Usinage UHMW
Le polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire (UHMW) est un polymère thermoplastique dont le poids moléculaire, de 5 à 9 millions d'uma, est extrêmement élevé. Ce plastique technique est résistant aux produits chimiques, à l'usure et durable.
Ses longues chaînes polymères alignées, liées entre elles par de puissantes forces de Van der Waals, rendent l'usinage du polyéthylène UHMW difficile.
L'optimisation des vitesses de coupe, de la gestion thermique, des mécanismes de serrage et de la conception des pièces permet d'obtenir des résultats optimaux lors de l'usinage du plastique UHMW. Ceci est essentiel car les pièces usinées en UHMW sont cruciales dans les secteurs médical, automobile, chimique, agroalimentaire et bien d'autres.
Poursuivez votre lecture pour en savoir plus sur le matériau et le processus d'obtention de pièces UHMW sur mesure.
Qu'est-ce que le matériau UHMW ?
Le polyéthylène à ultra-haut poids moléculaire (UHMW) est un polyéthylène thermoplastique populaire avec un rapport résistance/densité élevé, une résistance à l'usure élevée, un faible coefficient de frottement et une durabilité inégalée.
Une tige UHMW
Ce plastique technique exceptionnel, grâce à ses propriétés mécaniques supérieures, trouve des applications dans des domaines exigeants. Services d'usinage CNC Fournir des pièces usinées en UHMW pour les composants médicaux, l'industrie agroalimentaire et les composants industriels, entre autres domaines exigeants.
Propriétés UHMW
L'UHMW possède un large éventail de propriétés intéressantes qui en font un choix idéal pour les applications exigeantes : résistance chimique, résistance à la fatigue, résistance à l'abrasion, résistance aux chocs et résistance à l'eau, entre autres.
Voici un tableau récapitulant les propriétés, y compris le point de fusion de l'UHMW :
| PROPRIETES PHYSIQUES | ||
| Propriété | Vos unités | Valeur |
| Densité | g / cm³ | 0.934 |
| Absorption d'eau (24 heures) | % | 0.01 |
| PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES | ||
| Propriété | Vos unités | Valeur |
| Résistance à la traction | MPa | 31.0 |
| Module de traction | GPa | 0.55 |
| Allongement en traction à la rupture | % | 350 |
| Résistance à la flexion | MPa | 24.1 |
| Module de flexion | MPa | 607 |
| Résistance à la compression | MPa | 20.7 |
| Module de compression | MPa | 552 |
| Résistance au cisaillement | MPa | 6.2 |
| PROPRIÉTÉS THERMIQUES | ||
| Propriété | Vos unités | Valeur |
| Température de déflexion thermique | ° C | 49 |
| Température de fusion (approx.) | ° C | 135 |
| Température de fonctionnement maximale | ° C | 82 |
| Conductivité thermique | W / m · K | 0.42 |
| Coefficient de dilatation thermique linéaire | × 10⁻⁵/°C | 20 |
| PROPRIÉTÉS ÉLECTRIQUES | ||
| Propriété | Vos unités | Valeur |
| Résistance diélectrique | kV / mm | 23.6 |
| Constante diélectrique (1 kHz) | - | 2.30 |
| Facteur de dissipation (1 kHz) | × 10⁻⁴ | 5 |
| Résistivité de surface | Ω | 10¹⁵ |
Ces données sont accessibles au public et partagées à des fins de comparaison uniquement.
L'UHMW est-il difficile à usiner ?
L'usinage du UHMW est difficile en raison de l'accumulation de copeaux, des particules de poussière, de sa sensibilité à la chaleur et de l'usure des outils. Ces problèmes rendent ce polymère plus complexe à transformer que des options comme le PEHD (polyéthylène haute densité) et d'autres. polymères.
Cependant, il existe des stratégies pour y parvenir Processus d'usinage CNC plus gérable.
Pièces en UHMW usinées CNC
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En savoir plus sur les problèmes courants et leurs solutions en usinage UHMW
Comme mentionné précédemment, l'usinage de l'UHMW est sujet à plusieurs problèmes qui nécessitent de bonnes stratégies pour être surmontés. Voici les principaux problèmes ainsi que les meilleures solutions :
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Accumulation de copeaux
Du fait de sa haute résistance à l'usure et de son faible coefficient de frottement, ce matériau a tendance à former de longs copeaux. Ces copeaux peuvent facilement s'accumuler autour de l'outil de coupe, risquant ainsi de provoquer une surchauffe.
Accumulation de copeaux
La solution à ce problème consiste à appliquer des stratégies de brise-copeaux, à évacuer les copeaux par soufflage d'air et à utiliser la géométrie d'outil la plus adaptée.
-
Particules de poussière
Matériau dur, l'UHMW génère également de la poussière lors de son usinage. Ces fines particules peuvent rendre l'usinage de l'UHMW complexe et impacter à la fois l'opérateur et la machine CNC. Un système d'aspiration des poussières est donc indispensable pour l'usinage de ce thermoplastique.
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Sensibilité à la chaleur
L'UHMW est sensible à la chaleur, une caractéristique qui se manifeste lors de l'usinage CNC. Si la température est trop élevée, ce thermoplastique fond ou se ramollit au niveau de la ligne de coupe, ce qui engendre des défauts de surface. La précision dimensionnelle peut s'en trouver compromise.
L'une des stratégies efficaces pour contrer cette sensibilité consiste à utiliser des méthodes de coupe séquentielles. Le type de dispositif de maintien utilisé a également son importance. Pour une meilleure stabilité dimensionnelle, la pièce peut aussi subir un traitement de relaxation des contraintes avant la coupe finale.
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Usure des outils
Même les outils ne sont pas épargnés par la ténacité et la résistance à l'abrasion des pièces en UHMW lors de l'usinage CNC. Même les outils en carbure dur peuvent devenir inefficaces, surtout si le contrôle est négligé.
Résistance à l'abrasion de l'UMMW comparée à celle d'autres matériaux
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Expansion et contraction
L'usinage de l'UHMW peut s'avérer complexe en raison de la dilatation et de la contraction du matériau sous l'effet des variations de température. Par conséquent, les conditions environnementales doivent être soigneusement étudiées avant que les fabricants d'UHMW ne lancent le processus d'usinage.
Les meilleurs Fabricants CNC Ce problème est également minimisé en concevant le dispositif de fixation en tenant compte de la dilatation thermique. Les dimensions finales de la pièce usinée en UHMW sont également prises en compte. L'utilisation de paramètres d'usinage appropriés contribue également à relever ce défi.
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Comment choisir le bon procédé d'usinage UHMW
Le processus d'usinage UHMW approprié tient compte de la dilatation thermique, des paramètres de coupe, du serrage et du maintien de la pièce, du contrôle de la chaleur et du choix de l'outil de coupe adapté à l'UHMW.
La stratégie implique donc d'évaluer les exigences relatives aux pièces usinées en UHMW, d'évaluer la gestion de la chaleur, de sélectionner la méthode d'usinage CNC principale, de déterminer la méthode de maintien de la pièce et d'optimiser les paramètres de coupe.
Exigences relatives aux pièces usinées en UHMW
La première considération concerne les exigences relatives aux pièces usinées en termes de géométrie, d'état de surface et de tolérances. Ce sont les principes fondamentaux qui guident l'approche ou la stratégie d'usinage idéale.
Gestion de la chaleur
Lors de l'usinage d'aluminium UHMW, la génération de chaleur doit être parfaitement maîtrisée. Pour y remédier, il est nécessaire d'utiliser des outils affûtés, de choisir une géométrie d'outil adaptée, de réduire les vitesses de coupe et de gérer correctement l'évacuation des copeaux.
Méthode d'usinage CNC primaire
La méthode d'usinage CNC principale dépend souvent du type de pièces usinées en UHMW. Le tournage permet de produire des pièces cylindriques, le fraisage des poches et des surfaces planes, et le perçage par à-coups de réaliser des trous.
Compte tenu de la nature de ce polymère, évitez le broyage.
Méthode de serrage
Il s'agit d'un autre aspect crucial de l'usinage de l'UHMW, car il est nécessaire de maîtriser à la fois l'effet de la force de serrage sur le matériau et les vibrations générées pendant l'usinage. L'utilisation de mâchoires souples est recommandée pour les pièces lourdes.
Utilisez des dispositifs de fixation sur mesure qui répartissent les forces de manière appropriée lors de l'usinage de pièces complexes en UHMW.
Dispositif coulissant en UHMW
Paramètres de coupe
Le processus de découpe sera réussi si les plages de vitesse d'avance et de vitesse de coupe sont limitées respectivement à 0.05 – 0.15 mm/tr et 100 – 200 m/min.
Articles connexes:
Quels outils sont utilisés pour l'usinage de l'UHMW ?
Les outils en carbure sont les plus efficaces pour l'usinage de l'UHMW car ils permettent non seulement d'obtenir des coupes nettes, mais aussi de minimiser l'adhérence du matériau. L'acier rapide (HSS) est également une option intéressante car il résiste à l'usure et conserve le tranchant nécessaire à la coupe de ce matériau dur.
Ainsi, le machiniste hésite souvent entre les outils en carbure et ceux en acier rapide. Son choix dépend des exigences spécifiques du projet, telles que la tolérance, l'état de surface et la cadence de production.
Quelles sont les applications de l'usinage UHMW ?
Applications des pièces usinées en UHMW issues de ProléanTech Il est utilisé dans les secteurs maritime, automobile, agroalimentaire, chimique, de l'automatisation et pharmaceutique. Il sert également à la fabrication de pièces aérospatiales spécialisées.
Les pièces usinées en UHMW comprennent notamment les éléments suivants :
- Engrenages UHMW
- rondelles UHMW
- Poulies en UHMW
- bagues en UHMW
- roues UHMW
- Rouleaux UHMW
Engrenages UHMW
En savoir plus: Usinage CNC pour pièces aérospatiales
Le polyéthylène UHMW est-il meilleur que le PEHD en termes d'usinabilité ?
Pièces en PEHD usinées CNC
Non, l'UHMW est plus difficile à usiner que le PEHD. Le PEHD est cristallin, mais l'UHMW l'est aussi. Le problème réside dans les chaînes polymères extrêmement longues de l'UHMW, qui lui confèrent une résistance aux chocs exceptionnelle et une surface quasi autolubrifiante.
L'outil de coupe a tendance à glisser sur la surface plutôt qu'à couper le matériau. De plus, ce thermoplastique présente une ductilité élevée, ce qui pose des problèmes de stabilité dimensionnelle. Même après usinage CNC, l'UHMW peut subir un fluage, rendant difficile l'obtention de tolérances serrées.
Pour en savoir plus sur la résistance aux chocs: Plastique résistant aux chocs
Comparaison du UHMW avec d'autres matériaux polymères
Pour compléter la comparaison avec le PEHD, l'UHMW destiné à l'usinage CNC peut être comparé à l'acrylique, au polycarbonate et au polychlorure de vinyle (PVC). L'UHMW présente une résistance à l'abrasion supérieure à celle de l'acrylique. Il est également plus résistant et plus rigide que le polycarbonate et le polychlorure de vinyle (PVC).
Nous reviendrons sur ces comparaisons dans la suite.:.
UHMW vs acrylique
L'acrylique, contrairement au UHMW, présente une faible résistance à l'abrasion et peut se fissurer et devenir opaque sous l'effet d'une usure répétée de sa surface. À l'inverse, le UHMW conserve sa stabilité dimensionnelle face à une grande variété d'usures. Des tests ont même démontré que le UHMW peut être jusqu'à 10 fois plus résistant à l'abrasion que l'acrylique.
Fissuration sous contrainte de l'acrylique
Ce polymère offre également de meilleures performances en milieux humides et corrosifs. Des produits chimiques comme le diméthylformamide et l'acétone altèrent facilement l'acrylique, contrairement à l'UHMW.
Cependant, la clarté optique de l'acrylique est bien supérieure à celle de l'UHMW. Par conséquent, ce matériau serait privilégié pour l'usinage CNC lorsque la transparence est primordiale.
UHMW vs PC
La haute résistance à la chaleur et aux chocs du polycarbonate sont utiles dans des applications telles que les lentilles et les boîtiers de machines.
Verres en polycarbonate
Cependant, l'UHMW le surpasse en termes de résistance à l'abrasion, de rigidité, de résistance à la compression et de résistance à la traction.
UHMW vs PVC
La résistance à la corrosion du PVC est incontestable. Ce matériau est également abordable, ce qui le rend pertinent pour des applications courantes telles que les cadres de fenêtres et les tuyaux. Cependant, à l'instar du polycarbonate, il n'offre pas une résistance mécanique et à l'abrasion aussi élevée que le UHMW.
Conclusion
Il est désormais évident pourquoi les pièces en UHMW sur mesure sont si prisées pour les applications industrielles exigeantes. Leur résistance chimique, leur faible coefficient de frottement, leur résistance à l'abrasion et leur durabilité générale sont autant de propriétés essentielles que les industries ne peuvent ignorer.
La résilience et les performances des pièces en UHMW répondent à de nombreuses exigences opérationnelles industrielles.
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