Mecanizado UHMW
El polietileno de peso molecular ultraalto (o UHMW) es un polímero termoplástico con un peso molecular de 5 a 9 millones de UMA, lo cual es extremadamente alto. Este plástico de ingeniería es resistente a los productos químicos, al desgaste y duradero.
Sus largas cadenas de polímeros alineadas, unidas entre sí por poderosas fuerzas de Van der Waals, hacen que el mecanizado del polietileno UHMW sea un desafío.
Optimizar las velocidades de corte, la gestión térmica, los mecanismos de sujeción y el diseño de las piezas permite obtener el máximo rendimiento del mecanizado de plástico UHMW. Esto es necesario porque las piezas mecanizadas con UHMW son cruciales en las industrias médica, automotriz, de procesamiento químico, de alimentos y bebidas, y muchas otras.
Continúe leyendo este artículo para obtener más detalles sobre el material y el proceso para obtener piezas UHMW personalizadas.
¿Qué es el material UHMW?
El polietileno de peso molecular ultra alto (UHMW) es un polietileno termoplástico popular con una alta relación resistencia-densidad, alta resistencia al desgaste, bajo coeficiente de fricción y una durabilidad inigualable.
Una varilla UHMW
Este excelente plástico de ingeniería, con sus propiedades mecánicas superiores, encuentra aplicación en aplicaciones exigentes. Servicios de mecanizado CNC Suministrar piezas mecanizadas UHMW para componentes médicos, procesamiento de alimentos y componentes industriales, entre otras áreas exigentes.
Propiedades UHMW
El UHMW tiene una amplia gama de buenas propiedades que lo convierten en la opción perfecta para aplicaciones exigentes: resistencia química, resistencia a la fatiga, resistencia a la abrasión, resistencia al impacto y resistencia al agua, entre otras.
A continuación se muestra una tabla que resume las propiedades, incluido el punto de fusión del UHMW:
| PROPIEDADES FÍSICAS | ||
| Propiedad | Monitoreadas | Valor |
| Densidad | g / cm³ | 0.934 |
| Absorción de agua (24 horas) | % | 0.01 |
| PROPIEDADES MECÁNICAS | ||
| Propiedad | Monitoreadas | Valor |
| Resistencia a la tracción | MPa | 31.0 |
| Módulo de tracción | GPa | 0.55 |
| Alargamiento por tracción en rotura | % | 350 |
| Fuerza flexible | MPa | 24.1 |
| Módulo de flexión | MPa | 607 |
| Fuerza compresiva | MPa | 20.7 |
| Módulo de compresión | MPa | 552 |
| Resistencia a la cizalladura | MPa | 6.2 |
| PROPIEDADES TERMALES | ||
| Propiedad | Monitoreadas | Valor |
| Temperatura de deflexión térmica | ° C | 49 |
| Temperatura de fusión (aprox.) | ° C | 135 |
| Temperatura de funcionamiento máxima | ° C | 82 |
| Conductividad Térmica | W / m · K | 0.42 |
| Coeficiente de expansión térmica lineal | × 10⁻⁵/°C | 20 |
| PROPIEDADES ELECTRICAS | ||
| Propiedad | Monitoreadas | Valor |
| Resistencia dieléctrica | kV / mm | 23.6 |
| Constante dieléctrica (1 kHz) | – | 2.30 |
| Factor de disipación (1 kHz) | × 10⁻⁴ | 5 |
| Resistividad de superficie | Ω | 10¹⁵ |
Estos datos están disponibles públicamente y se comparten únicamente con fines comparativos.
¿Es difícil mecanizar el UHMW?
El UHMW es difícil de mecanizar debido a la acumulación de virutas, las partículas de polvo, la sensibilidad al calor y el desgaste de la herramienta. Estos problemas hacen que este polímero sea más difícil de procesar en comparación con opciones como el HDPE (polietileno de alta densidad) y otros. polímeros.
Sin embargo, existen estrategias para lograrlo. Proceso de mecanizado CNC sea más manejable.
Piezas de UHMW mecanizadas por CNC
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Más información sobre problemas comunes y soluciones en el mecanizado UHMW
Como se mencionó, el mecanizado UHMW es propenso a varios problemas que requieren buenas estrategias para superarlos. A continuación se presentan los principales problemas junto con las mejores soluciones:
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Acumulación de virutas
Debido a su alta resistencia al desgaste y bajo coeficiente de fricción, este material tiende a formar virutas largas. Estas pueden acumularse fácilmente alrededor de la herramienta de corte, lo que podría causar sobrecalentamiento.
Acumulación de chips
La solución a este problema es aplicar estrategias de rotura de viruta, evacuar las virutas mediante el método de soplado de aire y utilizar la mejor geometría de herramienta.
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Partículas de polvo
Al ser un material duro, el UHMW también genera polvo durante el mecanizado. Estas finas partículas pueden dificultar el mecanizado con UHMW, afectando tanto al operario como a la máquina CNC. Es necesario un mecanismo de extracción de polvo para mecanizar este termoplástico.
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Sensibilidad al calor
El UHMW es sensible al calor, una característica que se hace evidente durante el mecanizado CNC. Si la temperatura es demasiado alta, este termoplástico se funde o ablanda en la línea de corte, lo que produce superficies deficientes. Debido a este problema, la precisión dimensional puede ser deficiente.
Una de las estrategias eficaces para contrarrestar esta sensibilidad es utilizar métodos de corte secuencial. El tipo de mecanismo de sujeción utilizado también es importante. Para una mejor estabilidad dimensional, también se puede aliviar la tensión de la pieza antes del corte final.
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Desgaste de la herramienta
Incluso las herramientas se ven afectadas por la tenacidad y la resistencia a la abrasión de las piezas de UHMW durante el mecanizado CNC. Incluso las herramientas de carburo duro pueden resultar ineficaces, especialmente si se descuida la monitorización.
Resistencia a la abrasión del UMMW en comparación con otros materiales
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Expansión y contracción
El mecanizado de UHMW puede ser complejo debido a la tendencia del material a expandirse y contraerse debido a los cambios de temperatura. Por lo tanto, se deben considerar cuidadosamente las condiciones ambientales antes de que los fabricantes de UHMW inicien el proceso de mecanizado.
El mejor Fabricantes CNC También se minimiza este problema diseñando el accesorio teniendo en cuenta la expansión térmica. También se consideran las dimensiones finales de la pieza mecanizada de UHMW. El uso de parámetros de mecanizado adecuados también ayuda a gestionar este desafío.
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Cómo elegir el proceso de mecanizado UHMW adecuado
El proceso de mecanizado UHMW correcto tiene en cuenta la expansión térmica, los parámetros de corte, la sujeción y la sujeción, el control del calor y la selección de herramientas de corte centradas en UHMW.
Por lo tanto, la estrategia implica evaluar los requisitos de las piezas mecanizadas UHMW, evaluar la gestión del calor, seleccionar el método de mecanizado CNC principal, determinar el método de sujeción y optimizar los parámetros de corte.
Requisitos para piezas mecanizadas UHMW
La primera consideración son los requisitos de las piezas mecanizadas en cuanto a geometría, acabado superficial y tolerancias. Estos son los criterios fundamentales para el enfoque o estrategia de mecanizado ideal.
Gestión del calor
La generación de calor debe gestionarse adecuadamente en el mecanizado de UHMW. Las soluciones a este problema incluyen el uso de herramientas afiladas, la geometría correcta de la herramienta, velocidades de corte más bajas y una gestión adecuada de la evacuación de la viruta.
Método de mecanizado CNC primario
El método principal de mecanizado CNC suele depender del tipo de piezas mecanizadas de UHMW. Las operaciones de torneado producen piezas cilíndricas, las operaciones de fresado se utilizan para cajeras y superficies planas, y el taladrado con ciclos de corte produce agujeros.
Dada la naturaleza de este polímero, evitar moler.
Método de sujeción
Esta es otra área crítica del mecanizado UHMW, ya que es necesario controlar tanto el efecto de la fuerza de sujeción sobre el material como las vibraciones generadas durante el mecanizado. Se recomiendan abrazaderas de mordazas blandas para piezas pesadas.
Utilice accesorios personalizados que distribuyan las fuerzas adecuadamente al mecanizar piezas UHMW complejas.
Accesorio deslizante UHMW
Parámetros de corte
El proceso de corte tendrá éxito si los rangos de velocidad de avance y de velocidad de corte se limitan a 0.05 – 0.15 mm/rev y 100 – 200 m/min, respectivamente.
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¿Qué herramientas se utilizan para el mecanizado UHMW?
Las herramientas de carburo son las más eficaces para el mecanizado de UHMW porque no solo producen cortes precisos, sino que también minimizan la adherencia del material. El acero de alta velocidad (HSS) también es una opción, ya que resiste el desgaste y mantiene el filo necesario para cortar este material resistente.
Por lo tanto, a menudo, el maquinista se debate entre herramientas de carburo y de acero rápido (HSS). La elección depende de los requisitos específicos del proyecto, como la tolerancia, el acabado superficial y la velocidad de fabricación.
¿Cuáles son las aplicaciones del mecanizado UHMW?
Aplicaciones de piezas mecanizadas UHMW de Boda Incluye las industrias marina, automotriz, de alimentos y bebidas, de procesamiento químico, de automatización y farmacéutica. También se utiliza para piezas aeroespaciales especializadas.
Las piezas UHMW mecanizadas específicas incluyen lo siguiente:
- Engranajes UHMW
- Lavadoras UHMW
- Poleas UHMW
- Bujes de UHMW
- Ruedas UHMW
- Rodillos UHMW
Engranajes UHMW
LEER MÁS: Mecanizado CNC para piezas aeroespaciales
¿Es el UHMW mejor que el HDPE en cuanto a maquinabilidad?
Piezas de HDPE mecanizadas por CNC
No, el UHMW es más difícil de mecanizar que el HDPE. El HDPE es cristalino, pero el UHMW también lo es. El problema radica en que el UHMW tiene cadenas de polímeros extremadamente largas, lo que le confiere una gran resistencia a los impactos y una especie de superficie autolubricante.
La herramienta de corte tiende a deslizarse sobre la superficie en lugar de cortar el material. Además, este termoplástico presenta una alta ductilidad, lo que presenta problemas de estabilidad dimensional. Incluso después del mecanizado CNC, el UHMW puede experimentar fluencia, por lo que obtener tolerancias ajustadas del material resulta difícil.
Lectura adicional sobre la resistencia al impacto: Plástico resistente al impacto
Comparación de UHMW con otros materiales poliméricos
Para complementar la comparación con el HDPE, el UHMW para mecanizado CNC puede compararse con el acrílico, el policarbonato y el cloruro de polivinilo (PVC). El UHMW presenta una mayor resistencia a la abrasión que el acrílico. También es más resistente y rígido que ambos, el policarbonato y el cloruro de polivinilo (PVC).
Más sobre estas comparaciones a continuación.:.
UHMW vs. Acrílico
El acrílico carece de la resistencia a la abrasión del UHMW, por lo que puede agrietarse por tensión y volverse opaco cuando su superficie se desgasta repetidamente. Por el contrario, el UHMW conserva su estabilidad dimensional frente a una amplia variedad de tipos de desgaste superficial. De hecho, las pruebas han demostrado que el UHMW puede ser hasta 10 veces más resistente a la abrasión que el acrílico.
Agrietamiento por tensión en acrílico
El polímero también se comporta mejor en ambientes húmedos y corrosivos. Productos químicos como la dimetilformamida y la acetona dañan fácilmente el acrílico, pero no el UHMW.
Sin embargo, la claridad óptica del acrílico es mucho mejor que la del UHMW. Por lo tanto, este sería el material predilecto para mecanizado CNC donde la transparencia es crucial.
UHMW frente a PC
La alta resistencia al calor y al impacto del policarbonato son útiles en aplicaciones como lentes y carcasas de máquinas.
Lentes de policarbonato
Sin embargo, el UHMW lo supera en resistencia a la abrasión, rigidez, resistencia a la compresión y resistencia a la tracción.
UHMW frente a PVC
La resistencia a la corrosión del PVC es indiscutible. Además, es un material asequible, lo que lo hace relevante en aplicaciones comunes como marcos de ventanas y tuberías. Sin embargo, al igual que el policarbonato, no ofrece la misma resistencia ni resistencia a la abrasión que el UHMW.
Conclusión
Ahora es evidente por qué las piezas UHMW personalizadas son tan valoradas para aplicaciones industriales exigentes. La resistencia química, el bajo coeficiente de fricción, la resistencia a la abrasión y la durabilidad general son buenas propiedades que las industrias no pueden permitirse ignorar.
La resiliencia y el rendimiento de las piezas UHMW son la respuesta a muchos requisitos operativos industriales.
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