaften wie Carbon, carbon- und glasfaserverstärkte Kunststoffe oder Komposite ideal bearbeiten zu können, setzt man eine nanokristalline Mehrlagen-Diamantschicht mit höchster Abrasionsbeständigkeit ein. Neben den oben genannten Diamantschichten kommen extrem dünne diamantnahe Schichten mit hoher Verschleißfestigkeit und extrem geringen Reibungswert, speziell für die Bearbeitung von Faserkunststoffen in Frage. Diese führen zu einer deutlich geringeren Kantenverrundung am Werkzeug.

 

  • Prozesssicher durch Kompression
  • Schnelle Spanabfuhr durch optimierte Geometrie
  • Keine Delamination, Kräfte werden in die Mitte geleitet
  • geringe Arbeitstemperatur im Fräsprozess
  • Oberfläche in Schlicht-qualität (ra<2µm)
  • Hohe Standzeit des Fräswerkzeugs
Kompressionsfräser ini GFK mit 70% Faseranteil Kompressionsfräser in CFK mit T800 Faser
Werkstoff

Duroplast

Sie können nach dem Aushärten nicht mehr plastisch verformt werden. Beim erneuten Erhitzen verbrennen sie. Sie sind beständig gegen Lösungsmittel und neigen nicht zum Quellen oder Kriechen. 
Duroplaste werden für die Herstellung von Karosserie und Strukturteilen verwendet. Außerdem besteht die Matrix der meisten Faserkunststoffe (CFK, GFK) aus Duroplasten.

Die bedeutendste Gruppen innerhalb der Duroplaste bilden die Epoxidharze (EP) und die Polyurethane (PU), ergänzt von Formaldehydharzen  (PF, MF, MPF, UF) und Silikon-Kautschuk (SI). Bei der Bearbeitung von Thremoplasten ist es entscheidend die Temperatur im Prozess gering zu halten, um keine thermische Schädigung während Zerspanung zu erzeugen.
 
-> SPPW Rapid-Line Fräser für Kunststoffe haben besonders scharfe Scheiden und eine polierte Oberfläche. Sie ermögliche so hohe Vorschübe und saubere Schnittkanten ohne Gratbildung.
Werkstoff

ThermoplastE

Sie kehren nach dem Erhitzen (Erkalten) in ihre Ausgangsform zurück. Sie weisen aufgrund ihrer andauernden Formbarkeit viele Konstruktionsvorteile auf und sind daher weit verbreitet.
Häufige Kunststoffe dieser Gruppe sind: Polyolefine (PE, PP, PVC), Styrole wie (PS, SAN, ABS, POM), Fluorbasierte (PTFE, PVDF), Polyamide (PA),  Polyester (PET, PPE, PEEK), Polysulfone, Polykondensate, etc.
Bei der Bearbeitung von Thremoplasten ist es entscheidend die Temperatur im Prozess möglichst gering zu halten, um keine Verformung während Zerspanung zu haben.

-> SPPW Rapid-Line Fräser für Kunststoffe haben besonders scharfe Scheiden und eine polierte Oberfläche. Sie ermögliche so hohe Vorschübe und saubere Schnittkanten ohne Gratbildung.
Werkstoff

CFK - "Carbon"

Kohlenstofffaser-(verstärkter)-Kunststoff, besteht aus der C-Faser und der Kunststoffmatrix, zumeist Epoxidharz.
Dabei ergänzen sich die Eigenschaften von Matrix und Faser. Zerspanung durch brechen der Fasern. Hitze ist ein Problem, da die Matrix degeneriern kann. Außerdem besteht die Gefahr dass CFK delaminiert.

 -> SPPW-CFK-Fräser haben viele Schneiden mit Spanbrecher und sind Dia.HC oder Diamant beschichtet.
Fräser mir wechselnder Spiralrichtung vermeiden Delaminierung.
Werkstoff

GFK - Glasfaser

Glasfaser-(verstärkter)-Kunststoff, besteht aus der G-Faser und der Kunststoffmatrix, häufig Epoxidharz. GFK ist ein günstiger Faserverbundwerkstoff. Es lassen sich ohne Probleme große Teile herstellen.
Je nach Fertigungsmethode liegen die Fasern häufig ungeordnet (wirr) im vor. Auch ausgerichtete GFK-Laminate oder Kombinationen mit anderen Fasen kommen vor.

-> SPPW-GFK-Fräser haben eine pyramidenförmig verzahnte Schneide und sind häufig Dia.HC beschichtet. Es gibt die Schneiden in den Profilformen fein, mittel und grob sowie verschiedene Stirngeometrien für die jeweilige Anwendung.
Werkstoff

AFK - Aramidfaserkunststoff

Aramide (bekannt als Kevlar® sind Textilfasern, die zur Verstärkung von Kunststoffteilen verwendet werden, oft auch als Schutz vor Hitze. Sehr häufig werden sie auch als ballistischer Schutz (Schutz vor Beschuss) in Schutzwesten, Schutzhelmen und Militärfahrzeugen eingesetzt. Auch im Rennsport findet Aramid zur Verstärkung von strukturellen Bauteilen Verwendung. AFK ist dabei extrem reißfest. Die Fasern neigen aber bei Schneiden zum  Aufspleißen. Sie müssen daher mit besonders scharfen Werkzeugen bearbeitet werden.
 
-> SPPW Aramidfräser habe eine extrem scharfe Schneide und eine wechselnde Spiralrichtung. Sie schaffen in der Rotation einen Gegenhalt, der es der Textilfaser unmöglich macht sich zu verbiegen und der Schneide zu entgehen. Es entsteht ein glatter Schnitt ohne Faserüberstand.
Werkstoff

Transparentes Plast

Insbesondere in der optischen Industrie und im Displaybau werden sehr hohe Anforderungen an die Transparenz der bearbeiteten Oberflächen gestellt. Diese müssen oft "hochtransparent" sein, was sehr häufig mit Nachbearbeitungen per Hand oder zusätzlichen Arbeitsschritten verbunden ist.

-> SPPW Rapid Shine Fräser ermöglichen durch ihre hochpolierten Oberfläche und die spezielle Schneidengeometrie in   Verbindung mit Schnittgeschwindigkeiten (vc 300-500m/min), die  nahezu glasklare und gratfreie Fräsbearbeitung von transparenten Oberflächen.
Werkstoff

Schaumwerkstoffe

Die Anwendungen von Schäumen sind vielfältig - als Füller zu Versteifung von Bauteilen, als Schutz oder Polster bei der Aufbewahrung und Sortierung, oder in der Orthopädie zur Polsterung in Einlegesohlen.
Je nach Anwendung unterscheiden sich  das Grundmaterial und der Luftanteil des Schaums stark. Daher ergeben sich sehr unterschiedliche Anforderungen an die Werkzeuge. Gemeinsam haben die Anwendungen aber, dass fast immer sehr lange Werkzeuge benötigt werden.

-> SPPW Schaumfräser gibt es in zwei Grundvarianten: Fräser (mit Stirnradius) zur Kopierbearbeitung von Hartschäumen mit Pyramidenverzahnung und Fräser mit flacher Spirale und polierter Spannut für optimale, schnelle Spanabfuhr beim 2,5D Fräsen tiefer Nuten in weichen und mittelharten Schäumen.
Werkstoff

Honeycomb (Wabenverbund)

Wabenverbundwerkstoffe (WV) werden verwendet um die strukturelle Festigkeit von Großbauteilen zu verbessern (oder zu ermöglichen) mit dem Ziel Gewicht gegenüber dem Vollmaterial zu sparen.
Gängige Wabenverbundwerkstoffe sind Aluminium, Faserkunststoffe auf Glas-oder Aramidbasis. Sonderformen aus Papier sind ebenso zu finden wie solche auf Titan-Basis.
Ein Bearbeiten mit normalen Werkzeugen ist nicht möglich, da die Waben nieder gedrückt werden und sich nicht schneiden lassen. Es bleiben Wabenreste, die in Handarbeit entfernt werden müssen.
 
-> SPPW Honeycomb-Fräser, auch Zerhacker oder Hogger, haben extrem viele kleine stachelförmige Schneiden, die die Wabenstruktur zerteilen und dann abschälen.
Die Fräser sind zum Teil mit einem Schälmesser an der Stirn kombiniert.

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