Polioksymetylen (POM), powszechnie znany jako acetal lub jego marka Delrin®, to tworzywo konstrukcyjne. Acetal (acetal), polioksymetylen (POM), poliacetal (poliacetal), polioksymetylen, to jego nazwy, a popularne są czarno-białe. W poniższym opisie różne nazwy POM pojawią się losowo. Chociaż POM jest z natury nieprzezroczysty, jest dostępny w różnych kolorach. POM charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną i sztywnością, dobrymi właściwościami ślizgowymi (niski współczynnik tarcia) oraz doskonałą odpornością na zużycie. Ponieważ acetal pochłania niewielką ilość wody i ma doskonałą stabilność wymiarową, jest doskonałym wyborem do skomplikowanych kształtów i precyzyjnie obrobionych części. Jest jednak niestabilny i łatwo ulega degradacji w warunkach kwaśnych i wysokich temperaturach. Ponieważ jego cząsteczki zawierają dużą ilość tlenu, trudno jest nadać mu ognioodporność, a temperatura jego ciągłego użytkowania waha się od -40°C do około 120°C. Istnieją dwa popularne warianty POM, homopoliacetal POM-H i kopoliacetal POM-C, POM-H jest większy niż POM-C pod względem twardości i sztywności, a temperatura topnienia POM-H (172-184°C) wynosi więcej Temperatura jest o 10°C wyższa od POM-C (160-175°C), gęstość 1.410-1.420 g/cm3, a krystaliczność 75-85%. Istnieją również pewne modyfikowane polioksymetyleny o wyższych temperaturach topnienia.
POM został po raz pierwszy odkryty przez niemieckiego chemika Hermanna Staudingera w 1920 r. i wprowadzony na rynek w 1956 r. przez firmę DuPont (pierwotnego producenta plastiku Delrin®). Podobnie jak wszystkie inne tworzywa sztuczne, POM powstaje w wyniku destylacji paliw węglowodorowych na lżejsze grupy. „Destylaty” można następnie łączyć z innymi katalizatorami poprzez polimeryzację lub polikondensację w celu wytworzenia gotowych tworzyw sztucznych.
Aby wytworzyć homopolimery acetalowe, takie jak Delrin®, należy wytworzyć bezwodny formaldehyd w reakcji wodnego formaldehydu z alkoholem, tworząc półformal. Następnie półformal ogrzewa się w celu uwolnienia formaldehydu, który ulega polimeryzacji na drodze katalizy anionowej. Powstały polimer jest stabilny po reakcji z bezwodnikiem octowym z wytworzeniem homopolimeru polioksymetylenu.
Właściwości tworzyw sztucznych Delrin® i specyfikacje mechaniczne
Delrin® może być również stosowany w ogólnym sprzęcie przemysłowym, takim jak łożyska, przekładnie, pompy i oprzyrządowanie. Doskonałe właściwości mechaniczne acetalu czynią go niezwykle wszechstronnym, oferując unikalne połączenie właściwości niespotykanych w większości metali lub innych tworzyw sztucznych. Tworzywa sztuczne Delrin® są mocne, sztywne i odporne na uderzenia, pełzanie, ścieranie, tarcie i zmęczenie. Znany jest również z doskonałej stabilności wymiarowej podczas obróbki precyzyjnej. Acetal jest również odporny na wilgoć, benzynę, rozpuszczalniki i wiele innych neutralnych substancji chemicznych w temperaturze pokojowej. Z punktu widzenia projektu części wykonane z wytłaczanego POM mają naturalnie gładką powierzchnię.
Ponieważ acetal jest kompatybilny z Obróbka CNC, formowanie wtryskowe, formowanie przez wytłaczanie, formowanie tłoczne, odlewanie wirowe i inne, zespoły produktowe mają swobodę wyboru procesu produkcyjnego, który najlepiej odpowiada ich budżetowi i potrzebom. Warto jednak zaznaczyć, że tworzywa Delrin® są często trudne do sklejenia.
Właściwości materiału acetalowego różnią się w zależności od składu, ale właściwości mechaniczne jednego z najpopularniejszych preparatów, Delrin® 100 NC010, obejmują:
- Odkształcenie plonu: 26%
- Granica plastyczności: 71 MPa
- Gęstość: 1420 kg/m3
- Absorpcja wody: 0.9%
- Moduł rozciągania: 2900 MPa
- Normalny liniowy współczynnik rozszerzalności cieplnej: 110 E-6/K
Delrin® ma pewne ograniczenia. Na przykład, choć Delrin® jest odporny na wiele chemikaliów i rozpuszczalników, to nie jest zbyt odporny na silne kwasy, środki utleniające czy promieniowanie UV. Długotrwałe narażenie na promieniowanie może zniekształcić kolor i spowodować utratę wytrzymałości części. Ponadto parametry płomienia nie są łatwo dostępne dla tego materiału, co ogranicza jego przydatność w niektórych zastosowaniach wysokotemperaturowych.
Dlaczego tworzywo sztuczne Delrin®?
Pomimo tych ograniczeń istnieje wiele powodów, dla których warto wybrać acetal zamiast innych materiałów. W porównaniu z innymi tworzywami sztucznymi acetal ma lepszą odporność na pełzanie, uderzenia i chemikalia, lepszą stabilność wymiarową i wyższą wytrzymałość. Ma także niższy współczynnik tarcia.
Acetal ma również lepsze właściwości niż niektóre metale. Części wykonane z tego materiału mają wyższy stosunek wytrzymałości do masy, lepszą odporność na korozję i oferują więcej możliwości integracji części. Dzięki acetalowi możesz wytwarzać cieńsze i lżejsze części szybciej i taniej niż w przypadku porównywalnych metali.
Tworzywa sztuczne Delrin® można znaleźć w prawie każdym większym sektorze produkcyjnym. W przemyśle motoryzacyjnym typowe zastosowania obejmują przekładnie o dużej wytrzymałości, elementy układu paliwowego, grille głośników i elementy układu bezpieczeństwa, takie jak osprzęt pasów bezpieczeństwa. Delrin® można również stosować w ogólnym sprzęcie przemysłowym, takim jak łożyska, przekładnie, pompy i oprzyrządowanie.
Zalety obróbki CNC POM
Charakterystyki elektryczne
POM ma doskonałe właściwości termoizolacyjne, w połączeniu z doskonałą wytrzymałością mechaniczną, POM jest bardzo odpowiednim materiałem na elementy elektroniczne. POM może również wytrzymać znaczne naprężenia elektryczne, dzięki czemu nadaje się do stosowania jako izolator wysokiego napięcia. Niska absorpcja wilgoci sprawia, że jest to również doskonały materiał do utrzymywania elementów elektronicznych w suchości.
Siła mechaniczna
POM jest bardzo twardy, bardzo plastyczny i ma mniejszą gęstość niż metale. Dzięki temu nadaje się do lekkich części, które muszą wytrzymać wysokie ciśnienie.
Anti-zmęczenie
POM jest materiałem bardzo trwałym, charakteryzującym się doskonałą odpornością na uszkodzenia zmęczeniowe w zakresie temperatur od –40°C do 80°C. Ponadto na jego odporność zmęczeniową w mniejszym stopniu wpływa wilgoć, chemikalia i rozpuszczalniki. Ta właściwość sprawia, że jest to idealny materiał na części, które muszą wytrzymywać powtarzające się uderzenia i naprężenia.
Odporność na uderzenia
POM może wytrzymać natychmiastowe uderzenie bez awarii, głównie ze względu na bardzo wysoką wytrzymałość, a specjalnie obrobiony POM może zapewnić większą odporność na uderzenia.
Dobra stabilność wymiarowa
Stabilność wymiarowa mierzy zdolność materiału do utrzymania swoich normalnych wymiarów po wystawieniu na działanie ciśnienia, temperatury i innych warunków podczas obróbki CNC. POM nie odkształca się podczas obróbki CNC, idealnie nadaje się do obróbki i może osiągać precyzyjne tolerancje.
Właściwości tarcia
Ruchome części mechaniczne często wymagają smarowania, aby zmniejszyć tarcie, które wytwarzają, gdy ocierają się o siebie. Części POM obrabiane CNC są z natury gładkie i nie wymagają smarowania. Tej funkcji można używać w maszynach, w których zewnętrzne smarownice mogą zanieczyścić produkt, np. w robotach kuchennych.
Krzepa
Wysoka wytrzymałość na rozciąganie i trwałość POM sprawiają, że jest to odpowiedni materiał do zastosowań wymagających dużych naprężeń. POM jest bardzo mocny i często stosowany jako zamiennik stali i stopów aluminium.
Odporna na wilgoć
Nawet w najbardziej wilgotnych warunkach POM pochłania bardzo mało wody. Oznacza to, że zachowuje integralność strukturalną nawet w zastosowaniach podwodnych.
Odporność na pełzanie
POM to bardzo wytrzymały materiał, który może wytrzymać duże obciążenia bez uszkodzenia. Ta wyjątkowa trwałość sprawia, że jest to materiał wybierany na części w wielu gałęziach przemysłu.
Izolacja elektryczna
POM jest doskonałym izolatorem. Ze względu na tę właściwość jest stosowany w wielu produktach elektronicznych.
Wady obróbki CNC POM
Niska przyczepność
Ze względu na swoją odporność chemiczną POM nie reaguje dobrze na kleje, co utrudnia wiązanie.
Łatwopalny
POM nie jest samogasnący i będzie się palić, dopóki nie zabraknie tlenu. Gaszenie pożaru POM wymaga użycia gaśnicy klasy A.
Czułość termiczna:
Obróbka CNC POM w wysokich temperaturach może powodować deformacje.
Problemy łatwo spotykane w obróbce CNC POM
Ogólnie rzecz biorąc, głównymi problemami napotykanymi podczas obróbki CNC POM są odkształcenia i pękanie. Występują tu również dwa rodzaje typowych pęknięć, jeden to pęknięcia bezpośrednie podczas obróbki CNC, a drugi to pęknięcia ukryte (zwykle spowodowane naprężeniami wewnętrznymi). Powolne pękanie po obróbce CNC jest frustrujące.
Jeżeli wybrany materiał POM nie jest dobry lub wymagania dotyczące tolerancji wymiarowej są stosunkowo wysokie, zaleca się wyżarzanie po obróbce zgrubnej w celu wyeliminowania jego naprężeń wewnętrznych, co może znacznie zmniejszyć odkształcenie po wykończeniu. Wystąpią pewne różnice między różnymi producentami lub gatunkami materiałów POM. Poniższe parametry procesu służą wyłącznie celom informacyjnym:
Po obróbce zgrubnej wykonuje się wyżarzanie w kąpieli olejowej (w gorącym oleju) lub wyżarzanie w kąpieli powietrznej (w piecu). Dostosuj temperaturę wyżarzania, która jest zazwyczaj o 10-20°C (około 140-150°C) niższa niż temperatura odkształcenia cieplnego produktu. W przypadku wyżarzania w kąpieli olejowej należy zwiększyć czas wyżarzania o 40-60 minut na każdą grubość ścianki 5 mm, w przypadku wyżarzania w kąpieli powietrznej zwiększyć czas wyżarzania o 20-30 minut na każdą grubość ścianki 5 mm i ochłodzić naturalnie do temperatury pokojowej po ukończeniu.
Inna metoda wyżarzania „metodą ziemską” (temperatura wyżarzania 100°C)
Gdy temperatura otoczenia części CNC jest niższa niż 80°C, po obróbce zgrubnej włóż je do wrzącej wody na 5-6 godzin i naturalnie ostudź do temperatury pokojowej. Przy odpowiednim czasie można zastosować także naturalne metody starzenia. Po zgrubnej obróbce należy go naturalnie umieścić w temperaturze pokojowej (najlepiej stałej) na około tydzień.
Najczęstsze przyczyny deformacji i środki zaradcze w obróbce CNC POM
Przede wszystkim najlepiej zadbać o to, aby podczas obróbki CNC wielkość półfabrykatu przedmiotu obrabianego była jednakowa, co sprzyja uchwyceniu względnie spójnego odkształcenia i kontrolowaniu tolerancji w stosunkowo bliskim zakresie.
1. Zaciśnięcie powoduje deformację
Materiał POM odkształca się po zaciśnięciu i powraca do pierwotnego stanu po poluzowaniu. W tym momencie można rozważyć zmianę formy mocowania w celu zwiększenia powierzchni styku przedmiotu obrabianego. Na przykład imadło stołowe podkłada przedmioty, mocuje je za pomocą kleju i tak dalej. W przypadku większych arkuszy można zastosować przyssawki próżniowe, ale półfabrykat musi być płaski. Zaleca się przed zamiataniem skleić jedną stronę klejem, a następnie przy pomocy przyssawki przymocować gładką powierzchnię do obróbki zgrubnej.
2. Ciepło cięcia powoduje deformację
Materiały POM mają słabą odporność na ciepło i są wrażliwe na ciepło oraz łatwo ulegają odkształceniom z powodu niewystarczającego chłodzenia podczas przetwarzania. Przede wszystkim narzędzie musi być ostre, aby ciepło powstające podczas cięcia było stosunkowo małe. Po drugie, można zmniejszyć ilość skrawania, podzielić cięcie na wielokrotne części i zwiększyć ilość chłodziwa. Ma to na celu zminimalizowanie wytwarzania ciepła lub szybkie usunięcie ciepła powstającego podczas cięcia.
3. Odkształcenie sprężyste
Materiał POM charakteryzuje się dużą elastycznością. Podczas cięcia część stykająca się z narzędziem odkształca się do wewnątrz ze względu na elastyczność materiału. Gdy narzędzie się odsunie, wycinana i dociskana część odkształci się o pewną ilość. W tym momencie konieczne jest wykonanie wielokrotnych regulacji kompensacji narzędzia w zależności od rzeczywistego efektu cięcia. Cięcie wielocykliczne z małą ilością cięcia podczas obróbki może zmniejszyć odkształcenie wymiarowe spowodowane elastycznością materiału.
4. Odkształcenie naprężeniowe wewnętrzne
Ponieważ współczynnik rozszerzalności cieplnej tworzyw konstrukcyjnych jest większy niż metali, gdy naddatek na obróbkę jest duży, nastąpi odkształcenie w wyniku eliminacji naprężeń wewnętrznych. Po pierwsze odpowiedni dobór i obróbka materiałów (jak wyżej). Po drugie, gdy ilość usuniętego materiału jest stosunkowo duża, spróbuj umieścić jak najgrubszy materiał, kontroluj margines i zastosuj obróbkę symetryczną (to, czy sam projekt części jest uzasadniony, czy nie, jest w rzeczywistości krytyczny), aby zrównoważyć naprężenia i deformacje spowodowane poprzez przetwarzanie.
Po zakończeniu należy również zwrócić uwagę na kontrolę temperatury podczas przenoszenia i przechowywania. Jeśli to możliwe, utrzymuj temperaturę, aby zapobiec deformacji części na skutek zmian temperatury. Jednocześnie pamiętajmy o zabezpieczeniu powierzchni przed zarysowaniami itp.
Najczęstsze przyczyny pęknięć
Wspomniany stopień odkształcenia jest bardziej podatny na pękanie, ale to tylko część powodu. Istnieje kilka powodów, dla których materiały POM pękają podczas pracy:
- 1. Ilość jedzenia noża jest zbyt duża podczas obróbki CNC;
- 2. Do wiercenia otworów użyj bezpośrednio większego wiertła, siła skrawania jest zbyt duża i łatwo ją złamać;
- 3. Podczas obróbki CNC głębokich otworów wiertło nie cofa się wielokrotnie w celu usunięcia wiórów, wióry nie są dostatecznie odprowadzane i pojawiają się pęknięcia wytłaczane;
- 4. Niewystarczające chłodzenie, niewystarczające chłodzenie otworów wiertniczych, co skutkuje pęknięciami na skutek nadmiernego ciepła skrawania i siły skrawania;
- 5. Jeśli prędkość podawania jest zbyt duża, wewnętrzne naprężenia pręta POM spowodują pęknięcia;
- 6. Podczas wiercenia zużywa się krawędź tnąca wiertła. Jeśli wiertło nie zostanie naprawione na czas, twarde wiertło spowoduje pękanie.
Dobór metod obróbki CNC
frezowanie CNC
Posiadamy możliwości obróbki 3-osiowej/4-osiowej/5-osiowej, aby dopasować się do każdego zastosowania i potrzeby części obrabianych Delrin, co pozwala nam obsługiwać złożone części POM obrabiane CNC przy zachowaniu wysokiej precyzji, precyzji, elastyczności i spójności. Możemy również wykonać frezowanie CNC i toczenie CNC na inne potrzeby w produkcji części acetalowych. Jeśli rozważasz użycie materiału POM do wykonania pożądanych produktów CNC.
Toczenie CNC
Podczas obróbki CNC wymagane jest chłodzenie, aby zmniejszyć zużycie i przewodzić ciepło, aby zapobiec stopieniu. Zaleca się najpierw zastosować chłodzenie sprężonym powietrzem lub smarowanie stałe, a następnie zastosować chłodziwo. Prędkość nie powinna być zbyt duża, a posuw i zaangażowanie nie powinny być zbyt duże. Kąt natarcia i kąt przyłożenia narzędzia mogą być nieco większe, a krawędź skrawająca musi być ostra. Kąt przedni powszechnie używanych narzędzi tokarskich ze stali szybkotnącej wynosi około 25° ~ 40°, a kąt tylny około 10° ~ 20°. Siła mocowania uchwytu powinna być jak najmniejsza.
Wiercenie CNC
Nie wiercić bezpośrednio dużym wiertłem, zaleca się najpierw wywiercić mały otwór, a następnie rozwiercić przy niskiej prędkości. Wiertło musi być ostre. Można stosować następujące wiertła: kąt wierzchołkowy 60°~90°, kąt linii śrubowej 10°~20°, kąt natarcia 0°, kąt tylny 10°~15°. Podczas wiercenia siła w kierunku posuwu nie powinna być zbyt duża, a narzędzie powinno zostać cofnięte na czas (zwykle na głębokość 5 ~ 6 mm) w celu usunięcia wiórów i schłodzenia. W przypadku wiercenia otworów przelotowych przy szybkim wierceniu należy zmniejszyć posuw, aby wiertło nie wypychało materiału w kierunku osiowym.
Gwintowanie CNC
Z wyjątkiem różnych narzędzi, są one generalnie takie same, to znaczy należy unikać odkształceń podczas mocowania, narzędzie powinno być ostre, posuw powinien być mały, a chłodzenie powinno być wystarczające.
Zastosowanie części POM do obróbki CNC
1. Przemysł samochodowy
W sektorze motoryzacyjnym tworzywa POM są stosowane w elementach układu paliwowego, podnośnikach szyb oraz różnych elementach wewnętrznych i zewnętrznych.
2. Elementy elektryczne i elektroniczne
Właściwości izolacyjne POM sprawiają, że nadaje się on do produkcji złączy, przełączników i elementów izolacyjnych w elektronice.
3. Towary i urządzenia konsumpcyjne
Tworzywa sztuczne POM są szeroko stosowane do produkcji zamków błyskawicznych, sprzączek, uchwytów i innych elementów towarów konsumpcyjnych i urządzeń.
4. Wyroby medyczne
W medycynie POM jest używany do produkcji narzędzi chirurgicznych, systemów podawania leków i innych wyrobów medycznych ze względu na jego biokompatybilność.
5. Części inżynieryjne i przemysłowe
Wytrzymałość mechaniczna i odporność na zużycie POM sprawiają, że jest to doskonały wybór do szerokiej gamy komponentów inżynieryjnych i przemysłowych.