El politetrafluoroetileno (PTFE) es un polímero termoplástico sintético fluorado, más comúnmente conocido con la marca Teflon. Es uno de los plásticos de ingeniería más utilizados en aplicaciones industriales. Debido a la inercia química del PTFE, su alto punto de fusión y su bajo coeficiente de fricción, los fabricantes rápidos suelen utilizar PTFE para crear piezas personalizadas en aplicaciones que van desde sartenes antiadherentes hasta dispositivos médicos y aeroespaciales.
A pesar de sus mediocres propiedades mecánicas, es uno de los más populares. Mecanizado CNC y fresado de plásticos para muchas aplicaciones específicas. Una de las mejores formas de fabricar piezas de teflón es el mecanizado CNC. Este artículo explora los entresijos del procesamiento del teflón: las propiedades del material, las ventajas del procesamiento, las aplicaciones comunes y más. El mecanizado CNC de PTFE es ideal para fabricar piezas para diferentes aplicaciones que requieren buena resistencia química y estabilidad a altas temperaturas.
El Teflón es una marca común para el fluoropolímero termoplástico politetrafluoroetileno (PTFE). El PTFE es resistente a los productos químicos y estable incluso a altas temperaturas y, a pesar de sus mediocres propiedades mecánicas, es uno de los plásticos populares para mecanizado y fresado CNC para muchas aplicaciones específicas. El PTFE toma la forma de un sólido blanco a temperatura ambiente y, en general, es notablemente resistente a productos químicos como bases y ácidos. Además, los diseñadores de las industrias médica, de utensilios de cocina y automotriz suelen utilizar PTFE debido a su bajo coeficiente de propiedades de fricción.
Ventajas del teflón
La mayoría de las propiedades del PTFE se derivan de su naturaleza como fluoropolímero termoplástico, que contiene sólo carbono y flúor. Las propiedades notables del teflón incluyen:
- Fatiga y resistencia química.
- Anti-ultravioleta, resistente al agua
- Alto rendimiento de aislamiento
- Bajo coeficiente de fricción
- Punto de fusión 327°C
- Las piezas de PTFE de mecanizado CNC son antiadherentes.
- Estabilidad térmica entre -260°C y +260°C
Limitaciones del PTFE
Aunque el PTFE es un plástico de ingeniería muy popular con ventajas para una variedad de aplicaciones, el mecanizado CNC de PTFE todavía tiene ciertas limitaciones. Éstas incluyen:
- El costo es relativamente mayor.
- Baja resistencia mecánica.
- Su resistencia a la tracción es menor que la del nailon.
- Las piezas de PTFE reaccionan con metales alcalinos y agentes fluorantes.
- El PTFE produce vapores tóxicos cuando se expone a temperaturas superiores a 500 °F (260 °C).
Propiedades mecánicas del PTFE:
- – Densidad: 2.15 g/cm3
- – Dureza superficial: SD63
- – Resistencia a la tracción: 1,500 – 3,000 PSI (25 MPa)
- – Módulo de flexión: 72,000 0.70 PSI (XNUMX GPa)
- – Absorción de agua (remojado durante 24 horas): <0.01%
- – Coeficiente de fricción (dinámico): 0.10
Grados comunes de PTFE
Los fabricantes de diferentes industrias utilizan diferentes grados de PTFE cuando mecanizan piezas de PTFE con CNC. Algunos de estos PTFE tienen marcas y propiedades únicas. Los siguientes son grados comunes de teflón mecanizados por CNC:
- El PTFE puro tiene alta resistencia química, rendimiento de flexión y rendimiento eléctrico;
- PTFE relleno de Peek: para una mejor resistencia a la compresión.
- PTFE pigmentado – para una mejor visibilidad.
- PTFE puro: alta resistencia química, propiedades eléctricas y flexibles.
- PTFE modificado químicamente: menos fluencia, resistencia a la permeación mejorada, superficie lisa.
- PTFE relleno de vidrio: ideal para producir piezas que requieren excelente resistencia química, resistencia a la abrasión y alta resistencia a la compresión.
Tecnología ideal para la fabricación de piezas de teflón: mecanizado CNC
Será difícil encontrar piezas de teflón fabricadas mediante moldeo por inyección o impresión 3D. El mecanizado CNC es el método más utilizado para fabricar piezas de teflón. Es un proceso sustractivo que utiliza herramientas controladas por computadora para eliminar porciones de material de teflón y crear la pieza deseada.
Mayor precisión y menos defectos
Las máquinas CNC ofrecen mayor precisión a la hora de fabricar piezas de teflón porque requieren poca intervención humana. Es probable que el mecanizado CNC de piezas de PTFE sea menos propenso a errores. Las máquinas CNC mantienen la repetibilidad y esta tasa de error, el riesgo de defectos durante el mecanizado CNC de PTFE es bajo.
El PTFE se descompondrá antes de las altas temperaturas.
El teflón/PTFE exhibe una alta viscosidad en estado fundido y sensibilidad al calor en forma amorfa a alta temperatura. Por lo tanto, el mecanizado CNC es ideal para procesar PTFE, ya que puede deteriorarse antes de fundirse.
Además, el procesamiento de teflón/PTFE a temperaturas superiores a 250 °C produce algunos gases tóxicos. Estos gases pueden tener un efecto físicamente perjudicial tanto para el mecánico como para el usuario final del producto. El moldeo por inyección y la impresión 3D no son adecuados para fabricar piezas de teflón debido a las altas temperaturas requeridas.
El mecanizado CNC es adecuado para piezas con formas complejas
Las máquinas CNC de 3, 4 y 5 ejes proporcionan la precisión y exactitud necesarias para piezas complejas de teflón/PTFE. Esta cualidad vital hace que el mecanizado CNC sea una parte integral del mecanizado de precisión de teflón.
Las máquinas multieje utilizan herramientas que pueden moverse en 4 o más direcciones, lo que permite mecanizar piezas de teflón desde diferentes ángulos al mismo tiempo para obtener mejores resultados.
El PTFE es muy sensible al calor.
La mayoría de los métodos de fabricación, incluido el mecanizado CNC, generan calor durante el proceso de fabricación debido al movimiento y la interacción de la herramienta con la pieza de trabajo. Por lo tanto, debe emplear un sistema de enfriamiento eficaz para gestionar el calor generado al mecanizar materiales de PTFE con CNC.
El teflón es muy sensible al calor. Durante el procesamiento de teflón, si no hay un sistema de enfriamiento, pueden ocurrir defectos como deformaciones.
Proceso de mecanizado CNC de piezas de PTFE
El mecanizado CNC es una técnica ampliamente adoptada para fabricar una amplia variedad de piezas mecanizadas personalizadas de Teflón/PTFE. En términos generales, este proceso sustractivo implica el uso de herramientas controladas por computadora para crear material de teflón para crear piezas con formas y dimensiones específicas. Rapid Fabricator utiliza diferentes procesos de mecanizado CNC para crear piezas de teflón personalizadas. AN-Prototype resume el método de procesamiento estándar de procesamiento CNC de teflón:
1. Perforación CNC
La perforación CNC es el uso de un taladro para hacer agujeros en piezas de teflón. Es importante señalar que es fundamental utilizar herramientas que ayuden a la evacuación adecuada de las virutas. Además, asegúrese de que el taladro esté perpendicular a la pieza de trabajo para mitigar la deriva.
2. Fresado CNC
El fresado CNC implica el uso de una fresadora CNC para cortar el exceso de material de teflón para crear diferentes piezas. Las fresadoras CNC giran y mueven herramientas de corte a lo largo de diferentes ejes. Como resultado, las fresadoras proporcionan la alta precisión y exactitud necesarias para una amplia variedad de piezas mecanizadas de PTFE. Por lo tanto, el fresado CNC es adecuado para fabricar piezas de teflón con bordes rugosos.
3. Torneado CNC
El proceso de torneado CNC implica sujetar el material de teflón en un mandril, girar la pieza de trabajo mientras la introduce en una herramienta de torneado para crear una pieza de PTFE con una estructura hueca. El torneado CNC facilita la fabricación de piezas de Teflón/PTFE en formas redondas o cónicas con alta precisión.
4. Máquina compuesta de torneado y fresado CNC
La tecnología de mecanizado CNC de fresado y torneado combina las características de los métodos de fresado y torneado para fabricar piezas de teflón/PTFE con geometrías complejas. Si bien el mecanizado CNC por fresado y torneado puede no estar al nivel del mecanizado multieje, puede proporcionar algunas piezas complejas, como piezas huecas de teflón con características de fondo rugoso.
5. Mecanizado de ejes múltiples/5 ejes
El mecanizado CNC de 5 ejes de teflón es adecuado para fabricar piezas personalizadas complejas. Utiliza configuraciones de múltiples ejes y múltiples herramientas para fabricar piezas de PTFE. Lo más importante es que garantiza una exactitud y precisión excepcionales en el producto final. Las tolerancias estrictas son más fáciles de lograr con los procesos de mecanizado CNC de 5 ejes.
Aplicación típica del mecanizado CNC de piezas de teflón/PTFE
Las piezas de teflón mecanizadas por CNC se utilizan ampliamente en diversas industrias debido a las excelentes propiedades de sus materiales. Las siguientes son aplicaciones típicas de piezas mecanizadas de PTFE:
Industria aeroespacial
Las piezas de teflón mecanizadas por CNC exhiben excelentes propiedades del material, como buena resistencia y baja fricción, lo que las hace adecuadas para su uso en la industria aeroespacial. El PTFE es un excelente aislante eléctrico, lo que hace que las piezas de PTFE sean seguras para conexiones eléctricas y aislamiento de cables. Otros usos del PTFE incluyen mangueras de combustible, revestimientos y protección de superficies de puertas.
Además, los diseñadores de piezas aeroespaciales utilizan el mecanizado CNC de PTFE debido a su exactitud y precisión en la fabricación de piezas aeroespaciales con tolerancias estrictas.
industria médica
La industria médica suele utilizar PTFE para fabricar piezas médicas debido a su inercia química y flexibilidad. Las piezas mecanizadas de PTFE son biocompatibles debido a su capacidad para mantener la estabilidad química y estructural cuando se utilizan como implantes corporales. Un ejemplo común de pieza médica mecanizada de PTFE es una válvula.
Industria del automóvil
Las aplicaciones típicas del teflón/PTFE en la industria automotriz incluyen válvulas y engranajes. Además, el PTFE es adecuado para la fabricación de chasis ligeros y otros componentes de vehículos de diversos tamaños y formas.
Industria de procesamiento de alimentos
El teflón/PTFE es químicamente inerte, lo que lo convierte en un material ideal para el procesamiento de alimentos. Por lo tanto, las piezas procesadas con teflón no reaccionarán con los alimentos procesados. Las aplicaciones típicas de las piezas mecanizadas CNC de teflón/PTFE en esta industria incluyen componentes de maquinaria alimentaria.
Alternativas al teflón
Si bien el mecanizado CNC de PTFE tiene muchas ventajas, otros materiales que son mejores alternativas incluyen:
Etileno Clorotrifluoroetileno (ECTFE)
Este es un copolímero de etileno y clorotrifluoroetileno, un fluoropolímero semicristalino. Es un fluoropolímero similar al teflón, un compuesto de fluorocarbono que contiene múltiples enlaces carbono-flúor.
Este termoplástico semicristalino tiene mejor resistencia química y a la corrosión que el PTFE. Por lo tanto, los fabricantes suelen utilizarlo como piezas que requieren una mejor resistencia química y a la corrosión.
Policlorotrifluoroetileno (PCTFE)
Este material es una alternativa al teflón, pero se diferencia porque es un clorofluoropolímero termoplástico. Tiene la tasa de transmisión de vapor de agua más baja de todos los plásticos y una alta clasificación de resistencia al agua.
Perfluoroalcoxi (PFA)
El PFA y el teflón son fluoropolímeros con resistencia química similar. Pero el PFA es menos resistente a la abrasión y más suave que el teflón. Por tanto, los fabricantes rara vez utilizan este material en piezas estructurales.
Precauciones y consejos básicos para el mecanizado CNC de PTFE
El teflón es un material que ofrece una flexibilidad impresionante en el mecanizado CNC. Sin embargo, es fundamental comprender ciertos factores que afectan un proyecto de mecanizado CNC de teflón/PTFE. Éstos son algunos de estos factores:
Blandura
El teflón es fácil de mecanizar mediante CNC porque es un termoplástico naturalmente blando. Sin embargo, su extrema falta de rigidez puede provocar vibración de la herramienta durante el mecanizado CNC. Por lo tanto, puede utilizar un mejor grado de PTFE para sus piezas mecanizadas por CNC o introducir un material que aumente su resistencia. Además, una regla general es utilizar una tolerancia de +/- 0.001 por pulgada para piezas de plástico.
Tolerancias estrictas
El mecanizado CNC de PTFE con tolerancias estrictas es difícil porque el mecanizado de teflón/PTFE es susceptible a una mayor fluencia de tensión y un alto coeficiente de expansión. Sin embargo, se pueden lograr tolerancias más cercanas a las óptimas y acabados superficiales deseados utilizando refrigerantes solubles en agua.
Deformación por presión extrema
Aplicar demasiada presión durante el mecanizado CNC de PTFE lo deformará.
herramienta afilada
El teflón es un material versátil que se puede mecanizar con una variedad de herramientas, incluidas fresas. En particular, las herramientas afiladas funcionan bien cuando se mecanizan mediante CNC polímeros termoplásticos como PTFE, nailon y acrílico. Esto se debe a que las herramientas afiladas producen cortes limpios, lo cual es fundamental cuando se mecaniza teflón con CNC, ya que es un material antiadherente.
Además, las cuchillas afiladas ayudan a reducir la fricción entre la herramienta y el material, lo que reduce la generación de calor, que también es fundamental cuando se mecaniza PTFE con CNC.
Refrigerante
El alto calor generado durante el fresado o torneado CNC puede hacer que el PTFE se expanda térmicamente, lo que da como resultado acabados deficientes y tolerancias inexactas. Utilice un refrigerante compatible con teflón y ajuste el flujo de refrigerante en consecuencia. Los refrigerantes más utilizados son el aire comprimido, los refrigerantes solubles en agua y los aerosoles químicamente inertes.
desbarbado
El desbarbado es fundamental cuando se mecaniza teflón con CNC. Los bordes afilados creados por el proceso de mecanizado CNC pueden causar problemas durante el ensamblaje y también provocar fallas prematuras de la pieza. Utilizando una herramienta o método de desbarbado compatible con PTFE, elimine todas las rebabas de la pieza.
Otros consejos de mecanizado CNC de PTFE:
- Utilice la herramienta de mecanizado adecuada para su pieza mecanizada de teflón para garantizar una mejor eliminación de virutas y evitar obstrucciones.
- Se recomiendan cortadores de carburo con superficies superiores pulidas para mecanizar piezas de teflón/PTFE para mejorar el acabado superficial y la protección de las herramientas.
- El chorro de arena es una opción de preparación de superficies ideal para que los maquinistas la utilicen para eliminar irregularidades de la superficie de las piezas de teflón CNC.
- Proporcione soporte para material de PTFE durante el mecanizado CNC para garantizar una alta precisión.
Aunque el mecanizado CNC de teflón es más desafiante que otras piezas de plástico, AN-Prototype puede fabricar prototipos de PTFE de alta calidad o pequeños lotes de piezas de PTFE. Somos especialistas confiables en servicios de mecanizado CNC con años de experiencia en el mecanizado CNC de piezas de teflón/PTFE. Ofrecemos una amplia gama de capacidades de mecanizado que incluyen fresado, torneado y mecanizado CNC de 5 ejes para producir piezas de PTFE personalizadas, precisas y de alta calidad con tolerancias estrictas.