Výroba a obrábění UHMW-PE (tyče a plechy …)

Ultra-vysokomolekulární polyethylen (UHMWPE, UHMW) je podmnožinou termoplastického polyethylenu.Také známý jako vysokomodulový polyethylen (HMPE),…

Polyetylen s ultra vysokou molekulovou hmotností (UHMW-PE) je technický termoplast s molekulovou hmotností větší než 3,1 AMU (jednotky atomové hmotnosti).Vysoká molekulová hmotnost zvyšuje řadu důležitých fyzikálních vlastností, z nichž v neposlední řadě jsou vynikající odolnost proti oděru, vysoká rázová houževnatost a nízký koeficient tření.Kromě toho má polymer dobrou chemickou odolnost, vynikající vlastnosti tlumení zvuku, vynikající dielektrické a elektrické izolační vlastnosti a neabsorbuje vlhkost.

Tyto vlastnosti v kombinaci se snadným obráběním dělají z UHMW-PE, nákladově efektivního materiálu, který splňuje požadavky FDA a USDA pro přímý styk s potravinami, je široce používán v potravinářském, nápojovém, lékařském a farmaceutickém průmyslu.Neporézní kvalita UHMW-PE inhibuje růst plísní nebo bakterií.UHMW-PE je také široce používán v textilním průmyslu, chemickém zpracování, celulóze a papíru, těžbě, námořní dopravě, oceli, čištění vody a odpadních vod, manipulaci se sypkým materiálem a zemědělství.

Vlastnosti UHMW-PE lze zlepšit použitím přísad, jako jsou barviva, UV a tepelné stabilizátory, antistatická činidla, plniva odolná proti opotřebení a maziva snižující tření.Kovy nebo rudy lze použít ke zvýšení hmotnosti a učinit polymer magneticky detekovatelným, zatímco jiná plniva zvyšují provozní teplotu prostředí.

Protože UHME-PE je semikrystalický polymer, musí být slinován buď lisováním nebo vytlačováním.Žíhání před obráběním pomáhá odstranit namáhání zpracování způsobené slinováním.Hotové obrobené díly mohou být také žíhány, ale takové díly musí být upevněny během procesu chlazení, aby se umožnilo smrštění během žíhání.Hrubé obrábění by mělo být provedeno před uvolněním pnutí, aby bylo možné přizpůsobit rozměrovým změnám během konečného obrábění.

UHMW-PE, který je k dispozici ve standardních deskách, tyčích a trubkách pro výrobu rozměrově stabilních dílů, lze řezat, frézovat, soustružit, hoblovat, vrtat nebo děrovat.Řezné nástroje by měly mít velké úhly čela a dostatečnou světlou výšku, aby se zabránilo ucpání.Rychlosti posuvu by měly být vysoké, aby byl řeznému nástroji poskytnut minimální čas na zahřátí materiálu třením.Je třeba dbát na to, aby nástroje byly ostré, protože UHMW-PE může rychle otupit řezné hrany nástroje a způsobit deformaci součásti.Vysoce kvalitní povrchové úpravy lze získat použitím vhodných řezných nástrojů, ačkoli pokusy o zlepšení špatného povrchu pilováním nebo broušením obecně povedou ke zhoršení vzhledu.

Většina obráběcích procesů má tolerance mezi +/-,005 a +/-,010.Řezání pásů na délku by však obvykleji bylo +/- 0,030, protože poměrně vysoká rychlost lineární tepelné roztažnosti a kontrakce UHMW-PE činí délku kusu náchylnou ke změnám prostředí.

Procesy obrábění

Řezání: Pro kotoučové řezání poskytují nejlepší výsledky kotouče s tvrdokovem.Čepel o průměru 12-14” by měla mít přibližně 24 zubů.Rychlost posuvu se může pohybovat od 10 do 40 stop za minutu.Pro pásové pily se doporučuje kotouč se třemi zuby na palec, sada hrabací soupravy a kladný úhel čela.Rychlosti posuvu se pohybují od 10 do 40 stop za minutu.

Soustružení: Použijte nástrojové bity z rychlořezné oceli s 10” přední a boční vůlí a 15-30” sklonem.Jsou vyžadovány nižší řezné rychlosti mezi 600 a 1 000 stopami za minutu.Často je však nutné běžet při vyšších otáčkách, aby se třísky nedostaly do stroje.Řezné kapaliny by neměly být nutné, ale proud stlačeného vzduchu někdy pomůže při odstraňování třísek.Při pokusu o dosažení těsných tolerancí nebo velmi tenkostěnných součástí z UHMW-PE obrábějte v průchodech.Při prvním průchodu odstraňte většinu materiálu, poté nechte kus sedět a odpočívat přes noc.

Frézování: Frézy určené pro obrábění hliníku poskytují nejlepší výsledky.Doporučuje se řezná rychlost 600 až 1 800 stop za minutu s rychlostí posuvu přibližně 0,01 palce na otáčku.Frézovací bity fungují dobře pro drážkování a lehké frézování.

Hoblování: Hoblíky na dřevo snadno redukují tloušťku a upravují povrch UHMW-PE.Pevný stroj s ostrými noži poskytne velmi účinný úběr materiálu a dobrou povrchovou úpravu.Chcete-li minimalizovat možnost deformace při obrábění UHMW-PE, hoblujte polovinu požadované tloušťky z každé strany plechu.

Vrtání: Pro většinu vrtacích aplikací jsou vhodné běžné vysokorychlostní vrtačky.Pro optimální výkon používejte speciální vrtáky s nízkou šroubovicí s leštěnými drážkami.Vrtání vodicích otvorů před vrtáním velkého otvoru se pro UHMW-PE nedoporučuje, protože jeho vlastnosti způsobují, že se vrták zachytí a vtáhne do materiálu.

Broušení/broušení: Vzhledem k otěruvzdornosti UHMW-PE je broušení a broušení obvykle neúčinné.Ve skutečnosti může broušení způsobit roztavení a rozmazání materiálu, což má za následek ucpání brusného kotouče.

UHMW-PE modifikovaný přísadami, jako je sklo nebo oxidy kovů, bude mít za následek kratší životnost nástroje.Přestože tvrdokovové nástroje přidají nástroji životnost, vyžaduje vyšší rychlosti a posuvy.Některé materiály s velmi vysokým procentem abrazivních přísad jsou nepraktické pro obrábění jakoukoli metodou.

Tváření a svařování

UHMW-PE lze na zakázku tvarovat za tepla a vytvářet jednoduché ohyby a úhly, které usnadňují instalaci.Bez ohledu na zvolenou metodu – baterku, elektrický ohřívač, troubu nebo vanu – je třeba postupovat opatrně a vynaložit veškeré úsilí, aby nedošlo k přehřátí materiálu.UHMW-PE, stejně jako všechny plasty, hoří za nevhodných podmínek.Kromě toho bude celý chladící cyklus poněkud delší než ohřívací cyklus kvůli vysokým vlastnostem UHMW-PE zadržujícím teplo.Na betonových nebo kovových površích by nemělo docházet k ochlazování, protože proces bude příliš rychlý a může způsobit dodatečné namáhání materiálu.Dalším doporučením je přikrýt materiál izolační přikrývkou vyrobenou z materiálu, jako je sklolaminát.

Tváření za studena UHMW-PE se často používá, když je potřeba přizpůsobit křivky a úhly.Ať už používáte brzdový lis, válcování, ruční tvarování nebo použití šroubů pro kreslení a tvarování kusu na místě, úhel a křivky musí být přehnuty až o 75 až 100 procent, aby se kompenzoval odpružený efekt UHMW-PE.Potenciál vzniku trhlin napětím lze snížit použitím plechů 3/8” nebo tenčích při tváření za studena.

Rotační nebo frikční svařování lze dosáhnout pomocí standardního strojního soustruhu schopného 550 až 560 otáček za minutu se schopností zastavit otáčení v okamžiku, kdy je brzda použita, a kovové opěrné desky z ¼” oceli s průměrem o něco menším než příruba OD.Tento druh svaru potřebuje 48 hodin plné krystalizace, než může být trubka uvedena do provozu.

Tupé nebo horké desky, které spojují ploché plechy do dlouhých kusů nebo svitků, vyžadují použití kovového ohřívacího nástroje, potaženého nepřilnavým činidlem, schopného dosáhnout potřebné teploty pro uvedení polymeru do roztaveného stavu.Tento proces vyžaduje použití speciálního divokého zařízení k dosažení stejnoměrných svarů s pevností mezi 85 a 100 procenty původní pevnosti materiálu.

Lepidla

Nízký koeficient tření, neporézní povrch UHMW-PE ztěžuje pronikání jakéhokoli lepidla do polymeru a vytvoření spoje.Doporučené postupy pro lepení UHMW-PE k různým podkladům konzultujte s dodavatelem lepidla, ačkoli pro většinu aplikací se doporučují mechanické spojovací prostředky.