CNC 플라스틱 가공의 틈새 시장 개척

플라스틱 가공은 툴링, 워크홀딩 및 칩(및 먼지) 관리. (사진출처:K&E Plastics.)

틈새 CNC 기계 공장이 되는 것에는 장점이 있지만 독특한 도전 과제도 있을 수 있습니다. 버몬트주 베닝턴에 있는 K&E Plastics가 그 예입니다.

계약 공장의 이름에서 알 수 있듯이, 이 회사는 열가소성 수지와 열경화성 수지 모두를 포함한 엔지니어링 플라스틱 가공에만 중점을 두고 있으며 Peter Broderson이 1966년에 K&E를 설립한 이래로 그렇게 해왔습니다. 그의 아들 Eric이 현재 회사 사장입니다.

연마 유리로 채워진 G7 및 G10과 같은 열경화성 수지를 포함하여 플라스틱 가공을 전문으로 하는 상점이 많지 않기 때문에 알루미늄, 강철 및 기타 기존 금속을 가공하는 상점에 비해 경쟁이 적습니다. 그러나 장비 및 툴링 공급업체가 플라스틱에 익숙하지 않음으로 인해 K&E는 때때로 이러한 재료를 효과적으로 가공하기 위한 전략을 마련하기 위해 자체 장치에 맡겨졌습니다.

2013년 K&E 매장에 대한 첫 번째 이야기를 작성하기 위해 K&E를 방문했을 때 이러한 어려움 중 일부에 대해 배웠습니다. 먼지 수집의 필요성. 플라스틱 고정의 어려움. 유리로 채워진 열경화성 수지를 가공할 때 발생하는 툴링 문제. 목록은 계속됩니다...

이 이야기를 하기 위해 물리적으로 K&E를 다시 방문할 수는 없었지만, 플라스틱 가공에 더 유능하고 효과적이 되기 위해 상점이 추가한 새로운 기술과 프로세스에 대해 다시 연결하고 들을 수 있어 감사합니다. 여기에는 툴링과 워크홀딩을 다르게 바라보는 것, 그리고 이전에 기존 갱 툴 선반에서 실행되었던 폴리에테르에테르케톤(PEEK)과 같은 열가소성 수지로 만들어진 복잡한 부품의 더 엄격한 공차와 더 빠른 생산을 달성하기 위해 최초의 스위스형 선반을 추가하는 것이 포함됩니다. 또한 이 기계를 통해 매장에서는 이전에 아웃소싱한 작업을 집으로 다시 가져올 수 있었습니다.

새로운 기회, 새로운 접근 방식

처음에 K&E는 재료의 우수한 전기 절연 특성을 감안할 때 전기 애플리케이션 전용 플라스틱 부품에 중점을 두었습니다(아래 사이드바 참조). 27년 전 Broderson이 아버지로부터 사업을 이어받았을 때 그는 의료 및 항공 우주 산업에서 비전기적 애플리케이션을 추구함으로써 회사를 다각화하려고 했습니다. 오늘날, 그것은 또한 전기 자동차, 연료 전지 및 에너지 저장과 같은 새로운 에너지 기술에서 기회를 추구하고 있습니다. 이 상점은 ISO 9001:2015 인증을 받았고 ITAR(국제 무기 거래 규정) 등록을 받았으며 JCP(Joint Certification Program)의 일부로 인증되어 비밀 방위 작업을 수행할 수 있습니다. 또한 도시 및 농촌 지역 사회의 중소기업이 연방 조달 기회에 우선적으로 접근할 수 있도록 지원하는 HUBZone(역사적으로 활용도가 낮은 비즈니스 구역) 프로그램 인증을 보유하고 있습니다.

K&E는 플라스틱만 가공합니다(열가소성 수지 및 열경화성 수지 포함 ) 전기, 항공 우주 및 의료와 같은 산업에 사용됩니다. 또한 연료 전지, 전기 자동차 및 에너지 저장 장치와 같은 새로운 에너지 응용 분야에서 기회를 보고 있습니다.

30,000제곱피트 규모의 매장에는 다양한 CNC 라우터, VMC 및 선반이 포함되어 있으며 모두 28개입니다. 이들 중 대부분은 Haas Automation 모델입니다. 2018년에 구매한 스위스형 선반은 Tsugami S205 모델입니다(나중에 자세히 설명). 재료에 따라 절삭유를 사용하여 부품을 가공하거나 냉기 건을 사용하여 건조하여 절삭 작업을 냉각하고 칩을 깰 수 있습니다.

냉각수는 때때로 충전되지 않은 열가소성 수지에 사용됩니다. 유성 냉각제는 종종 플라스틱을 분해하기 때문에 사용할 수 없습니다. 대신 K&E는 Master Fluid Solutions의 Trim Microsol 585XT와 같은 수성 냉각수를 사용합니다. 이것은 이전 세대 반합성 수지에 비해 확장된 섬프 수명과 더 나은 거품 제어를 제공하는 고윤활성, 반합성, 마이크로에멀젼 냉각수라고 합니다.

K&E 매장은 덕트가 있는 것이 특징입니다. 플라스틱 건조 기계를 두 개의 중앙 집진 시스템 중 하나에 연결하는 장비

그러나 많은 열경화성 수지가 건조 가공됩니다. 이러한 재료는 기계 가공 시 먼지를 생성하는 유리 또는 기타 연마 재료로 채워지는 경우가 많습니다. 깨끗한 작업 환경을 유지하고 공작 기계의 수명을 연장하려면 효과적인 집진이 필수적입니다. 실제로 집진에 사용되는 덕트 덕분에 매장이 확연하게 보입니다.

덕트는 플라스틱 부품을 건조시키는 각 장비의 작업 영역으로 연결됩니다. 이 공장은 최근 두 번째 18,000cfm 집진 시스템을 추가하여 건조된 기계 부품에 최대 12개의 머시닝 센터를 추가할 수 있습니다.

이 상점은 최근 두 번째 18,000-cfm을 설치했습니다. 집진 시스템을 통해 플라스틱 건조를 가공하기 위해 최대 12개의 머시닝 센터를 추가할 수 있습니다.

열은 플라스틱을 가공할 때 가장 큰 문제입니다. 도구가 너무 빨리 실행되면 재료 연소가 가능합니다. 또한 효과적인 칩 배출 없이 가공된 재료가 공작물에 다시 용접될 수 있습니다. 공구 플루트 형상은 냉기 분사와 마찬가지로 공작물에서 칩을 제거하고 제거하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 G7 및 G10과 같은 열경화성 라미네이트도 수지의 결합 강도와 부품 가공 방식에 따라 박리되기 쉽습니다.

열가소성 플라스틱은 일반적으로 수성 냉각제를 사용하여 가공됩니다. . 석유 기반 냉각제는 플라스틱 재료를 열화시킬 수 있습니다.

이 가게는 최근 Datron Dynamics의 절단 도구를 사용하기 시작했습니다. 한 가지 예는 직경 6mm의 광택 처리된 단일 날 초경 엔드밀입니다. 회사에 따르면 다단계 연삭 공정은 버가 없는 가공을 위해 날카롭고 연마된 모서리를 제공하여 부품을 손으로 마무리해야 하는 필요성을 줄이거나 없앱니다.

다른 하나는 Harvey Tool의 복합 재료를 위한 비정질 다이아몬드 코팅이 된 카바이드 엔드밀입니다. 이들은 섬유를 효율적으로 절단하고 칩 제거를 개선하기 위해 칩을 단축하는 칩브레이커로 최적화된 형상으로 인해 G10 및 FR4와 같이 섬유 또는 충전 농도가 높은 복합 재료 황삭 및 반가공에 매우 적합합니다.

또한 K&E는 고품질 표면 마감으로 정확하고 깊은 구멍을 반복적으로 생성해야 할 때 Sterling의 건 드릴을 사용합니다.

이 공장은 또한 머시닝 센터를 위해 Rego-Fix의 PowRgrip 툴홀딩 시스템을 표준화하기 시작했습니다. 그 이유는 기존의 툴홀더 시스템이 0.002인치 정도의 런아웃을 발생시켰기 때문입니다. 이는 매우 엄격한 공차를 갖는 부품 형상에는 허용되지 않습니다. Broderson은 "이제 런아웃이 4분의 1 수준입니다. 표면 조도가 향상되고 공구 마모가 줄면서 필요한 가공 공차를 달성할 수 있습니다."라고 말합니다.

당사는 유압 프레스는 홀더에서 콜릿을 삽입하거나 제거합니다. 각 콜릿에는 얕고 자동 잠금 테이퍼가 있으며 9톤의 힘을 사용하여 공구 홀더에 눌러집니다. Broderson은 이러한 홀더가 기존 모델에 비해 더 나은 런아웃과 강성을 제공한다고 말합니다.

이 시스템은 콜릿을 홀더에서 삽입하거나 제거하는 데 사용되는 정밀 콜릿형 툴 홀더와 벤치탑 유압 프레스로 구성됩니다. 콜릿에는 얕고 자동 잠금 테이퍼가 있으며 9톤의 힘을 사용하여 공구 홀더에 눌러집니다. 또한 눌렸을 때 툴 홀더와 접촉하는 사각 숄더가 있습니다. 이 포지티브 스톱 디자인을 사용하면 내장 백업 나사를 사용하여 툴 길이를 정확하게 설정할 수 있습니다. 이 툴홀더는 높은 클램핑력과 진동 감쇠, 3:1의 길이 대 직경 비율에서 ≤ 3 미크론의 총 표시기 런아웃(TIR)이 특징입니다. Rego-Fix는 이 도구 고정 시스템이 열박음 시스템보다 빠르고 안전한 도구 교체를 가능하게 한다고 말합니다. 새 도구를 조립하는 데 10초도 채 걸리지 않는다고 합니다. Broderson은 "우리 매장에는 현재 이러한 도구 홀더가 약 800개 있지만 계속 추가하고 있습니다."라고 말합니다.

워크홀딩을 위해 일부 기계는 진공 척을 사용하여 전환 속도를 높이고 도구가 부품의 5면에 접근할 수 있도록 합니다. 유사하게, K&E는 Chick 바이스를 얹은 일반적인 기초 판을 사용하기 시작했습니다. Broderson은 Chick 바이스가 더 나은 포지셔닝 반복성을 제공하고 플레이트가 공통 위치에 설치되기 때문에 공장에서 단순히 바이스를 기계 테이블에 볼트로 고정할 때보다 설정 중 프로빙이 필요하지 않다고 말합니다. 또한 작업이 반복될 때 사용할 수 있도록 바이스 턱을 보관하고 있습니다.

이 VMC의 스핀들 가동 시간을 늘리려면 K&E 기계에서 다른 작업이 아직 완료되는 동안 작업을 오프라인으로 설정할 수 있도록 팔레트 교환 시스템을 추가했습니다. 다른 두 VMC에서도 동일한 작업을 수행했습니다.

3개의 VMC에 대한 스핀들 가동 시간을 최대화하기 위해 K&E는 각각에 Midaco 팔레트 교환기를 추가했습니다. 이를 통해 새 재료가 기계 외부의 팔레트에 고정되는 동안 각 기계가 작업을 계속 실행할 수 있습니다. 작업이 완료되면 팔레트가 밖으로 이동하고 다음 작업이 고정된 새 팔레트가 들어옵니다.

스위스 유형을 추가하는 이유는 무엇입니까?

Broderson은 몇 년 전에 S205를 추가하기 전에 K&E가 선별된 작업을 위해 기계 공장을 조이는 작업을 하고 있었다고 말합니다. 시간이 지남에 따라 아웃소싱 작업의 양은 계속해서 증가했습니다. 또한 일부 갱 공구 선반에서 실행되는 엄격한 허용 오차 작업에 대한 불량률 또는 불량률이 원하는 것보다 높았습니다. 가게는 시그니처 가이드 부싱 디자인과 다기능 기능을 갖춘 스위스 유형이 필요한 정확도를 제공하고 해당 작업을 사내에서 유지할 수 있도록 해줄 것이라고 결정했습니다.

20mm 바 직경 용량과 Edge Technologies Minuteman 320 SE 바 피더가 있는 Tsugami S205는 Tsugami/REM 판매 대리점인 The Robert E. Morris Company를 통해 구입했습니다. 회사 계정 관리자인 John Ricardi는 기계에 1,000psi 냉각수 공급 시스템(주로 칩 제어용)과 미스트 수집 장치, 칩 컨베이어, 서브 스핀들에서 긴 부품을 수용하기 위한 특수 슈트 및 컨버터블/척커 변환 장치가 포함되어 있다고 말합니다. 능력.

10피트 길이를 수용하는 바 피더 바를 사용하면 4피트 길이의 바를 운영하는 갱형 선반의 바 피더보다 더 오랜 시간 동안 매장의 첫 번째 스위스 유형을 무인 상태로 작동할 수 있습니다.

아마도 이 기계의 가장 큰 판매 포인트는 수성 냉각제로 작동하도록 설계되어 유성 냉각제처럼 플라스틱 공작물을 열화시키지 않는다는 것입니다. Ricardi는 툴링 부착물과 스핀들의 양압이 냉각수가 베어링에 들어가 윤활유를 씻어내는 것을 방지한다고 말합니다. 또한 바 피더 채널 세트에도 수성 윤활이 사용됩니다.

스위스 타입은 매우 엄격한 공차가 필요한 부품에 사용됩니다. Broderson은 도구 압력으로 인해 기존 선반에서 플라스틱 부품을 실행할 때 테이퍼가 형성될 수 있다고 말합니다. Swiss-type의 시그니처 가이드 부싱은 이러한 문제를 해결하기 위해 절단 시 지지대를 제공합니다. 또한 기계는 매우 잘 반복됩니다. 프로세스가 전화를 걸면 더 이상 절단, 측정 및 반복 프로세스가 없습니다. 또한 바 피더에는 12피트 길이의 바를 실행할 수 있는 용량이 있습니다. K&E는 일반적으로 10피트 길이의 바를 운영하므로 4피트 바 피더가 있는 기존 선반에 비해 더 긴 무인 가공이 가능합니다. PEEK와 같은 재료의 경우 일반적으로 +0.002”/-0”까지 바스톡 그라운드를 주문합니다.

스위스형 선반, 수성 절삭유는 이전에 전통적인 갱 도구 CNC 선반에서 운영되었던 열가소성 부품에 대해 더 엄격한 공차와 향상된 생산을 달성한다고 합니다. 또한 이 기계를 통해 매장에서는 이전에 아웃소싱한 작업을 집으로 다시 가져올 수 있었습니다.

즉, 작업장은 가이드 부싱을 제거하고 기계를 기존 척커 선반으로 작동하여 표준 선반과 동일한 가공 방식으로 작업을 실행할 수 있습니다.

Broderson은 가장 큰 학습 곡선 중 하나는 가공되는 부품의 치수를 변경하지 않고 칩을 제거하고 부품을 범람시키기 위해 고용량 냉각제 펌프에 사용할 압력을 결정하는 것이라고 말했습니다. 압력이 너무 높으면 냉각수 흐름이 플라스틱 부품의 치수를 변경할 수 있습니다. 또한 기계의 스핀들이 너무 빨리 가속되기 때문에 공장에서는 일부 바스톡 재료가 뒤틀리는 문제가 발생했습니다. 이에 대한 수정 사항은 속도를 더 느리게 증가시키는 것이었습니다. 또 다른 과제는 부품의 어떤 기능을 가공할 수 있는지, 언제 해당 기능을 시퀀싱해야 하는지를 배우는 것이었습니다.

자료 문제

Broderson은 그의 상점이 최근에 직면한 전반적인 문제 중 하나는 플라스틱 재료의 다양성이라고 말합니다. 그는 미국에 기반을 둔 공급업체로부터 구매를 시도하지만 일부 공급업체에서도 해외에서 생산된 재료를 판매합니다. "주문할 때 매우 구체적이어야 합니다."라고 그는 말합니다.

한 예로, 작업장에서 작업을 위해 FR4 자재를 주문하고 해당 자재 배치에 대한 가공 프로세스를 조정했습니다. 그런 다음 작업이 반환되면 다른 배치를 주문했습니다. 그러나 두 번째 배치가 전기 인클로저에 대해 동일한 NEMA 분류를 충족했음에도 불구하고 수지 및 유리 필러의 변형으로 인해 이전 FR4 배치에서 사용된 절단 데이터와 도구가 새 배치와 호환되지 않을 정도로 충분했습니다. "이런 재료에 2000을 담는 것도 어렵지만 배치 간의 차이로 인해 더 어려워집니다."

열경화성 수지, 열가소성 수지의 기초

K&E는 엔지니어링 플라스틱 분야에서 54년의 경험을 가지고 있습니다. 상점에서는 열경화성 수지가 높은 내열성과 전기 절연이 필요한 응용 분야에 적합하다고 말합니다. 열경화성 수지의 가교 중합체는 비가역적 결합을 형성하여 열이 다시 가해지면 제품이 녹을 위험이 없습니다. 또한 금속보다 가벼우면서도 우수한 마모 및 치수 안정성을 제공합니다.

열가소성 펠릿은 가열하면 부드러워지고 추가 열이 가해지면 액화되기 때문에 화학 결합이 일어나지 않으므로 경화 과정은 완전히 되돌릴 수 있습니다. 이를 통해 재료의 물리적 특성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 열가소성 수지를 재성형하고 재활용할 수 있습니다. 열가소성 플라스틱은 내화학성, 내충격성, 전기 절연성, 낮은 흡습성, 낮은 마찰 계수, 결합 부품의 마모 감소, 제품 작동 중 윤활 제거 등의 이점을 제공합니다.