Usinagem UHMW
O polietileno de ultra-alto peso molecular (ou UHMW) é um polímero termoplástico com peso molecular de 5 a 9 milhões de u.m.a., um valor extremamente elevado. Este plástico de engenharia é resistente a produtos químicos, ao desgaste e durável.
Suas longas cadeias de polímero alinhadas, unidas por poderosas forças de Van der Waals, tornam o processamento do polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMW) um desafio.
A otimização das velocidades de corte, do gerenciamento térmico, dos mecanismos de fixação e do projeto das peças ajuda a obter o melhor desempenho na usinagem de plástico UHMW. Isso é necessário porque as peças usinadas em UHMW são essenciais nas indústrias médica, automotiva, de processamento químico, de alimentos e bebidas, e em muitas outras.
Continue lendo este artigo para obter mais detalhes sobre o material e o processo de fabricação de peças personalizadas de UHMW.
O que é o material UHMW?
O polietileno de ultra-alto peso molecular (UHMW) é um polietileno termoplástico popular com alta relação resistência/densidade, alta resistência ao desgaste, baixo coeficiente de atrito e durabilidade incomparável.
Uma haste de UHMW
Este excelente plástico de engenharia, com suas propriedades mecânicas superiores, encontra aplicação em setores exigentes. Serviços de usinagem CNC Fornecemos peças usinadas de UHMW para componentes médicos, processamento de alimentos e componentes industriais, entre outras áreas exigentes.
Propriedades UHMW
O UHMW possui uma ampla gama de propriedades vantajosas que o tornam a escolha perfeita para aplicações exigentes – resistência química, resistência à fadiga, resistência à abrasão, resistência ao impacto e resistência à água, entre outras.
Segue abaixo uma tabela que resume as propriedades, incluindo o ponto de fusão do UHMW:
| PROPRIEDADES FÍSICAS | ||
| Propriedade | Monitoradas | Valor |
| Densidade | g / cm³ | 0.934 |
| Absorção de água (24 horas) | % | 0.01 |
| PROPRIEDADES MECÂNICAS | ||
| Propriedade | Monitoradas | Valor |
| Resistência à Tração | MPa | 31.0 |
| Módulo de Tração | GPa | 0.55 |
| Alongamento de tração na ruptura | % | 350 |
| Força Flexural | MPa | 24.1 |
| Módulo Flexural | MPa | 607 |
| Força compressiva | MPa | 20.7 |
| Módulo Compressivo | MPa | 552 |
| Força de cisalhamento | MPa | 6.2 |
| PROPRIEDADES TÉRMICAS | ||
| Propriedade | Monitoradas | Valor |
| Temperatura de deflexão térmica | ° C | 49 |
| Temperatura de fusão (aprox.) | ° C | 135 |
| Temperatura operacional máxima | ° C | 82 |
| Condutividade Térmica | W / m · K | 0.42 |
| Coeficiente de Expansão Térmica Linear | × 10⁻⁵/°C | 20 |
| PROPRIEDADES ELÉTRICAS | ||
| Propriedade | Monitoradas | Valor |
| Rigidez dielétrica | kV / mm | 23.6 |
| Constante Dielétrica (1 kHz) | - | 2.30 |
| Fator de dissipação (1 kHz) | × 10⁻⁴ | 5 |
| Resistividade superficial | Ω | 10¹⁵ |
Esses dados são de domínio público e compartilhados apenas para fins de comparação.
O UHMW é difícil de usinar?
O UHMW (polietileno de ultra-alto peso molecular) é difícil de usinar devido ao acúmulo de cavacos, partículas de poeira, sensibilidade ao calor e desgaste da ferramenta. Esses problemas tornam esse polímero mais desafiador de processar em comparação com opções como o HDPE (polietileno de alta densidade) e outros. Polímeros.
No entanto, existem estratégias para tornar o Processo de usinagem CNC mais gerenciável.
Peças de UHMW usinadas por CNC
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Mais sobre problemas comuns e soluções na usinagem de UHMW
Conforme mencionado, a usinagem de UHMW é propensa a diversos problemas que exigem boas estratégias para serem superados. Apresentamos aqui os principais problemas e suas melhores soluções:
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Acúmulo de cavacos
Devido à sua alta resistência ao desgaste e baixo coeficiente de atrito, esse material tende a formar cavacos longos. Os cavacos podem se acumular facilmente ao redor da ferramenta de corte, causando potencialmente superaquecimento.
Acúmulo de lascas
A solução para esse problema é aplicar estratégias de quebra de cavacos, evacuar os cavacos usando o método de jato de ar e utilizar a melhor geometria de ferramenta.
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Particulas sujas
Por ser um material duro, o UHMW também gera poeira durante a usinagem. Essas partículas finas podem tornar a usinagem do UHMW trabalhosa, afetando tanto o operador quanto a máquina CNC. Um sistema de extração de poeira é essencial na usinagem desse termoplástico.
-
Sensibilidade ao Calor
O UHMW é sensível ao calor, uma característica que se torna evidente durante a usinagem CNC. Se o calor for muito alto, esse termoplástico derrete ou amolece na linha de corte, resultando em superfícies de má qualidade. A precisão dimensional pode ficar abaixo do ideal devido a esse problema.
Uma das estratégias eficazes para lidar com essa sensibilidade é o uso de métodos de corte sequencial. O tipo de mecanismo de fixação da peça também é importante. Para uma melhor estabilidade dimensional, a peça pode ser submetida a um processo de alívio de tensões antes do corte final.
-
Desgaste da ferramenta
Nem mesmo as ferramentas escapam da tenacidade e da resistência à abrasão das peças de UHMW durante a usinagem CNC. Até mesmo as ferramentas de metal duro podem se tornar ineficazes, especialmente se o monitoramento for negligenciado.
Resistência à abrasão do UMMW em comparação com outros materiais
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Expansão e Contração
A usinagem de UHMW pode ser desafiadora devido à tendência do material de expandir e contrair em função das variações de temperatura. Portanto, as condições ambientais devem ser cuidadosamente consideradas antes que os fabricantes de UHMW iniciem o processo de usinagem.
Melhor fabricantes de CNC Além disso, esse problema é minimizado projetando-se o dispositivo de fixação levando em consideração a expansão térmica. Também são consideradas as dimensões finais da peça usinada em UHMW. O uso de parâmetros de usinagem adequados também ajuda a lidar com esse desafio.
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Como escolher o processo de usinagem de UHMW adequado
O processo de usinagem de UHMW adequado leva em consideração a expansão térmica, os parâmetros de corte, a fixação da peça, o controle de temperatura e a seleção de ferramentas de corte específicas para UHMW.
Portanto, a estratégia envolve avaliar os requisitos para peças usinadas em UHMW, analisar o gerenciamento térmico, selecionar o principal método de usinagem CNC, determinar o método de fixação da peça e otimizar os parâmetros de corte.
Requisitos para peças usinadas de UHMW
A primeira consideração são os requisitos para as peças usinadas em termos de geometria, acabamento superficial e tolerâncias. Esses são os guias fundamentais para a abordagem ou estratégia de usinagem ideal.
Gerenciamento De Calor
Na usinagem de UHMW, a geração de calor deve ser cuidadosamente controlada. As soluções para esse problema incluem o uso de ferramentas afiadas, geometria de ferramenta adequada, velocidades de corte mais baixas e gerenciamento apropriado da remoção de cavacos.
Método primário de usinagem CNC
O principal método de usinagem CNC geralmente depende do tipo de peças de UHMW usinadas. Operações de torneamento produzem peças cilíndricas, operações de fresamento são para cavidades e superfícies planas, e a furação com ciclos de penetração fabrica furos.
Devido à natureza deste polímero, evite moê-lo.
Método de fixação
Esta é outra área crítica da usinagem de UHMW, pois é necessário controlar tanto o efeito da força de fixação sobre o material quanto as vibrações geradas durante a usinagem. Recomenda-se o uso de grampos com mordentes macios para peças pesadas.
Utilize dispositivos de fixação personalizados que distribuam as forças adequadamente ao usinar peças complexas de UHMW.
fixação deslizante UHMW
Parâmetros de corte
O processo de corte será bem-sucedido se a taxa de avanço e a velocidade de corte forem limitadas a 0.05 – 0.15 mm/rev e 100 – 200 m/min, respectivamente.
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Quais ferramentas são usadas para usinagem de UHMW?
As ferramentas de metal duro são as mais eficazes para usinagem de UHMW (ultra-alto peso molecular) porque, além de produzirem cortes precisos, minimizam a aderência do material. O aço rápido (HSS) também é uma opção, pois resiste ao desgaste e mantém a afiação necessária para cortar esse material resistente.
Assim, muitas vezes, o operador de máquinas fica dividido entre ferramentas de metal duro e ferramentas de aço rápido (HSS). A escolha depende dos requisitos específicos do projeto, como tolerância, acabamento superficial e velocidade de fabricação.
Quais são as aplicações da usinagem de UHMW?
Aplicações de peças usinadas de UHMW a partir de Boda Inclui as indústrias naval, automotiva, de alimentos e bebidas, de processamento químico, de automação e farmacêutica. Também é utilizado para peças aeroespaciais especializadas.
As peças usinadas específicas de UHMW incluem as seguintes:
- Engrenagens UHMW
- Arruelas UHMW
- Polias UHMW
- Buchas UHMW
- rodas UHMW
- rolos UHMW
Engrenagens UHMW
Ler mais: Usinagem CNC para peças aeroespaciais
O UHMW é melhor que o HDPE em termos de usinabilidade?
Peças de HDPE usinadas por CNC
Não, o UHMW é mais difícil de usinar do que o HDPE. O HDPE é cristalino, mas o UHMW também é. O problema é que o UHMW possui cadeias poliméricas extremamente longas, o que torna o material extremamente resistente a impactos, com uma espécie de superfície autolubrificante.
A ferramenta de corte tende a deslizar sobre a superfície em vez de cortar o material. Além disso, esse termoplástico possui alta ductilidade, o que apresenta desafios em termos de estabilidade dimensional. Mesmo após usinagem CNC, o UHMW pode sofrer fluência, dificultando a obtenção de tolerâncias rigorosas para o material.
Para saber mais sobre resistência ao impacto, consulte a seção sobre resistência ao impacto.: Plástico resistente a impactos
Comparação do UHMW com outros materiais poliméricos
Para complementar a comparação com o HDPE, o UHMW para usinagem CNC pode ser comparado ao acrílico, ao policarbonato e ao policloreto de vinila (PVC). O UHMW demonstra maior resistência à abrasão do que o acrílico. Também é mais resistente e rígido do que o policarbonato e o policloreto de vinila (PVC).
Mais detalhes sobre essas comparações serão apresentados a seguir.:.
UHMW vs. Acrílico
O acrílico não possui a mesma resistência à abrasão que o UHMW, podendo sofrer fissuras por tensão e tornar-se opaco quando sua superfície é repetidamente desgastada. Em contrapartida, o UHMW mantém sua estabilidade dimensional mesmo diante de uma ampla variedade de tipos de desgaste superficial. De fato, testes indicaram que o UHMW pode ser até 10 vezes mais resistente à abrasão do que o acrílico.
Fissuras por tensão em acrílico
O polímero também apresenta melhor desempenho em ambientes úmidos e corrosivos. Substâncias químicas como dimetilformamida e acetona comprometem facilmente o acrílico, mas não o UHMW.
No entanto, a transparência óptica do acrílico é muito superior à oferecida pelo UHMW. Portanto, este seria o material de escolha para usinagem CNC em situações onde a transparência é fundamental.
UHMW vs PC
A elevada resistência ao calor e a resistência ao impacto do policarbonato são úteis em aplicações como lentes e invólucros de máquinas.
Lentes de policarbonato
No entanto, o UHMW apresenta melhor desempenho em resistência à abrasão, rigidez, resistência à compressão e resistência à tração.
UHMW vs PVC
A resistência à corrosão do PVC é indiscutível. O material também é acessível, tornando-o relevante em aplicações comuns, como caixilhos de janelas e tubulações. No entanto, assim como o policarbonato, não possui a mesma resistência mecânica e à abrasão que o UHMW.
Conclusão
Agora está claro por que as peças personalizadas de UHMW são tão valorizadas para aplicações industriais exigentes. Resistência química, baixo coeficiente de atrito, resistência à abrasão e durabilidade geral são propriedades importantes que as indústrias não podem se dar ao luxo de ignorar.
A resistência e o desempenho das peças de UHMW são a resposta para muitos requisitos operacionais industriais.
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