Mecanizado CNC de plásticos

Los materiales plásticos son un componente esencial en varias industrias de fabricación debido a sus versátiles propiedades mecánicas, químicas y biológicas, que se combinan con su abundancia y diversidad. Además, el proceso de conversión de plástico en bruto en piezas prototipo y conjuntos funcionales es relativamente rápido gracias a las técnicas de mecanizado convencionales.

Uno de los principales métodos utilizados es la fabricación sustractiva de plásticos, también conocida como Mecanizado CNC de plásticos.Este artículo muestra los fundamentos de mecanizado cnc de plásticossus tipos, consideraciones, especificaciones y comprensión completa de estos procesos y su potencial para mejorar la fabricación.

¿Qué es el mecanizado de plásticos?

 Aunque el "mecanizado" suele asociarse a procesos sustractivos precisos para metales, pueden modificarse planteamientos similares para plásticos, pero con algunas diferencias. Mecanizado CNC de plásticos incluye el uso de tornos, fresadoras, máquinas de corte, taladradoras, amoladoras y otras máquinas controladas para producir piezas o productos con especificaciones exactas.

Estas máquinas también se utilizan para el mecanizado de metales, pero los plásticos tienen propiedades de mecanizado bastante diferentes. Por ejemplo, los metales tienen unas temperaturas de fusión específicas, mientras que los plásticos muestran una expansión amorfa en un amplio rango de temperaturas. En plásticos mecanizados cnc como materiales híbridos son más propensos a la fluencia, el desconchado, la fusión, las picaduras y, en general, presentan más variabilidad durante el mecanizado que los metales.

Las distintas variantes requieren técnicas avanzadas de mecanizado de plásticos, lo que significa que el equilibrio entre la selección de materiales, las técnicas de manipulación, el utillaje adecuado y los factores estabilizadores debe mantenerse cuidadosamente para lograr los resultados óptimos.

Diferentes tipos de procesos de mecanizado de plásticos:

El plástico puede procesarse utilizando diferentes métodos de mecanizado. Veamos brevemente las técnicas de mecanizado más populares en la industria del plástico;

Perforación de plástico:

El taladro es una de las principales máquinas herramienta que se utilizan para hacer agujeros cilíndricos y pasantes en los materiales. Además, el taladrado genera más calor en comparación con otros procesos de mecanizado, lo que a veces puede ser un problema para los plásticos sensibles al calor.

Un calor excesivo en los plásticos puede provocar astillado, superficies rugosas y, en general, una mala calidad de fabricación, lo que subraya la importancia de las estrategias de reducción del calor. Esta reducción se consigue mediante una cuidadosa consideración de muchos factores, como la velocidad de corte, el avance, el diseño de las herramientas, los materiales de las herramientas de corte, los refrigerantes y el filo de la broca para minimizar la fricción no deseada. A continuación se indican algunas directrices generales para el taladrado de plásticos:

Estas son algunas pautas generales para taladrar plásticos:

1. Para las brocas, seleccione ángulos de torsión entre 9° y 18°, y ángulos de punta de broca que oscilen entre 90° y 118°, para facilitar la evacuación de virutas y la disipación del calor durante el taladrado.
2. La práctica de retirar la broca del agujero a intervalos regulares ayuda a evitar la acumulación excesiva de virutas y calor.
3. Asegúrese de que la broca está afilada; el uso de brocas desafiladas o mal afiladas puede provocar la tensión y la acumulación de calor.
4. Aunque las brocas de acero rápido son adecuadas para la mayoría de los plásticos, los materiales abrasivos pueden requerir el uso de brocas de carburo, diamante u otras brocas de alta dureza, con velocidades reducidas para obtener los mejores resultados.

Plástico Roscado/roscado:

Roscado de plástico de la pieza prototipo

El roscado o aterrajado es el proceso de crear roscas en el material para poder utilizar elementos de fijación como tornillos o pernos. A diferencia del metal, que mantiene bien las roscas, el plástico es sensible a las muescas y es propenso a desgarrarse cuando se rosca con paso fino. Las troqueladoras no son la mejor opción para el roscado de plástico, ya que hay que volver a cortarlas cuando se retiran.

El roscado de plásticos suele realizarse con roscadoras, especialmente de doble diente para evitar rebabas, y una gran tolerancia de mecanizado. He aquí algunas directrices generales para roscar/roscar plásticos:He aquí algunas directrices generales para roscar/roscar plásticos:

1. Piense en utilizar insertos roscados metálicos en los orificios pasantes de plástico para poder evitar por completo las roscas de plástico.
2. Para roscas de plástico, utilice una plaquita de metal duro para roscar en un solo punto, y tome múltiples 0. 001" es la última frase.
3. Los refrigerantes pueden detener la expansión de la rosca y reducir los efectos del calor durante el proceso de roscado.
4. Asegúrese de que las herramientas utilizadas para el roscado de plástico estén afiladas y no utilice las herramientas que se utilizaron para cortar metal.

Fresado de plásticos:

Las fresadoras utilizan una cuchilla giratoria que se mueve a gran velocidad para eliminar material de una pieza de trabajo fija a lo largo de los ejes X, Y y Z. Las fresadoras CNC, controladas por sofisticados ordenadores, ofrecen una gran precisión con un bajo nivel de intervención humana. Las fresadoras CNC, controladas por sofisticados ordenadores, ofrecen una gran precisión con un bajo nivel de intervención humana.

El fresado de plástico requiere un método diferente al del fresado de metal, debido a la vibración del husillo que provoca marcas de vibración y movimiento de la pieza. Los operarios lo solucionan utilizando sistemas de vacío, abrazaderas de fijación o cintas de doble cara para mantener la pieza de plástico en su sitio.

Además, el fresado de plástico implica el fresado descendente (fresado de ascenso), en el que la rotación de la fresa se produce en la misma dirección que el movimiento de avance. He aquí algunas reglas generales para el fresado cnc.

1. Limpie la mesa de trabajo y la pieza para conseguir una mejor adherencia.
2. No apriete demasiado la pieza para no deformar el material ni hacer que salte.
3. Para cortes de acabado, utilice fresas de 2 o 4 filos; las fresas de mango estándar son buenas para cortes de desbaste, dependiendo del material.
4. Cuando frese cajeras interiores, evite las esquinas interiores afiladas y las zonas de tensión o utilice fresas con esquinas redondeadas.

Torneado de plástico:

El torneado es un proceso que consiste en hacer girar la pieza en el torno y darle forma con la herramienta fija. Se puede aplicar la medida preventiva de la gestión del calor para minimizar la destrucción del material. A continuación se indican algunas normas generales para el torneado de plásticos:

He aquí algunas reglas generales para tornear plásticos:

1. Las plaquitas de metal duro para torneado son la mejor opción e intentan conseguir superficies pulidas para reducir la fricción y la acumulación de material.
2. Utilice ángulos de alivio generosos y un rastrillo trasero negativo para garantizar que no haya un desgaste excesivo.
3. Variar el avance en función de la rigidez del plástico, que suele estar entre 0,004 y 0,010 pulgadas por revolución.
4. En primer lugar, seleccione la anchura de la herramienta que sea menor que el diámetro mínimo del componente y asegúrese de que la herramienta esté afilada y fresca para obtener los mejores resultados.

Serrado de plásticos:

Serrar significa cortar los materiales en trozos más pequeños mediante una sierra de cinta, una sierra de mesa o un equipo especializado. El calor de las hojas de sierra debe gestionarse eficazmente.

Estas son algunas reglas generales para serrar plásticos:

1. Las sierras de cinta están hechas para cortes rectos y continuos, mientras que las sierras de mesa se utilizan para cortar materiales más gruesos.
2. Utilice cuchillas con poco ángulo de inclinación y ángulos de ajuste que sean de plástico para minimizar la acumulación de calor.
3. Las hojas con punta de carburo de tungsteno deben utilizarse cuando los plásticos son finos, mientras que las hojas de sierra circular con afilado hueco son la mejor opción para plásticos más gruesos.
4. Se recomiendan cuchillas finas y afiladas para un corte perfecto.

¿Qué hay que tener en cuenta en el mecanizado de plásticos?

La estabilidad dimensional, el control de la dilatación térmica y la gestión de la absorción de humedad son los problemas clave que deben tenerse en cuenta durante el mecanizado de plásticos.  Es necesario evitar la distorsión, por lo que son de gran importancia el stock de alivio de tensiones y el recocido frecuente.

Acondicionar los materiales mediante el proceso de secado para alcanzar el nivel de equilibrio de humedad ayudará a evitar distorsiones adicionales. La capacidad de mantener constante la temperatura mediante enfriamientos regulares, de acomodar la dilatación térmica, así como de trabajar en entornos de temperatura controlada, es lo principal que permite mantener el mismo nivel de tolerancias.

Mecanizado de prueba y error:

El moldeo de plásticos es un proceso estrechamente relacionado con la vulnerabilidad del material a los cambios del entorno. Por ejemplo, una pieza mecanizada puede sufrir cambios dimensionales cuando se traslada de un lugar a otro. Para obtener los mejores resultados posibles, es necesario adaptar al máximo el entorno de mecanizado y el entorno de trabajo de la pieza.

Aunque, para alcanzar la perfección, normalmente hay que hacerlo mediante ensayo y error. Esto abarca la optimización de los avances y las velocidades de la máquina, que es el factor más crítico que determina el producto final. Al principio, los avances y las velocidades de la máquina se mantienen altos y luego, después de cada pasada, se modifican gradualmente para permitir la optimización de la viruta y un mecanizado suave sin problemas de herramientas.

Selección del material y técnica de mecanizado:

El resultado del mecanizado de plásticos viene determinado por unos pocos factores, y estos factores son muy cruciales. Las estructuras de soporte, la gestión de las vibraciones, el afilado de las herramientas y los requisitos específicos del material son los principales factores que determinan la calidad de las piezas de plástico. Los defectos más comunes, como rebabas, grietas y marcas de vibración, están asociados a los plásticos de baja rigidez. La aplicación de estas técnicas puede superarlos.

El proceso de mecanizado y el material también se respaldan añadiendo soportes donde sea necesario y preparando las superficies con un acabado liso y de baja fricción antes del mecanizado. El proceso de mecanizado de plásticos suele considerarse un arte, ya que la personalización es una de las tareas clave que subraya la importancia de un soporte adecuado del material seleccionado y del proceso de mecanizado concreto.

Seguridad:

La cuestión más importante para la seguridad del operario es la prevención de cualquier peligro para la salud que pueda estar relacionado con el material durante el mecanizado de plásticos. Los plásticos emiten sustancias tóxicas cuando el calor es superior al necesario, lo que supone una amenaza para los operarios. La inhalación de partículas de plástico podría causar irritación en los ojos, el sistema respiratorio y el sistema gastrointestinal cuando se ingiere. Para garantizar la seguridad:

●       Utilice equipos de protección personal como gafas, guantes y mascarillas.

●       Asegúrese de que el sistema de ventilación de la zona de mecanizado está en buen estado.

●       Siga las directrices de seguridad, como garantizar una limpieza periódica y prohibir alimentos, bebidas y tabaco en la zona de trabajo.

●       Desarrollar protocolos de seguridad para prevenir los riesgos derivados del mecanizado de plásticos.

Aplicaciones de mecanizado de plásticos:

El ámbito de aplicación del mecanizado de plásticos es extremadamente amplio y se encuentra en casi todos los sectores de la industria moderna. Aunque su ámbito de aplicación es amplio, el mecanizado de plásticos resulta especialmente ventajoso para unos pocos mercados.

He aquí un breve resumen de varias aplicaciones clave:

●       Creación de prototipos y desarrollo de productos inmediatos y de prueba.

●       Diseñar y fabricar equipos de manipulación de productos químicos altamente resistentes a la corrosión y duraderos.

●       La biocompatibilidad y esterilizabilidad del plástico lo convierten en un material idóneo para fabricar herramientas biomédicas y farmacéuticas. 

●       Investigación fotónica de elementos y dispositivos ópticos.

●       Fabricación de semiconductores para la producción de piezas y componentes con fines específicos. 

●       Usos en laboratorio de la creación de dispositivos y equipos a medida.

●       Fabricación textil para producir piezas y componentes mecánicos.

Plásticos de ingeniería para mecanizado CNC 

La gama de plásticos mecanizables es muy amplia debido a que cada uno de ellos tiene características especiales y puede utilizarse en distintas industrias. El nailon, por ejemplo, es un material con características mecánicas especiales, que puede emplearse en lugar de metales en casos específicos. A continuación se indican los plásticos más comunes que se favorecen para el mecanizado de plásticos a medida:

ABS (acrilonitrilo butadieno estireno):

El ABS es un material CNC ligero que posee una excelente resistencia al impacto, solidez y mecanizabilidad. Sin embargo, el ABS es un material con muchas propiedades mecánicas favorables pero es químicamente inestable y sensible a grasas, alcoholes y disolventes químicos. Además, el ABS puro no puede considerarse térmicamente estable porque es inflamable incluso en condiciones semitérmicas.

Pros:

●       Ligereza y robustez mecánica.

●       El material es extremadamente mecanizable, por lo que es perfecto para la creación rápida de prototipos.

●       El bajo punto de fusión es la principal ventaja de varios métodos de creación rápida de prototipos.

●        Alta resistencia a la tracción y larga vida útil.

●       Rentable.

Contras: 

●       Los vapores calientes del plástico se emiten con el calor; es necesaria una ventilación adecuada.

●       El bajo punto de fusión puede provocar deformaciones durante el mecanizado CNC como consecuencia del calor generado.

Aplicaciones:

ABS es muy popular para los servicios de prototipado rápido en termoplásticos de ingeniería y se utiliza en las industrias eléctrica y de automoción para piezas como tapas de teclado, cajas electrónicas, y las partes del salpicadero del coche. hay muchos prototipos de mecanizado están utilizando material ABS, para gran cantidad de piezas de ABS, utilice Moldeo por inyección de ABS será una de las mejores opciones.

Nylon (poliamida):

El nailon, o poliamida, es un plástico de baja fricción resistente a los impactos, los productos químicos y la abrasión. Las excelentes propiedades mecánicas del material, como su resistencia, durabilidad y dureza, lo hacen idóneo para el mecanizado CNC y le confieren una ventaja competitiva en la fabricación de piezas médicas y de automoción. moldeo por inyección de nailon le ahorrará costes unitarios.

Pros:

●       Excelentes propiedades mecánicas con gran resistencia a la tracción.

●       Ligero y rentable.

●       Resistente al calor y a los productos químicos.

●       Adecuado para aplicaciones en las que la dureza y la resistencia al impacto son los requisitos principales.

Contras:

●       Baja estabilidad dimensional.

●       Susceptible a la absorción de humedad.

●       No es resistente a los ácidos minerales fuertes.

Aplicaciones:  

El nailon es un termoplástico de ingeniería de alto rendimiento que se utiliza para la creación de prototipos y la fabricación de piezas reales en industrias como la médica y la automovilística. Los elementos comprenden cojinetes, arandelas y tubos.

Acrílico (PMMA - Polimetilmetacrilato):

En general, se prefiere el acrílico en el mecanizado cnc de plástico debido a sus propiedades ópticas, resistencia química y rentabilidad, lo que lo hace adecuado para diferentes industrias que necesitan componentes transparentes o resistentes a los arañazos.

Pros:

●       Ligero y muy mecanizable.

●       Resistente a los productos químicos y a los rayos UV.

●       Resistente al rayado y ópticamente transparente, adecuado para aplicaciones que requieren transparencia.

●       Rentable en comparación con materiales como el policarbonato y el vidrio.

Contras:

●       El calor, los impactos y la abrasión no son muy resistentes a ella.

●       Puede agrietarse si la carga es demasiado pesada.

●       Vulnerable a la destrucción de sustancias orgánicas cloradas/aromáticas.

Aplicaciones:

El acrílico sustituye a materiales como el policarbonato y el vidrio, por lo que es adecuado para aplicaciones de la industria automovilística como tubos de luz y cubiertas de intermitentes. También se utiliza en otras industrias para fabricar paneles solares, cubiertas de invernaderos, etc.

POM (Delrin):

El POM, comúnmente conocido como Delrin, es un material plástico CNC utilizado con frecuencia por muchos servicios de mecanizado debido a su excelente mecanizabilidad. Es fuerte y tiene la capacidad de soportar el calor, los productos químicos y el desgaste. El Delrin se presenta en diferentes grados, siendo el Delrin 150 y 570 los más utilizados en las industrias por su estabilidad dimensional.

Pros:

●       Altamente mecanizable con excelente resistencia química.

●       Ofrece una gran estabilidad dimensional y resistencia a la tracción para una mayor durabilidad.

●       Disponible en varios grados, siendo Delrin 150 y 570 las opciones más populares debido a su estabilidad dimensional.

Contras:

●       Poca resistencia a los ácidos y productos químicos.

Aplicaciones:

El POM se utiliza ampliamente en todos los sectores: en automoción, para componentes de cinturones de seguridad; en equipos médicos, para plumas de insulina; y en bienes de consumo, para cigarrillos electrónicos y contadores de agua.

HDPE (polietileno de alta densidad):

El polietileno de alta densidad posee una alta resistencia a la tensión y a los ácidos. Por lo general, ofrece una resistencia mecánica y a la tracción excepcional entre otros termoplásticos de grado de ingeniería. Evaluemos los pros y los contras del HDPE.

Pros:

●       ideal para la creación rápida de prototipos

●       Su coste es bajo en comparación con el acrílico y el nailon.

Contras:

●       Poca resistencia a los rayos UV.

Aplicaciones:

El HDPE se utiliza ampliamente en aplicaciones como la creación de prototipos, engranajes, cojinetes, envases, aislamiento eléctrico y equipos médicos.

LDPE:

El LDPE es un polímero plástico resistente y flexible. Tiene una buena resistencia química y un rendimiento óptimo en aplicaciones de baja temperatura. Es ideal para moldear prótesis y órtesis.

Pros:

●       fuerte, muy elástico y resistente a la corrosión.

●       Su bicompatibilidad lo hace adecuado para usos médicos.

Contras:

●       no es adecuado para la resistencia a altas temperaturas.

●       Baja rigidez y resistencia estructural.

Aplicaciones:

El LDPE es una excepción en la producción de engranajes personalizados, componentes eléctricos interiores y piezas de automóviles que requieren pulido o alto brillo. Su bajo coeficiente de fricción, alta resistencia al aislamiento y durabilidad lo convierten en la opción ideal para aplicaciones de alto rendimiento.

PTFE (teflón):

El PTFE, comúnmente conocido como teflón, es un material plástico de gama alta que se utiliza habitualmente en el mecanizado CNC. Se distingue por sus propiedades mecánicas y químicas superiores que se utilizan ampliamente en diversos productos comerciales. Con su bajo coeficiente de fricción y su resistencia química a los rayos UV, los productos químicos y la fatiga, el PTFE es muy duradero. También es famoso por su naturaleza antiadherente y se utiliza mucho en el revestimiento de sartenes antiadherentes.

Pros:

●       químicamente estable, resistente a los rayos UV y de baja fricción son las principales características del PTFE.

●       tiene propiedades antiadherentes. 

Contras:

●       propiedades mecánicas de otros materiales son mucho mejores que ellos.

●       bajo espesor en varillas y placas.

Aplicaciones:

Además de sus propiedades antiadherentes, que lo hacen útil para fabricar sartenes antiadherentes, el teflón también se utiliza en la producción de juntas, semiconductores y parches para el corazón.

Alternativas al mecanizado CNC de plásticos

La elección de la técnica adecuada depende de varios factores, como la selección del material apropiado y la especificación de las piezas de uso final.

Moldeo por inyección:

El moldeo por inyección es ideal para la producción en masa de piezas de plástico. Consiste en verter plástico fundido en una matriz o cavidad de acero de alta resistencia para darle la forma deseada tras un enfriamiento repentino y su solidificación.

Pros:

●       Adecuada tanto para la creación de prototipos como para la producción en serie.

●       Económico para diseñar prototipos complicados.

●       Se requieren requisitos adicionales como anodizado, pulido y tratamientos superficiales.

Contras:

●       Los costes iniciales del utillaje son muy elevados.

Impresión 3D:

La impresión 3D, comúnmente conocida como fabricación aditiva, es un popular método de creación de prototipos que utiliza tecnologías como la estereolitografía (SLA), el modelado por deposición fundida (FDM) y el sinterizado selectivo por láser (SLS) para mecanizar termoplásticos como el nailon, el PLA, el ABS y el ULTEM y darles forma de prototipos 3D.

Pros:

●        Creación rápida de prototipos sin necesidad de utillaje.

●        Ideal para diseños complejos y producciones a pequeña escala.

●        El desperdicio de material es menor que en el mecanizado.

Contras:

●       Las restricciones en la selección de materiales y propiedades mecánicas.

●       La lenta velocidad de producción para proyectos a gran escala.

Tanto el moldeo por inyección como la impresión 3D son opciones viables para mecanizado cnc de plásticos, cada uno con sus propias ventajas y limitaciones, que dependen de las necesidades particulares del proyecto.

Fundición en vacío

La fundición en vacío, también identificada como fundición de poliuretano/uretano, utiliza moldes y resinas de silicona para replicar un patrón maestro. Este método de prototipado rápido es ideal para producir copias de plástico de alta calidad, útiles para visualizar ideas e identificar fallos de diseño durante el proceso de resolución de problemas.

Lo más importante

Este artículo ofrece una breve descripción del mecanizado de plásticos, incluida su definición, procesos, industrias en las que se utiliza y funcionamiento. Si desea profundizar en temas relacionados, consulte nuestras otras guías o busque posibles fuentes de suministro y detalles de productos en  nuestros servicios de mecanizado de plásticos.