Kunststoffe bieten gegenüber Metallen in industriellen Anwendungen mehrere Vorteile, darunter leichte Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit, Designflexibilität, hervorragende elektrische Isolierung sowie geringere Verarbeitungs- und Wartungskosten. Da sich modifizierte und leistungsstarke technische Kunststoffe ständig weiterentwickeln, werden viele traditionelle, metalldominierte Anwendungen mittlerweile teilweise oder vollständig durch Kunststoffe ersetzt. Unter diesen zeichnet sich ABS durch seine ausgewogene mechanische Festigkeit, Zähigkeit, Verarbeitbarkeit, Oberflächengüte und Kosteneffizienz aus. Es nimmt innerhalb der Kunststofffamilie eine bedeutende Stellung ein und fungiert als Brücke zwischen Standardkunststoffen und technischen Kunststoffen.
In diesem Artikel wird untersucht, was ABS-Kunststoff ist, seine Vorteile und Herausforderungen bei der Bearbeitung, typische Anwendungen für ABS-Teile und Expertentipps für eine effektive Bearbeitung. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren!
Was ist ABS-Kunststoff?
ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) ist ein kostengünstiges thermoplastisches Polymer, das durch die Kombination seiner drei Monomerbestandteile Acrylnitril, Butadien und Styrol sowie aller anderen gewünschten Additive hergestellt wird. Einige seiner wichtigsten Eigenschaften sind wie folgt:
Maximale Temperatur: 176 °F ~ 212 °F (80 °C ~ 100 °C) für Dauerbetrieb
Wärmedämmung: 0,14 - 0,20 W/m.K
Die synergistische Kombination der drei Monomere in ABS sorgt für Zähigkeit (B-Komponente), Härte (A-Komponente) und Verarbeitbarkeit (S-Komponente). Durch Anpassen dieser Verhältnisse können die Eigenschaften feinabgestimmt werden. Über diese Flexibilität hinaus bietet die Wahl bearbeiteter ABS-Kunststoffe für Prototypen und Produkte die folgenden Vorteile:
Widersteht Bruch bei Stößen und behält seine Zähigkeit auch bei niedrigen Temperaturen bei.
Bietet stabile strukturelle Festigkeit und Verschleißfestigkeit.
Bietet zuverlässige elektrische Isolierung.
Verträgt verdünnte Säuren, Laugen und Fette.
Bietet eine hervorragende Kosteneffizienz, erfüllt die meisten allgemeinen Anforderungen und ist gleichzeitig deutlich günstiger als Hochleistungskunststoffe.
Verfügt über einen hohen Oberflächenglanz, erleichtert das Einfärben und ermöglicht Sekundärbehandlungen wie Lackieren, Galvanisieren, Vakuumbeschichten, Transferdruck und Siebdruck für vielfältige ästhetische Effekte.
Supports versatile forming processes, including injection molding, extrusion, 3D printing, and CNC-Bearbeitung.
Ermöglicht die Modifizierung durch Mischen mit anderen Kunststoffen (z. B. ABS/PC-Legierung, ABS/PBT-Legierung) oder Zugabe von Glasfasern, mineralischen Füllstoffen, Flammschutzmitteln und Zähigkeitsmitteln, um die mechanischen, thermischen und flammhemmenden Eigenschaften zu verbessern.
Allerdings ist es wichtig zu beachten, dass ABS empfindlich auf hohe Temperaturen reagiert. Längere Hitzeeinwirkung kann zu Verformungen oder Alterung führen. Bei Verwendung im Freien kann es mit der Zeit abbauen oder ausbleichen, sodass zum Schutz UV-Stabilisatoren erforderlich sind. ABS weist außerdem eine begrenzte Beständigkeit gegenüber bestimmten Chemikalien wie aromatischen Verbindungen, Ketonen und Estern auf.
Vorteile der CNC-Bearbeitung von ABS
Während ABS oft mit Spritzguss und 3D-Druck in Verbindung gebracht wird, insbesondere bei der Großserienfertigung oder beim Rapid Prototyping. Allerdings bietet die CNC-Bearbeitung in bestimmten Anwendungen deutliche Vorteile. Hier sind die Hauptvorteile der Wahl von CNC-gefrästem ABS:
Es handelt sich um eine kostengünstige Methode zur Herstellung von ABS-Teilen mit komplexen Geometrien und engen Toleranzen, da keine teuren Formen hergestellt werden müssen.
Bei der CNC-Bearbeitung sind keine Schmelz- oder Härtungsprozesse erforderlich, wodurch sichergestellt wird, dass ABS seine vollen mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit und Zähigkeit behält.
Durch die CNC-Bearbeitung entstehen ABS-Teile mit glatten Oberflächen und minimalen sichtbaren Werkzeugspuren, wodurch der Bedarf an Nachbearbeitung reduziert wird. Im Gegensatz zum 3D-Druck, bei dem häufig Schichtlinien zurückbleiben, oder beim Spritzguss, der zu Bindenähten, Fließlinien oder Einfallstellen führen kann, liefert die CNC-Bearbeitung eine gleichbleibende Oberflächenqualität und Präzision.
Bei Kleinserien oder Prototypen bietet die CNC-Bearbeitung von ABS schnellere Durchlaufzeiten im Vergleich zum langwierigen Prozess der Konstruktion und Herstellung von Spritzgussformen. Dies beschleunigt die Entwicklungs- und Testphasen.
Herausforderungen von ABS in der CNC-Bearbeitung
Wie bei anderen bearbeiteten Kunststoffen sind auch bei ABS-Kunststoff zwei sehr häufige Bearbeitungsfehler Verformungen und eine schlechte Oberflächenbeschaffenheit.
1.Verzerrung tritt bei ABS auf, wenn sich das Material während oder nach der Bearbeitung verzieht, biegt oder verformt. Dies geschieht typischerweise aus folgenden Gründen:
ABS hat eine relativ niedrige Wärmeformbeständigkeit und eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Dadurch kann es an der Bearbeitungsstelle schnell zu einem Wärmestau kommen, der das Material aufweicht und zu einer Verformung führt.
Im Vergleich zu üblicherweise bearbeiteten Metallen erfahren ABS-Kunststoffe bei Erwärmung eine erhebliche Wärmeausdehnung. Dies kann dazu führen, dass ein unerfahrener Maschinist zu viel Material abträgt, was deutlich wird, wenn das Teil abkühlt und schrumpft.
Falsche Schnittgeschwindigkeiten, Vorschübe oder stumpfe Werkzeuge können übermäßige Hitze erzeugen und zu Verformungen führen.
Eine unzureichende Befestigung kann dazu führen, dass sich das Teil während der Bearbeitung bewegt oder durchbiegt, was zu Verformungen führt.
2. Eine weitere häufige Herausforderung bei der CNC-Bearbeitung von ABS-Kunststoff ist das Erreichen einer hochwertigen Oberflächenbeschaffenheit. Im Vergleich zu Metallen oder härteren Materialien ist ABS bei der Bearbeitung anfälliger für Werkzeugspuren und Ratterlinien. Falsche Bearbeitungsparameter oder Werkzeugvibrationen verstärken diese Probleme oft. Diese Unvollkommenheiten können die Integrität von ABS-Armaturen gefährden, zu möglichen Undichtigkeiten führen oder dazu führen, dass transparente ABS-Teile beschlagen erscheinen.
Tipps für die effektive CNC-Bearbeitung von ABS
Um die mit der Bearbeitung von ABS-Kunststoff verbundenen Fallstricke zu vermeiden, finden Sie hier einige hilfreiche Tipps für effiziente und qualitativ hochwertige Ergebnisse:
Verwenden Sie ABS-Kunststoff in Maschinenqualität
Durch die Anpassung des Verhältnisses der drei Monomere, des Molekulargewichts und der Additive können verschiedene ABS-Kunststoffqualitäten hergestellt werden. ABS in Maschinenqualität wurde speziell für die maschinelle Bearbeitung entwickelt. Im Gegensatz zu ABS in Extrusions- und Spritzgussqualität, die für den Schmelzfluss optimiert sind, ist ABS in Maschinenqualität mit Wärmestabilisatoren formuliert, um Verformungen durch Reibungswärme während des Schneidvorgangs zu verhindern, und weist geringe innere Spannungen, hohe Steifigkeit und Dimensionsstabilität auf . Verwenden Sie beim Fräsen immer ABS in Maschinenqualität, Drehen oder Bohren, um hochpräzise Teile und eine hervorragende Oberflächengüte zu gewährleisten.
Verwenden Sie geeignete Schneidwerkzeuge
Werkzeuge, die für die Bearbeitung von hochfestem Stahl und Titanlegierungen konzipiert sind, sind für ABS-Kunststoffe nicht die beste Wahl. Bei der Bearbeitung von ABS werden am häufigsten Werkzeuge aus Schnellarbeitsstahl (HSS) und Hartmetall verwendet. Die Aufrechterhaltung scharfer Schneidkanten ist wichtig, um den Schnittwiderstand zu minimieren, die Hitzeentwicklung zu reduzieren und ein Erweichen oder Schmelzen des Materials zu verhindern.
Um optimale Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie Werkzeuge mit einem positiven Spanwinkel von 10° bis 15°, einem Freiwinkel von 5° bis 10° und einem kleinen Kantenradius, um eine effiziente Spanabfuhr zu ermöglichen und die Wärmeentwicklung zu reduzieren. In der Regel werden unbeschichtete Hartmetallwerkzeuge bevorzugt, um die Reibung zu minimieren. In Fällen, in denen die Haftung jedoch ein Problem darstellt, können Werkzeuge mit reibungsarmen Beschichtungen wie TiN (Titannitrid) oder DLC (diamantähnlicher Kohlenstoff) dazu beitragen, das Anhaften von Spänen zu verhindern und die Oberflächenqualität zu verbessern.
Passen Sie Ihre Schnittparameter an
ABS ist hitzeempfindlich und zu hohe Schnittgeschwindigkeiten können zu örtlicher Überhitzung führen, wodurch das Material weicher wird oder schmilzt. Generell wird empfohlen, Spindeldrehzahlen zwischen 1.000 und 3.000 U/min zu verwenden, abhängig vom Werkzeugdurchmesser und der Schnitttiefe. Im Vergleich dazu vertragen Metalle wie Stahl oder Aluminium viel höhere Schnittgeschwindigkeiten, oft im Bereich von 5.000 bis 10.000 U/min oder mehr.
Zu hohe Vorschubgeschwindigkeiten können zu Rattern oder einer rauen Oberfläche führen, während zu niedrige Vorschubgeschwindigkeiten zu Reibung zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück führen können, wodurch übermäßige Wärme entsteht. Bei der Bearbeitung von ABS ist es wichtig, die Vorschubgeschwindigkeit auszugleichen, um zu verhindern, dass sich der Kunststoff ausdehnt oder Grate bildet. Darüber hinaus kann das Durchführen tiefer Schnitte in einem einzigen Durchgang die lokale Hitze erhöhen und zu Verformungen oder Schmelzen führen. Entscheiden Sie sich stattdessen für mehrere flache Schnitte, um den Wärmestau effektiv zu kontrollieren und die Formstabilität aufrechtzuerhalten.
Verwenden Sie ein geeignetes Kühlmittel
ABS-Kunststoff neigt während der Bearbeitung zu Überhitzung und Verformung, wenn das Kühlmittel nicht richtig aufgetragen wird. Allerdings sind nicht alle Kühlmittel für ABS geeignet. Das Material reagiert empfindlich auf bestimmte aromatische Lösungsmittel, die zu Rissen oder einer Verschlechterung der Oberfläche führen können. Um diese Probleme zu vermeiden, wählen Sie immer nichtaromatische, kunststoffspezifische Kühlmittel.
Im Gegensatz zur Bearbeitung von Metallen, die häufig auf ölbasierte oder emulgierte Kühlmittel angewiesen sind, erfordert ABS aufgrund seines relativ niedrigen Schmelzpunkts (ca. 220 °C) eine effiziente Kühlung bei niedrigen Temperaturen. Wasserlösliche Kühlmittel sind für die Bearbeitung von ABS äußerst effektiv, da sie die Wärme effektiv ableiten und gleichzeitig die Integrität des Materials bewahren.
Kunststoffspezifische Kühlschmierstoffe können je nach Schnittintensität in verschiedenen Formen eingesetzt werden. Zu den Optionen gehören ein Druckgasstrahl für leichte Kühlung, ein kontinuierlicher Nebel für mäßige Kühlung oder eine fließende Flüssigkeit für starke Kühlung bei anspruchsvolleren Einsätzen.
Glühen Sie den ABS-Kunststoff
Um innere Spannungen abzubauen und die Dimensionsstabilität zu verbessern, sollten Sie ABS-Kunststoff vor der Bearbeitung glühen. Beim Glühen wird das Material in einem Wärmebehandlungsofen schrittweise erhitzt, auf der entsprechenden Temperatur gehalten und dann langsam abgekühlt.
Dieser kontrollierte Prozess stellt sicher, dass innere Spannungen gleichmäßig abgebaut werden, wodurch die Bearbeitbarkeit und Stabilität des Materials verbessert wird. Dies ist besonders bei Teilen mit komplexen Geometrien oder dünnen Wänden von Vorteil, da es die Wahrscheinlichkeit von Rissen oder Verformungen während der Bearbeitung verringert.
Häufige Anwendungen von CNC-gefrästen ABS-Teilen
ABS ist beliebt für Anwendungen, die einen starken, stabilen Kunststoff mit einfacher Formbarkeit erfordern. Die CNC-Bearbeitung bietet einzigartige Vorteile für Kleinserien, hochpräzise und kundenspezifische Teile. Hier sind einige typische Anwendungen von CNC-gefrästem ABS:
Kundenspezifische Gehäuse und Gehäuse: ABS wird häufig für die Herstellung kundenspezifischer Elektronikgehäuse, Instrumentengehäuse und Schutzgehäuse verwendet, die genaue Abmessungen und zuverlässige Leistung erfordern.
Automobilkomponenten: In der Automobilindustrie wird ABS bearbeitet, um Innenverkleidungsteile, Armaturenbrettkomponenten und Spezialbeschläge herzustellen, die Präzision und hochwertige Oberflächen erfordern.
Verbraucherproduktzubehör: ABS wird zur Herstellung maßgeschneiderter Verbraucherzubehörteile wie Kopfhörerteile, Halterungen und anderer Spezialgeräte verwendet.
Spielzeug: Die glatte Oberfläche von ABS macht es zu einem bevorzugten Material für Spielzeug, einschließlich Actionfiguren, Brettspielteile und Puzzles. Ein bekanntes Beispiel sind LEGO-Steine, die aufgrund ihrer Haltbarkeit und präzisen Bearbeitbarkeit aus ABS hergestellt werden.
Medizinischer Prototyping: ABS dient als Material der Wahl für den Prototypenbau medizinischer Geräte, einschließlich kundenspezifischer Halterungen, Halterungen und Gehäuse für medizinische Instrumente und Werkzeuge.
Vorrichtungen und Vorrichtungen: Für Fertigungsabläufe wird ABS verwendet, um langlebige Vorrichtungen, Vorrichtungen und Werkzeughilfsmittel herzustellen, die Montage- und Produktionsprozesse erleichtern.
Lehrmodelle: CNC-gefrästes ABS wird häufig für Lehrmodelle und Demonstrationswerkzeuge verwendet und wird wegen seiner einfachen Bearbeitung und Haltbarkeit in interaktiven Lernumgebungen geschätzt.
Kleinserienproduktion: Für Kleinserienproduktionen bietet ABS eine kostengünstige Lösung, bei der die Herstellung von Formen für den Spritzguss unpraktisch oder zu teuer wäre.
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ABS-CNC-Bearbeitung: Die Vorteile, Herausforderungen und effektive Tipps25 Dezember, 2024
