CNCプラスチック加工材料選定の総合ガイド

部品を作成する際、設計エンジニアが直面する最も重要な決定の一つは、どの材料を使用するかです。材料の選択は、所与のコンポーネントの機能と外観、そして時間経過に伴う維持状態を決定します。

プラスチックはますます人気を集めています。軽量、加工しやすく、一般的に同等の金属製品より安価です。切削加工用プラスチックには多くの種類があり、それぞれに長所と短所があります。

高精度プラスチック部品の製造には多くの方法があります。最新の工業グレードプラスチックは、鋳造、射出成形、プリント、または切削加工されます。最初の3つの選択肢は、良好な表面仕上げを持つ複雑な幾何学的部品の製造に非常に適しています。しかし、厳しい公差を達成したり、ほぼあらゆるタイプの部品で鏡面のような表面仕上げを生み出したりする場合、切削加工に勝るものはありません。

プラスチック加工サービスの概要

すべての加工プロセスと同様に、プラスチック加工は材料の層を除去して最終部品や製品を形作る減法的手法です。プラスチック材料に使用される最も一般的な加工操作は以下の通りです：

切削

通常、切削作業は熱を発生させ、プラスチックを損傷する可能性があります。プラスチック切削時、オペレーターは熱変形を避けるよう注意しなければなりません。

旋削

プラスチック旋削作業は旋盤で行われ、ワークピースを回転・操作して、固定された切削工具が意図した設計に従って切削・余分な材料除去を行います。

フライス加工

旋削作業ではプラスチックワークピースが回転しますが、フライス加工では切削工具が回転して固定されたワークピースからプラスチックチップを除去します。

穴あけ

適切なドリルビットが選択されない場合、危険であり、過熱やせん断力の原因となる可能性があります。しかし、準備が正しく、工具が適切に準備・使用されれば、熟練技術者はプラスチック製品に小径から大径の穴を、構造を破壊せずに形成できます。

研削

研削はフライス加工と似ています。ワークピースからプラスチックチップを除去して形状を変えるプロセスです。主な違いは、フライス加工が断続切削であるのに対し、研削は製品からプラスチックを連続的に切削して、より滑らかな形状と表面仕上げを達成することです。

CNCプラスチック加工に使用される材料

ABSプラスチック

アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン、略してABSは、最も一般的な熱可塑性材料の一つです。優れた機械的特性、優れた衝撃強度、高耐熱性、良好な切削性を備えています。ABSは加工しやすく、耐熱性があり、仕上げ（接着、塗装、研磨など）が可能です。通常、量産前の部品機能プロトタイピングに使用されます。

ABSは耐摩耗性や耐化学性が良くなく、アセトンで溶けます。また、特に強いプラスチックではありません。

ABSの最も一般的な用途は射出成形で、電子製品ハウジング、家電製品、さらには象徴的なレゴブロックの製造に使用されます。

ナイロン

ABSと同様に、ナイロンは高強度と剛性を持つ耐久性のあるプラスチックで、広い温度範囲で良好な電気絶縁性を維持し、優れた耐化学性と耐摩耗性を備えています。CNC加工で最も一般的に使用されるグレードはナイロン6とナイロン66です。

しかしナイロン6/6は容易に水分を吸収し、膨張して寸法精度を一部失います。加工時に固有の内部応力により大量の非対称材料が除去される場合、反りも生じます。

ナイロンは医療機器、基板実装ハードウェア、自動車エンジンルーム部品、結束バンドなどで最も一般的に見られます。これらの多くの用途で、金属の経済的な代替品として使用されます。

アクリル

アクリル（パースペックスまたはルクタイとしても知られる）はPMMAプラスチックの商品名です。強靭で、優れた衝撃強度と耐傷性を持ち、容易に接着できます。

加工されたアクリルは透明で、光学的透明性または半透明性を必要とするあらゆる用途に非常に適しています。

しかし、アクリルは脆いプラスチックで、過度な圧力で割れたり破損したりします。アクリル板の加工面は透明性を失い、曇りのある半透明外観になります。したがって、透明性を維持するためにアクリル部品を元の厚さのままにするかどうか注意するのが通常ベストです。加工面を透明にする必要がある場合、研磨を追加の後処理ステップとして使用できます。

デルリン（Delrin）

POMは商品名デルリンでよく知られています。プラスチックの中で最高の加工性を持つエンジニアリング熱可塑性プラスチックで、最も経済的なプラスチックとされています。滑らかな低摩擦表面、優れた寸法安定性、高剛性を備えています。これらや他の用途で多くの摩擦に遭遇する材料、厳しい公差が必要な場合、高剛性が必要な場合、デルリンは優れたプラスチックです。しかし欠点は接着が難しいことです。

デルリンは通常、ギア、ベアリング、ブッシング、ファスナー、または組み立て用の治具と固定具の製造に使用されます。

HDPE

HDPEは高密度ポリエチレンの略で、高い強度重量比を持つ熱可塑性プラスチックです。HDPEは高い耐化学性、電気絶縁性、厳しい気象条件下での耐久性を備えています。デルリンと同様に、HDPEは滑らかな表面を持ち、摩擦を制限し、高衝撃に耐え、高い強度重量比と良好な耐候性を備えています。

HDPEの主な欠点は、特に引張りと曲げにおいて強度が低いことです。

HDPEは低コストと軽量のため、屋外用途とプロトタイピングに使用される軽量熱可塑性プラスチックです。ABSと同様に、射出成形前のプロトタイプ作成によく使用されます。耐化学性と滑り特性により、プラグとシールの製造に非常に適し、重量感度や電気感度の高い用途にも理想的です。

PEEK

PEEKは優れた衝撃強度と寸法安定性を持つ高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。PEEKプラスチックは非常に加工しやすく、CNC加工でトップ材料として使用されます。その驚異的な性能により、自動車、航空宇宙、医療、電気産業でよく使用されます。

唯一の欠点は高価格です。それでも、高性能と高耐性が必要な場合は、この材料の使用を必ず検討すべきです。このプラスチックの性能は、化学・加工産業で使用される金属より優れています。一部の業界では、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属を置き換える動きがあります。

ポリカーボネート

ポリカーボネートは市場でより耐久性のあるプラスチックの一つです。非常に高い衝撃抵抗性と剛性を持ち、広い温度範囲で機能を維持します。光学的に透明で、不透明が必要な場合は黒に染色できます。ポリカーボネートは、非常にタフまたは非常に強いプラスチック、または光学的透明性を必要とする用途に最適です。したがって、ポリカーボネートは最も高いリサイクル率を持つ最も一般的に使用されるプラスチックの一つです。

純粋なポリカーボネートは耐摩耗性が良くなく、簡単に傷つきます。必要に応じて、後処理ステップで耐傷コーティングと蒸気研磨を追加して耐摩耗性や光学的透明性を向上させられます。

ポリカーボネートの耐久性と透明性により、光ディスク、安全ガラス、ライトパイプ、さらには防弾ガラスの製造に使用できます。

CNCプラスチック加工のヒント

工作機械

プラスチック専用CNCマシンは存在しません。実際、プラスチックを切削するすべての工作機械は金属加工用工具です。それらの精密な剛性と動力出力により、硬化プラスチックでさえ容易に加工できます。木工機械の剛性は低いため、効果は良くありません。

切削工具

プラスチック部品に最適な切削工具を選択することは複雑な作業です。理由はプラスチックと複合材料の組成が大きく異なるためです。一部のプラスチックは硬い超硬粒子で強化されたり、柔軟性、耐熱性、その他のパラメータを向上させる添加剤を含んだりします。これらすべてがプラスチックの機械に対する反応を変えます。

切削工具は主にハイス、超硬、ダイヤモンドなどで作られます。一般的なプラスチック切削には最初の2つの切削材料を選択できます。対照的に、ハイスはより良い研削能力を持ちます。ハイス工具を選び、慎重に研削してください。工具の切れ刃はより鋭くなりますが、耐久性は超硬工具より低くなります。

切削力と温度を可能な限り低減し、適切なすくい角、逃げ角、先端角、副切れ刃角、工具先端アーク半径などを選択して生産性と工具耐久性を向上させ、加工コストを節約します。剛性が不足している場合、工具を鋭く保ち、材料を凍結させます。

部品セットアップ

プラスチックブロックを正しくクランプし、破損を引き起こす過度な圧力を避けてください。治具と部品の間に柔らかい材料のパッドを使用して、表面に跡が残らないようにすることを推奨します。

もう一つの問題は部品の剛性です。穴あけ位置と治具の距離に細心の注意を払う必要があります。このプロセス中、ドリルビットは溝に沿って部品を引き上げようとします。治具が遠すぎると、ドリルビットは成功しますが、部品を曲げたり、実際に部品を治具から引き裂いたりする可能性があります。

チップ影響の最小化

切削工具を常に動かし続け（一ヶ所に長くとどまらない）、チップが加工部品に溶着するのを防ぎます。クーラントまたは切削液を使用して温度を下げ、チップを除去します。

加工送り

より大きな送り速度と高速主軸回転を使用し、アルミニウムの約3倍の送りと対応する切削速度です。

CNCプラスチック加工サービス

プロトタイプ製造用プラスチック部品とカスタムCNCプラスチック部品の大きな需要により、多数のCNCプラスチック加工サービスが登場しています。それらは間違いなく、すべての当事者の生産プロセスをより速く、より簡単にします。関連プロジェクトがあれば、図面をアップロードしてSANS Machiningから無料見積もりを取得してください。