Mecanizado de plásticos de ingeniería: ejemplo de componente de hidromasaje

Explore el proceso de mecanizado CNC para plásticos de ingeniería, superando la deformación y logrando piezas de alta precisión.

Vistazo general del proyecto

	Información
Producto	Equipo de hidromasaje
Tecnología	Fresado CNC
Material	PA6+30%GF
Acabado superficial	Tal como mecanizado, inserto de tuerca de latón
Cantidad	2 uds
Plazo de entrega	7 días hábiles

Desafíos en el fresado de plásticos de ingeniería

El mecanizado de plásticos de ingeniería siempre ha sido un desafío debido a su naturaleza variable e inconsistente. El procesamiento de plásticos comúnmente usados como PA, PP, POM, PC, ABS y PMMA sigue siendo un problema persistente en la industria.

Un desafío importante es la deformación causada por la blandura del material. Durante el fresado, la tensión interna puede liberarse, provocando cambios de forma.

Los plastificantes también son un factor. Los materiales plásticos a menudo los contienen, lo que puede complicar sus propiedades mecánicas y el control de temperatura, dificultando así el logro de tolerancias precisas al fresar plásticos.

Además, las altas temperaturas durante el mecanizado pueden alterar las formas del plástico. Como el hielo que se derrite con el calor, los plásticos pueden ablandarse o deformarse debido al calor excesivo del mecanizado.

Sobre el proyecto y el producto

Recientemente, una empresa multinacional de atención sanitaria con sede en EE. UU. se acercó a Sendot Technology para obtener ayuda en el mecanizado de componentes plásticos. El producto final era un dispositivo de masaje que usa chorros de agua a alta presión para proporcionar una relajación muscular profunda.

El proyecto involucró cuatro piezas originalmente diseñadas para moldeo por inyección. Sin embargo, durante la fase de desarrollo, el cliente quería encontrar un método de fabricación alternativo, ya que solo se necesitaban unas pocas piezas, lo que hacía de la producción de moldes una opción poco práctica y costosa. Al mismo tiempo, también se especificó el material a usar, que era PA6 con fibra de vidrio. Después de evaluar todas las posibilidades, conversamos con el cliente y decidimos proceder con el mecanizado CNC.

Como se mencionó anteriormente, los plásticos son propensos a la deformación durante el mecanizado CNC. En las siguientes secciones, detallaremos la preparación del material y el proceso de fresado de las dos piezas de este proyecto para compartir cómo abordamos estos desafíos.

Análisis de la estructura de la pieza

El primer componente, la “pata”, está diseñado para soportar y estabilizar la cama de masaje. Tiene una estructura larga con múltiples secciones huecas, con nervios de soporte añadidos. Sin embargo, debido a su longitud (46 cm) y su composición plástica, sigue siendo muy susceptible a la deformación. Dado que esta pieza desempeña un papel de soporte en la estructura general, una flexión excesiva podría comprometer la estabilidad de la cama.

Otro componente con riesgo de deformación tiene una forma irregular con dos grandes aberturas: una en el centro y otra en la parte superior. A continuación se muestran dos imágenes de las aberturas.

Incluso si se mecaniza en metal, un diseño con grandes aberturas es propenso a una deformación significativa. Una revisión cuidadosa del plano de la pieza también revela que algunas tolerancias son bastante estrictas, lo que trae desafíos adicionales para el mecanizado de plásticos.

Soluciones de mecanizado de plásticos de ingeniería

Para minimizar la deformación y garantizar la precisión en el mecanizado de las piezas plásticas del equipo de hidromasaje, se implementó cuidadosamente una serie de pasos de procesamiento.

Recocido previo del material

Para mitigar la deformación durante el mecanizado, antes de mecanizar recocimos el material aumentando gradualmente la temperatura, lo que ayudó a reducir la tensión inherente en el material.

El primer paso fue conseguir una lámina de nylon (480 × 70 × 110 mm) y colocarla en un horno para garantizar un calentamiento uniforme. El horno se precalentó a 80–120 °C, y el material se calentó durante aproximadamente 20 minutos. A continuación, elevamos la temperatura a 80–110 °C y la mantuvimos durante unas cuatro horas. Una vez completado el tratamiento térmico, la lámina se enfrió gradualmente a temperatura ambiente. Finalmente, medimos e inspeccionamos el material para confirmar que cumplía con los requisitos de procesamiento.

Selección de la máquina

La selección de la máquina también es una parte importante de este proyecto. Para el componente plástico largo, usamos una máquina CNC de 3 ejes, ya que requería una precisión menor pero tenía restricciones de longitud significativas. Para la pieza plástica circular, se usó una máquina CNC de cinco ejes para evitar la acumulación de tolerancias de múltiples operaciones de sujeción. Además, la mayor velocidad de husillo de la máquina de 5 ejes redujo la tensión de corte sobre el material, mejorando la precisión general del mecanizado.

Proceso de fresado CNC

Para el componente de soporte largo, adoptamos un método de mecanizado CNC anti-deformación. Usamos una máquina CNC de 3 ejes para trabajar desde ambos extremos simultáneamente. La máquina fresó una pequeña sección en cada extremo.

Este método de mecanizado ayudó a minimizar la tensión interna debido a que se cortaban cantidades menores de material cada vez. Esto redujo el riesgo de deformación excesiva e hizo que el componente estuviera más equilibrado, ya que ambos extremos se habían mecanizado por igual. Evitó cualquier deformación excesiva de una sola sección; sin embargo, hizo que el tiempo total de mecanizado fuera mucho más largo. Por lo que el gasto de mecanizado fue relativamente mayor.

Para la pieza plástica circular, una programación cuidadosa era esencial para equilibrar la liberación de tensiones y minimizar la deformación. Dado el diseño semiabierto en el medio y la parte superior de la pieza, la abertura superior se mecanizó primero mientras la sección central permanecía sólida, manteniendo la estabilidad estructural. A continuación, mecanizamos las características internas.

El paso final fue cortar la sección semiabierta en el medio. En esta etapa, la forma irregular hacía que la pieza fuera muy susceptible a la deformación. Para contrarrestar esto, los ingenieros usaron materiales de relleno para soportar las áreas de alta variabilidad y estabilizar la pieza, reduciendo la deformación inducida por la tensión.

Control de temperatura

El control de temperatura fue un factor crítico para prevenir defectos de mecanizado. Dado que los plásticos se funden a altas temperaturas, el calor excesivo podría hacer que el material se adhiriera a las herramientas de fresado. Para contrarrestar esto, aplicamos una gran cantidad de refrigerante para regular la temperatura, evitando eficazmente el daño de la pieza y garantizando la precisión del mecanizado.

Comentarios y plan

El producto terminado que mecanizamos finalmente cumplió con las tolerancias requeridas por el plano. Después de enviar el producto a nuestro cliente, informaron que las pruebas se desarrollaron sin problemas y la funcionalidad estaba totalmente garantizada, debido a deformaciones muy leves en todas las piezas. Como tal, el desarrollo y la mejora del producto pudieron continuar según lo planeado. Tras este éxito, hemos continuado proporcionando muestras prototipo y servicios de producción de lote pequeño para múltiples componentes plásticos de este proyecto.