Особенности фрезерования композитных панелей

Особенности фрезерования композитных панелей.
Алюминиевые композитные панели в настоящий момент уже хорошо
известны многим специалистам на строительном и рекламном рынках.
Изготовители наружной рекламы по достоинству оценили преимущества
АКП – жесткость, технологичность в обработке, прекрасную
погодоустойчивость и великолепный внешний вид. Такие панели все
чаще применяются для облицовки фасадов зданий и фактически стали
традиционным материалом для наружного оформления АЗС.
Те, кто работает с композитными панелями несколько лет, уже выяснили
для себя критерии выбора материалов и установили, что для обработки
требуется профессиональный инструмент и определенные навыки
работы. Но нередки случаи, когда после, казалось бы, несложной
процедуры – фрезеровки паза – композитные панели дают трещину в
алюминиевом слое на месте изгиба или преподносят сюрприз в виде
выпуклой или вогнутой лицевой поверхности готовой кассеты. Выбор
правильного материала и инструмента для фрезерования и выполнение
простых рекомендаций позволят даже начинающим избежать ошибок.
Оборудование и инструменты
Сегодня оборудование для ручной обработки АКП – фрезеры,
электролобзики, циркулярные пилы – предлагает множество компаний.
Хорошо зарекомендовали себя такие марки, как BORT, Bosch, Dewalt,
Black & Decker, DWT, Festool, FERM, Makita, Metabo, SKIL и другие.
Европейские поставщики алюминиевых композитных материалов
рекомендуют только те компании – производители электроинструментов,
которые обеспечивают комплексный подход к использованию их
оборудования, снабжают потребителей дополнительными аксессуарами,
технической и справочной литературой и обеспечивают постоянную
техническую поддержку.
Кассета
При производстве рекламных вывесок или стоек технология
изготовления в каждом случае индивидуальна. А вот при облицовке
фасадов и создании фризов чаще всего требуется изготовить из
композитной панели кассету (рис. 1). Для получения требуемой формы
изделий применяется несложная технология обработки, включающая
несколько этапов:
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
• раскрой под необходимый размер листа;
• фрезеровка пазов;
• высечка углов и при необходимости петель;
• сгибание по линии фрезеровки. Для облицовочных кассет или
коробов необходимо произвести заклепочное соединение согнутых
уголков, чтобы кассета была прочной и держала форму. Для
последующего крепления кассет к металлическим профилям существует
большое количество систем различных производителей.
рис 1. Распространенный вид кассет и раскрой заготовки
Раскрой материала
Как правило, раскрой композитных материалов не вызывает проблем.
Для односторонних панелей вполне годится способ, которым обычно
пользуются при работе с деревом: циркулярная пила стационарна, а
изделие перемещается относительно нее.
Этот способ не совсем подходит для АКП, окрашенных с двух сторон.
Металлическая стружка и опилки могут повредить поверхность
перемещаемой панели, несмотря на защитную пленку. Для подобных
целей рекомендуется ручная циркулярная электропила, которую нужно
передвигать вдоль разрезаемой панели по шине-направляющей. Для
раскроя листов можно также использовать электролобзик, но качество
кроя после этой операции будет значительно хуже, чем в
вышеприведенных случаях.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
рис.2 Сложная гибка АКП
Панель при раскрое не должна вибрировать или двигаться, для чего ее
необходимо прочно прижимать к рабочей поверхности или использовать
зажимы (струбцины). Наиболее важное требование, которое следует
соблюдать, – это перпендикулярность углов и прямолинейность реза.
Технология раскроя более проста, чем фрезерование. При скорости
вращения 5000 об./мин. обеспечивается максимальная скорость подачи
(до 40 см/с). Минимальная глубина погружения дисковой пилы
рассчитывается так: толщина материала + толщина шины (например, 5
мм) + запас 2–3 мм. Максимальная глубина пропила стандартно
комплектуемой электропилы составляет 55–65 мм, поэтому можно
производить раскрой нескольких композитных панелей одновременно.
Одно условие желательно выполнять точно – запил должен
производиться с лицевой стороны, а выход диска – с тыльной. Это
обеспечит ровный лицевой край и частичную завальцовку кромок
верхнего слоя алюминия, благодаря чему в дальнейшем не требуется
дополнительная обработка края.
Фрезеровка пазов
Для получения качественного и точного результата на предварительно
размеченной детали размещается шина-направляющая, которая
фиксируется при помощи струбцин. Важно, чтобы она была длиннее
заготовки на 20–25 см с каждой стороны. Для повышения
производительности и качества работ вырезанный лист композита
выставляют под упоры, закрепленные на столе.
На направляющей устанавливается специальный ручной инструмент –
фрезер:
• пальчиковый (вертикальный), например FESTOOL OF 2000 ЕB;
• дисковый с V-образной фрезой (предпочтительнее), например
FESTOOL PF 1200 Е.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
Пальчиковый инструмент комплектуется фрезами, позволяющими
фрезеровать пазы для сгибания композитного материала под
различными углами. Дисковые фрезеры обычно комплектуются дисковой
фрезой с углом 90–110° (рис. 3), что позволяет сгибать листовой
материал под углом 90° (рис. 4). Необходимо обратить внимание на то,
что пятка или нижнее основание зубьев дисковой или пальчиковой
фрезы должны быть не менее 3 мм. Это определит размер основания
паза, от которого зависит многое. Во-первых, размер основания паза
задает радиус сгиба. Во-вторых, небольшой зазор, который остается
между согнутыми частями (~1 мм), позволяет немного перегнуть лист
для того, чтобы преодолеть некоторую упругость композитного
материала и получить прямой угол после такого изгиба (в результате
остаточной деформации).
Помимо стандартной фрезы может быть установлен режущий инструмент
с углом 135°, что дает возможность изгибать деталь не только под
прямым, но и под острым углом 45°. Возможен еще один вариант фрезы
с прямоугольным профилем, когда нужно делать загиб панели с плавным
закруглением.
Требования к профилю паза, остающегося после пальчиковых фрез,
такие же, как и для дисковых. Отличается только толщина остаточного
слоя полимера. Контроль глубины погружения фрезы в композитную
панель реализован в инструментах по-разному.
Ручной фрезер с пальчиковой фрезой имеет револьверный механизм, с
помощью которого регулируется глубина погружения. В нем
предусмотрены три регулировочных штифта (ограничителя погружения)
для стандартных толщин фрезеруемых материалов 3, 4 и 6 мм
(установлены на заводе). Ограничитель защищает обрабатываемую
деталь от повреждения при заходе и сходе фрезера с поверхности
композитной панели. После тестового прохода фрезера измеряется
точное значение оставшегося слоя алюминия вместе с полимером и при
необходимости глубина погружения регулируется.
Наиболее существенная деталь дискового фрезера – копировальный
ролик, который контролирует глубину погружения фрезы (рис. 5).
Толщина остаточного слоя полимера должна строго поддерживаться в
пределах 0,3–0,4 мм повсей длине паза. Некоторые европейские
производители комплектуют свое оборудование двумя типами дисковых
фрез для фрезеровки V-образного паза под 90° и 135°, а также одной
фрезой для выборки прямоугольного паза. В комплект входят тричетыре копировальных ролика для наиболее распространенных марок
композитных панелей, с толщинами 2, 3 мм (0,3 мм Al), 4 мм (0,5 мм Al),
6 мм (0,5 мм Al). Для некоторых типов композитных панелей со
специфичными толщинами алюминия или самой панели требуется
изготавливать собственный копировальный ролик. В этом плане
дисковые фрезеры не столь универсальны, как пальчиковые.
Рис.5 Фрезерование АКП.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
Несомненное преимущество дисковых фрезеров – более высокая
производительность. Следует отметить, что износостойкость
пальчиковых фрез значительно ниже дисковых, а настройка
вертикального фрезера на необходимую глубину V-образного паза
трудоемка. Точность фрезеровки во многом зависит от
профессиональных навыков персонала.
Однако в работе с композитными материалами возникают ситуации, в
которых нельзя обойтись без вертикального фрезера, например при
фрезеровании:
• криволинейных участков;
• без «засечек»;
• от «точки»;
• мелких деталей.
Обязательным условием качественно фрезеруемого паза является
применение системы пылеудаления, отсутствие которой в значительной
степени повышает риск попадания опилок под копировальный ролик.
Наезжая на опилки, ролик приподнимает фрезу, и выборка материала
производится на недостаточную глубину. Аналогичный эффект
происходит и с вертикальным фрезером. В этом случае глубина
фрезерования по длине V-образного паза может быть настолько
различной, что последующий загиб материала вызовет затруднения или
производственный брак - растрескивание алюминия.
Оборудование для фрезеровки АКП
ВЫБИРАЕМ ОБОРУДОВАНИЕ
Самая качественная и точная обработка композитных панелей
выполняется на станках с ЧПУ, которые обеспечивают точность
контурной порезки не ниже 50 мкм на рабочем поле 2×3 м. Фрезерная
обработка производится специальными фрезами. Резка по контуру и
фрезеровка панелей выполняются за один цикл обработки. Это
обеспечивает высокую совместимость пазов с осями для гибки кассет и
высечными углами, а также одинаковый уровень проушин для крепления
кассет.
В условиях, когда раскрой и фрезеровка композитной панели
производится прямо на месте монтажа, бывает труднее выполнить все
рекомендуемые требования. Чаще всего пыль и стружка не удаляются
пылесосом, используется неровный стол или вместо металлической
шины-направляющей применяется деревянная планка и т. д. Кроме того,
работы на объекте производятся быстрее, чем в цехе. В связи с
перечисленными причинами основное требование к толщине
оставшегося полимера часто нарушается.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
Проблема остаточного слоя полимера
Требование к толщине остаточного слоя полимера (полиэтилена) и к
ширине нижней части паза, как мы говорили, довольно жесткие.
Когда оставшийся слой полимера оказывается тоньше рекомендуемых
0,3 мм, то радиус сгиба становится меньше допустимого для алюминия и
металл может треснуть на сгибе.
Минимальный радиус сгиба листа алюминия равен толщине слоя,
умноженной на коэффициент (1,5 – при сгибе поперек прокатки, 2 – при
сгибе вдоль прокатки листа2). При отрицательных температурах эти
коэффициенты необходимо увеличивать. Следует учитывать и тот факт,
что сплав алюминия в покровных листах жестких панелей менее
пластичен, поэтому минимальный радиус гибки должен быть еще больше.
В случае сгибания панели при остаточном слое полимера, значительно
превышающем 0,3 мм, радиус изгиба определяется самим полимером, а
не металлом. Толстый слой полиэтилена имеет более высокое
сопротивление сжатию, чем сила сопротивления растяжению тонкого
листа алюминия. Алюминиевый сплав может растягиваться не более чем
на 4–6%. При превышении силы растяжения, приложенной к наружному
слою алюминия на сгибе, допустимой прочности на разрыв лист
алюминия разрушается.
Аналогичный результат будет получен, если у фрезы острый угол торца
и отсутствует «пятка» (нижнее основание фрезы). Если размер «пятки»
превышает 3 мм, это не критично, но может привести к тому, что линия
изгиба не будет проходить строго по середине паза. При правильной
толщине остаточного слоя полимера и размере «пятки» фрезы
внутренний радиус закругления покровного листа алюминия будет
составлять примерно 1,6–2 мм (для толщины алюминиевого листа 0,21–
0,3 мм). Этот разброс определяется различием свойств полиэтилена
внутри композитных панелей разных марок.
Направление прокатки определяется стрелками на защитной пленке или
преимущественным направлением линий на поверхности с тыльной
стороны алюминия, похожих на царапины от шлифовки, образуемых при
прокатке алюминия.
Когда требуется придать слегка закругленную форму углам при гибке, то,
как указывалось выше, радиус закругления задается толщиной полимера.
При этом используется специальная фрезеровка U-образного паза
шириной 14 мм с заданием толщины остаточного слоя полимера около 1
мм, что втрое превышает значение, рекомендуемое для сгибания под
прямым углом. Внешний радиус закругления будет равен примерно 7 мм.
Этот способ годится для изготовления рекламных или выставочных
конструкций, но не подходит для облицовочных кассет (коробов).
Испытания на «гибкость»
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
При подготовке статьи были проведены простые испытания, которые
наглядно показали, как влияет толщина остаточного слоя полимера на
процесс гибки композитных панелей. Все эксперименты проводились на
образцах толщиной 3 мм и шириной 2,5 см. Использовались панели
следующих марок: Alucobest, Dibond, ECOBOND, Haida, Maxusbond,
Sanxing Darren, Xian Feng и другие. Толщина покровного алюминия
составляла 0,21 мм (для материала Dibond – 0,3 мм). На координатнофрезерном станке Mecanumeric MECAPRO 3200 в режиме 3-мерной
обработки мы задали глубину выборки паза с шагом 0,1 мм и
фрезеровку вдоль и поперек прокатки алюминиевого листа.
При комнатной температуре максимальное число изгибов до появления
первой трещины резко сокращается при уменьшении толщины слоя
полимера ниже 0,3 мм и при увеличении больше 0,8 мм. В диапазоне
толщин полимера 0,3–0,8 мм наблюдается максимальное значение этого
параметра. При отрицательных температурах можно видеть, что
максимальное число изгибов имеет место только при толщине
остаточного слоя полимера 0,3 мм. Вот почему практически все
производители алюминиевых композитных панелей выдвигают
требование соблюдать рекомендованную толщину.
Теперь попробуем ответить на возникающее возражение – зачем гнуть
десятки раз, если на практике такую операцию редко требуется
производить дважды. Для начала заметим, что длина паза в образцах
была всего 2,5 см. Если эту длину увеличивать, то максимальное число
изгибов уменьшается и достигает, среднем,5 гибок до появления первой
трещины при длине 200 см, а при длине 300 см удается согнуть 2–3 раза
(данные характерны для панелей ECOBOND).
При сгибании вручную сначала изгибается один край, потом середина и
затем другой край, что отрицательно сказывается на качестве работ.
Иногда вообще невозможно согнуть панель по линии паза на такой
длине без растрескивания слоя алюминия. Требуется специальное
приспособление, которое обеспечивает одновременный изгиб бортика
кассеты по всей длине, или нормальный гибочный станок.
Интересно сравнение данных для трех типов АКП, различающихся
сортом алюминиево-магниевого сплава и соответственно жесткостью
самого материала. Заметное отличие наименее жесткой АКП наилучшим
образом проявляется при гибке на морозе как вдоль прокатки алюминия,
так и поперек. Допустимый разброс по толщине остаточного слоя
полимера в подобной композитной панели значительно превосходит
другие АКП. На практике это означает, что материал менее чувствителен
к ошибкам при фрезеровке и гибке.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
В заключение следует сказать, что большинство исследуемых АКП были
получены в 2004 году от поставщиков или непосредственно от
производителей. Было замечено, что разные партии панелей некоторых
марок имеют довольно значительные расхождения в параметрах.
Поэтому приведенные результаты отражают наиболее типичное
поведение АКП. Кроме того, авторы статьи не являются экспертами в
этой области, и результаты исследований следует рассматривать только
как иллюстративный материал для понимания тонкостей процесса
обработки АКП. Мы допускаем, что эти результаты могут быть оспорены,
так как с точки зрения статистики для более достоверных данных
потребовалось бы исследовать гораздо большее количество образцов.
Специалистам важно знать, насколько критичны требования к обработке,
и понимать, как это может повлиять на поведение материала, его
эксплуатационные характеристики в дальнейшем (таблица). Хотелось бы
подчеркнуть самое главное – небрежность в работе или при монтаже
может сыграть злую шутку за день перед сдачей объекта. Примером
может служить случай, когда великолепно выполненный фасад был
испорчен при снятии защитной пленки в холодное время года. Отрыв
производили перпендикулярно панели, а не под углом 180°, как
рекомендовано. В результате поверхности нескольких нижних рядов
кассет выгнулись наружу. Помимо того, что внешний вид фасада был
кардинально испорчен, под сомнение были поставлены репутация
фирмы и уровень профессионализма ее специалистов.
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru
Таблица. Наиболее
Проблема
Растрескивание
листа алюминия по
линии сгиба
частые проблемы с фрезеровкой и гибкой.
Причины
Это наиболее частая проблема, которая возникает,
когда толщина остаточного слоя полимера
отличается от 0,3-0,4 мм. Причины:
а) отклонение глубины погружения фрезера в
композитную панель, а также при попадании
стружки или опилок под копировальный ролик;
б) гибка производится на морозе. Некоторые
производители АКП рекомендуют гнуть кассеты при
температуре не ниже +10 °С;
в) очень жесткий алюминий в композитных
панелях;
г) разболтанный фрезер. При переменном
приложении силы нажима то на одну, то на другую
сторону ручек фрезера режущий инструмент
отклоняется от центральной оси. Простая проверка
фрезера марки Bosch GOF 1300, отработавшего 5
лет, показала отклонение основания фрезы
относительно оси на ± 0,15 мм. Это может дать
изгиб панели не по прямой линии
Получается при сгибе бортиков кассет, если:
а) фрезеровка выполнена не по прямой линии;
б) из-за неточного фрезерования остаточная
толщина полимера оказалась различной - это дает
разный радиус закругления;
в) гибка бортика производится не одновременно,
например сначала края, а затем середина. Гибка в
Дугообразный угол этом случае осуществляется не по прямой линии.
гибки (эффект
Для того чтобы этого избежать, используется
сабли)
специальный зажим для бортика по всей длине или
гибка производится на гибочном столе;
г) листы начали сгибать сразу после фрезеровки, не
дав им остыть. Температура стенок вдоль паза
может сильно варьироваться, что дает разный
радиус вдоль линии гибки;
д) исходная панель слегка согнута;
е) фрезер разболтан
Нарушается параллельность фрезеровки
относительно сторон и перпендикулярность сторон.
Кассеты имеют
Еще хуже, когда не выдерживаются расстояния
разные габаритные линии фрезеровки от края листа. При различии
размеры
габаритов возможны видимые ступеньки одной
кассеты относительно других на лицевой
поверхности облицовки фасада
Если угол не равен 90° или вершина треугольника
Кассета выпуклая
(точка соединения катетов при угле 90°) не
(неправильная
совпадает с центральной линией паза после
высечка углов)
фрезеровки, то при загибе бортиков и
заклепывании уголков на кассете возникает дефект
выпуклой или вогнутой лицевой поверхности
кассеты. Такой же эффект возможен, когда катеты
высекаемого уголка имеют разные углы
относительно линии фрезерованного паза, т. е. не
равные 45°. В этом случае отверстия для заклепок
на уголках кассеты после сгибания не совпадают с
отверстиями подставляемой с задней стороны
пластины или куска уголкового профиля из
алюминия. Тогда кассету немного изгибают, чтобы
отверстия совпадали, и производят заклепку.
Естественно, такая кассета будет напряженновыпуклая
Чаще всего такой дефект возникает, когда работают
с АКП, имеющими жесткий покровной лист
алюминия. Для того чтобы при изгибе получить угол
бортика 90°, его немного перегибают, а затем,
Неровная лицевая увидев, что перегнули слишком сильно, разгибают в
поверхность
обратную сторону. Угадать трудно. При этом
кассеты
получают на лицевой поверхности у краев кассеты
вогнутую часть. Недогиб приводит к выпуклости.
Для предотвращения такого рода дефекта
используют гибочный станок, на котором заранее
отработан угол загиба для каждой марки панели
Во избежание большинства описанных проблем ряд компаний
прибегают к услугам по раскрою и фрезеровке с использованием станков
с ЧПУ или специальных обрабатывающих центров. Это несколько
удорожает работу, но значительно экономит окончательную цену,
помогает избежать брака. Обработку композитных панелей и
изготовление кассет должен производить в условиях цеха специально
подготовленный персонал.
Сергей Гурьянов, ведущий инженер-технолог компании «Аверс Новітні
Технології».
Благодарим за помощь в исследованиях Николая Радченко, заведующего
учебной лабораторией и Тиберия Кепича, кандидата физикоматематических наук (кафедра механики сплошных сред Киевского
университета им. Тараса Шевченко).
ООО "Фасадная компания ВИД"
http://vid-fasad.ru