Introducción
Los plásticos son esenciales para el sector manufacturero actual porque son generalmente accesibles, la mayoría son económicos y funcionan bien con técnicas de producción populares como el moldeo por inyección, la impresión 3D y el fresado de precisión CNC.
El mecanizado CNC es una técnica de fabricación sustractiva que implica retirar cuidadosamente material de un bloque sólido de material con herramientas giratorias y taladros para darle forma al componente.
En términos de producción de componentes de plástico, el mecanizado CNC es más preciso que el moldeo por inyección.
Además, en comparación con muchas otras técnicas de fabricación, el mecanizado CNC es más compatible con una variedad más amplia de plásticos, lo que lo convierte en una opción atractiva para que muchos equipos de productos produzcan piezas mediante mecanizado.
Mecanizado de plástico
¿Qué es Derlin?
Un polímero acetálico conocido con el nombre comercial Delrin se utiliza ampliamente en el mecanizado CNC debido a sus notables características. La sustancia, que también se conoce como POM (polioximetileno) o plástico Delrin, se puede mecanizar adicionalmente mediante procedimientos como el moldeo por inyección y la impresión 3D. Hay muchos grados de Delrin y cada uno tiene una combinación única de características.
Debido a su alta resistencia a la tracción, baja fricción y alta resistencia al desgaste, resistencia a la fluencia y deformación, y dureza y longevidad generales, el plástico Delrin sirve como una excelente alternativa al metal. Densidad superior, absorción reducida de humedad y resistencia química a hidrocarburos, disolventes y productos químicos neutros son sólo algunas de las cualidades de la sustancia Delrin.
¿Qué es el PEEK?
La familia de materiales PAEK incluye el termoplástico de ingeniería de alto rendimiento conocido como PEEK o poliéter éter cetona. El material semicristalino, que tiene una resistencia excepcional, resistencia al desgaste y a la abrasión, y mantiene sus cualidades incluso a altas temperaturas, se utiliza para una variedad de piezas y componentes industriales.
Los grados PEEK son comparables al PPS en términos de resistencia química y al agua. El PEEK, por otro lado, tiene un punto de fusión de 343°C y puede soportar temperaturas de hasta 250°C sin perder permanentemente sus cualidades físicas. También se puede utilizar en agua caliente o vapor. PEEK es un plástico de alto rendimiento que se puede encontrar en forma de gránulos, filamentos y barras o varillas para el mecanizado CNC. Por lo general, es de grado médico o industrial.
¿Qué es el teflón/PTFE?
El tetrafluoroetileno (TFE) es un fluoropolímero y termoplástico. Teflón es una marca registrada de la corporación química estadounidense Chemours, una división del titán de la industria DuPont (ahora DowDuPont).
Es resistente a casi todos los disolventes y productos químicos industriales, soporta temperaturas extremadamente altas y es un excelente aislante. Se utiliza con frecuencia para artículos que necesitan una superficie antiadherente debido a su bajo coeficiente de fricción, lo que lo convierte en una excelente opción para situaciones en las que los componentes se mueven entre sí.
El teflón, que es un polímero de tetrafluoroetileno (PTFE), tiene cualidades dieléctricas excepcionales que lo hacen estable con la frecuencia y la temperatura. No produce chispas fácilmente y no fomenta la propagación de las llamas. La densidad aparente del teflón es excepcionalmente alta. Algunas de sus características incluyen:
- Capacidades de aislamiento térmico y eléctrico de alta calidad.
- bajo coeficiente de fricción
- resistente a productos químicos
- clasificación de llama de UL94-VO
Consideraciones para elegir plásticos para mecanizado CNC
La maquinabilidad de un material está influenciada por sus características físicas. Como resultado, los resultados que puede obtener de su pieza de trabajo diferirán según el material. El tamaño y la forma de su pieza de trabajo pueden variar mientras trabaja con plásticos, ya sea durante o incluso después del mecanizado. Por lo tanto, los ingenieros de diseño deben considerar las cualidades de los materiales para garantizar que sus diseños puedan fabricarse. Se debe considerar lo siguiente al mecanizar plásticos con CNC.
Expansión Térmica:
A altas temperaturas, casi todas las sustancias se expanden y adquieren volumen. Las herramientas utilizadas en el fresado CNC de precisión generan calor cuando entran en contacto con el material. En comparación con los metales, los plásticos tienen un mayor coeficiente de expansión térmica. Como resultado, pueden experimentar un cambio de tamaño mayor como resultado del mecanizado. Por lo tanto, es esencial comprender cómo responde cada plástico al aporte de calor procedente del mecanizado. Es vital considerar a cuánto calor estará expuesto el plástico. La capacidad de cumplir con las limitaciones dimensionales se verá afectada por estas variables. La temperatura de deflexión del calor de un material también muestra cuándo comenzará a distorsionarse fácilmente cuando se exponga a altas temperaturas. Es posible que deba tener esto en cuenta al elegir los materiales finales para asegurarse de que la pieza sea adecuada para la aplicación.
Fuerza y Dureza
Se pueden tener en cuenta las características de resistencia y dureza de un plástico para asegurarse de que pueda soportar las exigencias de su uso previsto. Sin embargo, el comportamiento de un material durante el mecanizado también se ve influido por estas características. La resistencia a la tracción de un material puede influir en la forma en que crea virutas, lo que puede alterar el pulido final de la superficie. La dureza también puede influir en la forma en que se desarrollan las virutas y, en el caso de materiales especialmente blandos, pueden producirse ranuras si el operador no toma las medidas necesarias. Además, la vida útil de las herramientas utilizadas puede verse afectada por la dureza y la resistencia a la tracción de un material. Al mecanizar metales y cerámicas, este suele ser un factor más importante a tener en cuenta.
Efectos de la humedad y los productos químicos
Algunos polímeros pueden absorber la humedad del aire o del refrigerante o sufrir efectos negativos de determinadas sustancias. Incluso pueden ser necesarios espacios con aire acondicionado o contenedores sellados para guardarlos. Las dimensiones del material pueden fluctuar como resultado de la humedad y las reacciones químicas, lo que dificulta mantener tolerancias exactas. Incluso pueden hacer que los polímeros pierdan toda su estabilidad y resistencia.
Estética
Elementos de diseño como la apariencia y características relacionadas, como la transmisión de luz, pueden ser cruciales. En tal caso, tiene menos opciones para los materiales plásticos. Se debe evitar un acabado superficial rugoso durante todo el proceso de mecanizado para evitar efectos negativos sobre la transparencia o la transmisión de luz.
La función del componente plástico.
La función de una pieza siempre determina cómo se construye. Por lo tanto, el material que debe utilizar para el procedimiento de mecanizado CNC de plástico dependerá en última instancia del propósito de su producto. El entorno en el que se utilizará el componente de plástico CNC tendrá la mayor influencia en la elección del material. Derlin, por ejemplo, es la opción perfecta si su artículo de plástico funcionará en un entorno con requisitos de fricción bajos o nulos. Esto se debe a la conocida baja fricción del material, lo que lo hace apropiado para el procedimiento.
Requisitos para tratamientos de posprocesamiento
Para mejorar su valor estético, algunas piezas pueden necesitar procedimientos de posprocesamiento. Sin embargo, es posible que no todos los plásticos se combinen fácilmente con todo tipo de acabados. Por lo tanto, al elegir el plástico para el mecanizado CNC, tenga esto en cuenta también.
Ventajas y desventajas del mecanizado de Delrin, Teflón y PEEK
Mecanizado de Delrin
Los metales pueden ser perfectamente sustituidos por Delrin a la hora de fabricar piezas. Sin embargo, tiene ventajas y desventajas, como cualquier otro material utilizado en la producción. Sus ventajas y desventajas son las siguientes:
Ventajas
- peso ligero
Delrin es más ligero que los metales. Sin embargo, si bien es liviano, tiene una alta resistencia a la tracción y puede soportar cargas de impacto una y otra vez.
- Capacidad de ser mecanizado
Delrin tiene cualidades especiales que lo hacen fácil de manipular y procesar tanto con equipos tradicionales como de última generación. Además, ofrece mayores velocidades de flujo que otras resinas, lo que permite un llenado más uniforme de las paredes delgadas del molde.
- Solidez
El polímero Delrin resiste el desgaste. Gracias a su rigidez y gran resistencia mecánica, puede utilizarse para crear una amplia variedad de componentes de Delrin de alto rendimiento con una larga vida útil.
- bajo coeficiente de fricción
Delrin se puede utilizar para crear componentes móviles y deslizantes que no necesitan mantenimiento. Su lubricidad inherente también lo convierte en una opción inteligente para componentes que funcionan con poca o ninguna fricción.
- Alta capacidad de tensión y estrés
El Delrin posee propiedades de recuperación elástica superiores a las de los metales. Además, funciona bien en aplicaciones de cierre a presión y hebillas debido a su alta resistencia a la deformación y su capacidad de recuperación elástica.
- Resistente a la humedad
Delrin se puede utilizar en ambientes húmedos ya que no absorbe la humedad. Además, es resistente a diversos disolventes químicos y orgánicos como la gasolina. Es resistente a la corrosión debido a su resistencia a la humedad. Para muchas operaciones industriales, es un material perfecto.
Desventajas
Delrin tiene algunos inconvenientes adicionales que impiden su uso completo en la fabricación de productos. Varios de sus inconvenientes se enumeran a continuación:
- Resistencia limitada a los ácidos
La resistencia a los disolventes es una de las principales ventajas del material Delrin. Sin embargo, puede verse afectado por algunos ácidos, como el cloro y los ácidos minerales. Por ello, incluso niveles extremadamente bajos de cloro en el agua potable pueden provocar la rotura de las tuberías.
- Custodia de alimentos
Fabricar recipientes para almacenar alimentos no es el mejor uso para el Delrin. Esto se debe a que el Delrin contamina los alimentos al mezclarse con ingredientes ácidos.
- un adhesivo débil
Delrin tiene problemas para conectarse entre sí debido a su composición química. Para unir Delrin se han utilizado adhesivos como poliuretano y epoxis. Pero hacerlo requiere la ayuda de especialistas en adhesivos, lo que eleva el precio.
- Inflamable
La sustancia delrin es combustible. Sólo un extintor de clase A puede apagar las llamas de la sustancia en llamas.
Mecanizado de PEEK
El mecanizado de PEEK tiene varios beneficios, que se pueden dividir en dos grupos: los beneficios materiales intrínsecos del PEEK y los beneficios del proceso particular de utilizar una máquina CNC para fabricar material PEEK.
Ventajas
El mecanizado de PEEK tiene las siguientes ventajas materiales:
- Gran resistencia a los productos químicos.
El material PEEK ofrece una excelente resistencia a las sustancias corrosivas. Su resistencia es comparable a la del acero al níquel y mantiene su estructura química no corrosiva frente a la mayoría de los metales, incluso a altas temperaturas. En condiciones normales, solo el ácido sulfúrico concentrado puede disolver este plástico.
- Alta resistencia a la radiación y baja absorción de agua.
Los componentes de una máquina o instrumento que están hechos de PEEK mantienen su estructura química y características en ambientes húmedos. Funciona mejor en ambientes húmedos, agua caliente a presión o vapor debido a su resistencia a la hidrólisis incluso a temperaturas más altas.
Además, los componentes de PEEK pueden funcionar en presencia de fuertes radiaciones ionizantes. Como ya se mencionó, es más resistente a la radiación gamma que el poliestireno.
- Alto índice de eficacia y confiabilidad incluso a altas temperaturas.
Gracias a sus excelentes propiedades de procesamiento, el material PEEK garantiza una trabajabilidad excepcional durante el fresado CNC de precisión de plásticos. A pesar de ser un material termoplástico altamente resistente a la temperatura, puede tratarse mediante diversas técnicas de procesamiento.
Estas técnicas incluyen el hilado por fusión, el moldeo por inyección y el moldeo por extrusión. Esta compatibilidad está garantizada por las fuertes características de ruptura térmica del PEEK y su trabajabilidad a alta temperatura. Además, este termoplástico es una sustancia autoextinguible en caso de incendio; emite poco o ningún gas o humo peligroso.
- excelentes características mecánicas
El PEEK y otros termoplásticos de alta temperatura ofrecen una gran resistencia al impacto y mantienen su forma a altas temperaturas. Posee una alta estabilidad dimensional y un bajo coeficiente de dilatación lineal. De todos los polímeros, el PEEK es el que mayor resistencia tiene a la tensión y la fatiga. Además, presenta una excepcional resistencia a la fluencia (la capacidad de una sustancia para deformarse lentamente durante un período prolongado de exposición a la tensión). Esta cualidad lo convierte en un buen material para soportar altas tensiones de mecanizado.
Además, PEEK ofrece una excelente resistencia al desgaste y un bajo coeficiente de fricción. Debido a esto, puede seguir conservando una excelente resistencia al desgaste en una variedad de circunstancias físicas externas, incluida la presión, la rugosidad de la superficie, la temperatura y la velocidad en relación con la superficie de contacto.
- Existen grados biocompatibles.
- invulnerable a la biodegradación
Desventajas
El mecanizado de PEEK tiene una serie de desventajas. Algunos de estos incluyen
Para reducir la tensión interna y las fracturas provocadas por el calor, se necesita especial cuidado.
- requerido para recocer
- Transferencia de calor ineficaz.
- Podría agrietarse si perfora demasiado.
Mecanizado de teflón/PTFE
El teflón tiene las siguientes ventajas materiales cuando se mecaniza:
- Baja resistencia y antiadherente.
- buena resistencia a las condiciones climáticas
- tolerante a temperaturas de hasta 500°F
- Muy buenas cualidades de aislamiento eléctrico.
- resistente a productos químicos.
- alta resistencia al impacto.
Ventajas del proceso
- suave y denso, lo que facilita su mecanizado.
- La excelente estabilidad térmica evita la deformación de las piezas y la obstrucción de las herramientas.
Desventajas del mecanizado del teflón:
- coeficiente de expansión sustancial.
- estrés progresivo.
- Es difícil lograr tolerancias estrictas
- Baja calidad mecánica.
- Riesgo de rebabas debido a la flexibilidad del material.
1.0 Aplicaciones y consejos para el mecanizado de Delrin, Teflón y PEEK.
1.1 Aplicaciones del mecanizado de Teflón
El teflón no es el material más adaptable para el mecanizado CNC, pero debido a sus cualidades ventajosas, como la estabilidad térmica y un bajo coeficiente de fricción, tiene algunos usos específicos importantes. El aislamiento de cables utiliza aproximadamente la mitad de la cantidad total de PTFE producido en todo el mundo; sin embargo, no se utilizan máquinas CNC para crear cables o su aislamiento. Los revestimientos antiadherentes de teflón para utensilios de cocina de aluminio son quizás su otra aplicación más conocida; en este caso, se rocía o hace rodar teflón en forma líquida sobre la superficie metálica grabada. Los utensilios de cocina recubiertos de teflón no suelen mecanizarse.
Sin embargo, se puede trabajar con teflón mediante mecanizado CNC cuando es sólido. Los engranajes, casquillos, accesorios y válvulas son ejemplos de piezas industriales de teflón que se pueden mecanizar.
Engranajes
En campos que incluyen el médico, el procesamiento de alimentos, la investigación y el aeroespacial, las piezas comunes de PTFE mecanizadas por CNC incluyen casquillos, accesorios, cojinetes y válvulas.
Consejos de mecanizado para teflón
El teflón no puede sustituirse fácilmente por otros materiales de uso común debido a su comportamiento y a la necesidad de fabricarlo específicamente para que se ajuste a las características del PTFE. Si tanto el diseñador como el operario toman las precauciones necesarias, el teflón es adecuado para una amplia gama de piezas y componentes. Lograr tolerancias más estrictas puede resultar complicado sin un tratamiento térmico previo; una tolerancia típica alcanzable para piezas de teflón es de aproximadamente 0.13 mm. Los mejores acabados superficiales y tolerancias se consiguen mediante mecanizado CNC de teflón con herramientas de gran precisión y refrigerantes solubles en agua, como aire comprimido y aerosoles. Además, se recomienda el uso de refrigerantes sin aroma. El desbarbado es un factor crucial a tener en cuenta durante el mecanizado de teflón. Debido a la blandura del PTFE, incluso los instrumentos de corte pequeños y precisos pueden dejar marcas no deseadas que deben eliminarse posteriormente. Las rebabas pueden eliminarse mediante procedimientos estándar de acabado superficial, como el lijado, pero un método más sofisticado consiste en congelar el teflón mecanizado para reducir su flexibilidad durante el proceso de desbarbado.
Lista de Verificación.
- Utilice herramientas de corte abrasivas.
- Utilice abundantemente un refrigerante soluble en agua.
- Trate de mantener una tolerancia media a floja.
- Desarrolle un plan de desbarbado con anticipación.
1.2 Aplicaciones del mecanizado PEEK
PEEK es un material que puede usarse para una variedad de propósitos, algunos de los cuales pueden procesarse de manera más efectiva mediante CNC que mediante otros métodos de producción. El plástico PEEK, que está disponible en calidad médica e industrial, se utiliza en los campos de la odontología, la atención sanitaria, la industria aeroespacial, la automoción, la química, la electrónica y la energía.
Consejos para el mecanizado de PEEK
Se deben seguir procedimientos importantes antes, durante y después del mecanizado para proporcionar resultados óptimos.
- Recocido.
Las varillas de PEEK se someten a un procedimiento de recocido para liberar tensión y disminuir la posibilidad de tensiones y fracturas superficiales durante el fresado. Es menos probable que el PEEK que ha sido recocido se deforme. Dependiendo de cuánto tiempo lleve el proceso de mecanizado, pueden ser necesarios varios procesos de recocido.
- dispositivos de corte.
El PEEK a menudo se puede mecanizar utilizando herramientas de corte hechas de carburo de silicio. Se deben utilizar herramientas de diamante si el PEEK tiene refuerzo de fibra de carbono o si se necesitan tolerancias extremadamente estrictas.
Además, se puede prevenir la contaminación evitando también el uso de instrumentos de corte en metales.
- seco o resbaladizo
Para evitar deformaciones o roturas durante el mecanizado, dado que el PEEK no disipa el calor, es necesario enfriarlo. Si, por ejemplo, se mecanizan artículos médicos, se puede utilizar refrigerante líquido estándar; sin embargo, en ese caso, se requiere refrigeración por aire comprimido del material PEEK. Esto se debe a que el refrigerante líquido puede afectar la biocompatibilidad del PEEK.
- Perforación.
PEEK tiene un alargamiento menor que otros polímeros, lo que podría provocar fracturas cuando se perforan agujeros profundos.
- Utilice parámetros de mecanizado adecuados.
Utilizar los parámetros de mecanizado adecuados durante las operaciones de taladrado, fresado y torneado es importante si desea fabricar componentes de PEEK sin ningún problema.
1.3 Aplicaciones del mecanizado de Delrin
Los componentes mecanizables de Delrin se utilizan ampliamente en una variedad de talleres de máquinas CNC, incluida la electrónica de consumo. Delrin se utiliza frecuentemente en las siguientes aplicaciones de procesamiento:
Los engranajes, carcasas, resortes, ruedas de ventilador, válvulas, cojinetes, rodillos y raspadores pueden estar hechos de delrin.
Rodamientos
Entre los componentes de Delrin utilizados en aplicaciones electrónicas se encuentran aisladores, conectores, carretes y conexiones, así como piezas para electrónica de consumo como cubiertas de teclados.
Los sistemas de cerradura de puertas, las carcasas con bisagras y las unidades transmisoras de combustible son piezas de vehículos hechas de Delrin.
Entre los suministros médicos de Delrin se encuentran inhaladores, plumas de insulina y equipos médicos.
Están presentes tanto una grapadora quirúrgica como una púa de guitarra.
Consejos para el mecanizado en Delrin
El Delrin no necesita ninguna precaución de seguridad extrema porque es uno de los polímeros que mejor se adapta al mecanizado. Sin embargo, algunos factores de diseño y técnicas de fabricación funcionan mejor con él que otros.
- Diseño específico de Delrin.
Intente mantener espesores de pared constantes al diseñar elementos para el mecanizado en Delrin e incluya filetes y nervaduras cuando corresponda. Los componentes grandes podrían ser más propensos a deformarse.
- Delrin debe mantenerse por separado.
Utilizar herramientas de corte que nunca se hayan utilizado para cortar aluminio u otros metales es la mejor manera de prevenir la contaminación.
- Sea observador.
Delrin se puede mecanizar de forma más eficaz utilizando herramientas de corte afiladas y con ángulos de holgura elevados; El uso de lubricante de corte también puede ser beneficioso.
- no demasiado apretado.
Debido a que el Delrin no es particularmente rígido, se debe tener cuidado al sujetarlo. Aplique siempre presiones de sujeción ligeras.
- Mantenga la calma.
Delrin es vulnerable a fuentes de calor superiores a 121 °C. Además de funcionar mejor que los refrigerantes líquidos, los refrigerantes a base de aire aceleran la eliminación de virutas.
- Mantenga el instrumento ordenado.
El Delrin mecanizado genera virutas controlables y uniformes; la eliminación de las virutas debe realizarse rápidamente para evitar la acumulación de residuos pegajosos en la herramienta.
2.0 Conclusión
Numerosos productos comerciales y domésticos se fabrican con polímeros plásticos. Para algunos artículos, se requiere un alto grado de precisión, exactitud y tolerancias estrictas. Por ello, el mecanizado CNC de plásticos es una opción popular para quienes desean utilizar polímeros plásticos de alta calidad y larga duración.
