ساخت و ماشینکاری UHMW-PE (میله و ورق…)

پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMWPE, UHMW) زیر مجموعه ای از پلی اتیلن ترموپلاستیک است.همچنین به عنوان پلی اتیلن با مدول بالا، (HMPE)،…

پلی اتیلن با وزن مولکولی فوق العاده بالا (UHMW-PE) یک ترموپلاستیک مهندسی با وزن مولکولی بیشتر از 3.1 AMU (واحد جرم اتمی) است.وزن مولکولی بالا تعدادی از ویژگی های فیزیکی مهم را افزایش می دهد که از جمله آنها می توان به مقاومت در برابر سایش برجسته، استحکام ضربه بالا و ضریب اصطکاک کم اشاره کرد.علاوه بر این، پلیمر دارای مقاومت شیمیایی خوب، ویژگی های میرایی صدا عالی، خواص دی الکتریک و عایق الکتریکی برتر است و رطوبت را جذب نمی کند.

این ویژگی‌ها، در ترکیب با سهولت ماشین‌کاری، UHMW-PE را تبدیل به یک ماده مقرون‌به‌صرفه می‌کند که الزامات FDA و USDA را برای تماس مستقیم با غذا برآورده می‌کند و به طور گسترده در صنایع غذایی، نوشیدنی، پزشکی و دارویی استفاده می‌شود.کیفیت غیر متخلخل UHMW-PE از رشد قارچ یا باکتری جلوگیری می کند.UHMW-PE همچنین به طور گسترده در صنایع نساجی، پردازش شیمیایی، خمیر و کاغذ، معدن، دریایی، فولاد، تصفیه آب و فاضلاب، حمل و نقل مواد فله و کشاورزی استفاده می شود.

خواص UHMW-PE را می توان با استفاده از افزودنی هایی مانند رنگ ها، تثبیت کننده های UV و حرارت، عوامل ضد الکتریسیته ساکن، پرکننده های مقاوم در برابر سایش و روان کننده های کاهش اصطکاک افزایش داد.فلزات یا سنگ معدن ها را می توان برای افزایش وزن و قابل تشخیص مغناطیسی پلیمر استفاده کرد، در حالی که سایر پرکننده ها دمای محیط را افزایش می دهند.

از آنجایی که UHME-PE یک پلیمر نیمه کریستالی است، باید با قالب گیری فشاری یا اکستروژن قوچ زینتر شود.بازپخت، قبل از ماشینکاری، به حذف فشار ناشی از تف جوشی کمک می کند.قطعات ماشینکاری شده تمام شده را نیز می توان آنیل کرد، اما چنین قطعاتی باید در طول فرآیند خنک سازی ثابت شوند تا امکان انقباض در طول بازپخت فراهم شود.ماشینکاری خشن باید قبل از تنش زدایی انجام شود تا بتوان تغییرات ابعادی را در حین ماشینکاری نهایی انجام داد.

UHMW-PE که در ورق‌ها، میله‌ها و لوله‌های استاندارد برای تولید قطعات پایدار از نظر ابعادی موجود است، می‌تواند اره، آسیاب، تراش، پلان، سوراخ یا پانچ شود.ابزارهای برش باید دارای زوایای چنگک بالا و فاصله کافی کشتی برای جلوگیری از گرفتگی باشند.نرخ تغذیه باید بالا باشد تا حداقل زمان برای ابزار برش برای گرم کردن مواد توسط اصطکاک وجود داشته باشد.باید مراقب تیز نگه داشتن ابزارها بود زیرا UHMW-PE می تواند به سرعت لبه های برش ابزار را کسل کند و باعث اعوجاج قطعه شود.سطوح با کیفیت بالا را می توان با استفاده از ابزارهای برش مناسب به دست آورد، اگرچه تلاش برای بهبود سطح ضعیف با سوهان زدن یا سنباده زدن به طور کلی منجر به بدتر شدن ظاهر می شود.

اکثر فرآیندهای ماشینکاری دارای تلورانس بین +/-.005 و +/-.010 هستند.با این حال، طول نوارهای برش اره معمولاً +/-.030 است زیرا نرخ نسبتاً بالای انبساط و انقباض حرارتی خطی UHMW-PE طول قطعه را در برابر تغییرات محیطی آسیب‌پذیر می‌کند.

فرآیندهای ماشینکاری

اره کردن: برای اره کردن دایره ای، تیغه های با نوک کاربید بهترین نتیجه را می دهند.یک تیغه با قطر 12 تا 14 اینچ باید تقریباً 24 دندان داشته باشد.سرعت تغذیه می تواند بین 10 تا 40 فوت در دقیقه باشد.برای اره نواری تیغه ای با سه دندانه در هر اینچ، مجموعه شن کش و فرشته چنگک مثبت توصیه می شود.سرعت تغذیه بین 10 تا 40 فوت در دقیقه است.

تراشکاری: از قطعات ابزار فولادی پرسرعت با فاصله 10 اینچی جلو و کنار و چنگک 15 تا 30 اینچ استفاده کنید.سرعت برش کمتری بین 600 تا 1000 فوت در دقیقه مورد نیاز است.با این حال، اغلب لازم است که با دورهای بالاتر در دقیقه کار کنید تا تراشه ها از دستگاه دور نگه داشته شوند.مایعات برش نباید ضروری باشد، اما انفجار هوای فشرده گاهی اوقات به برداشتن تراشه کمک می کند.هنگام تلاش برای دستیابی به تلورانس های نزدیک یا یک قسمت با دیواره بسیار نازک در UHMW-PE، ماشین را پاس می کنید.در مرحله اول بیشتر مواد را بردارید، سپس بگذارید قطعه یک شب بماند و استراحت کند.

فرزکاری: کاترهایی که برای ماشینکاری آلومینیوم طراحی شده اند بهترین نتیجه را دارند.سرعت برش 600 تا 1800 فوت در دقیقه با نرخ تغذیه تقریباً 0.01 اینچ در هر دور پیشنهاد می شود.بیت های روتر برای شکاف و فرز سبک به خوبی کار می کنند.

برنامه ریزی: رنده های چوبی به راحتی ضخامت و سطح UHMW-PE را کاهش می دهند.یک دستگاه سفت و سخت با تیغه های تیز برداشت بسیار کارآمد و سطح خوبی را ارائه می دهد.برای به حداقل رساندن پتانسیل تاب برداشتن هنگام ماشینکاری UHMW-PE، نصف ضخامت مورد نظر را از هر طرف ورق صاف کنید.

حفاری: مته های معمولی با سرعت بالا برای اکثر کاربردهای حفاری کافی هستند.برای عملکرد بهینه، از مته های مارپیچ پایین مخصوص با فلوت های صیقلی استفاده کنید.حفاری سوراخ‌های آزمایشی قبل از حفاری یک سوراخ بزرگ برای UHMW-PE توصیه نمی‌شود، زیرا خواص آن باعث می‌شود مته خود را گرفته و به داخل مواد بکشد.

سنگ زنی/سنباده کاری: به دلیل خواص مقاوم در برابر سایش UHMW-PE، سنگ زنی و سنباده زدن معمولاً بی اثر هستند.در واقع، سنگ زنی ممکن است باعث ذوب شدن و لکه دار شدن مواد شود و در نتیجه چرخ آسیاب مسدود شود.

UHMW-PE اصلاح شده با افزودنی هایی مانند شیشه یا اکسیدهای فلزی باعث کاهش عمر ابزار می شود.اگرچه ابزار کاربید به ابزار عمر می‌بخشد، اما به سرعت و تغذیه بالاتری نیاز دارد.برخی از مواد با درصد بسیار بالایی از مواد افزودنی ساینده برای ماشین کاری با هر روشی غیر عملی هستند.

شکل دهی و جوشکاری

UHMW-PE را می توان در حین کار به صورت گرم شکل داد تا خم ها و زوایای ساده ای ایجاد کند که نصب را تسهیل می کند.مهم نیست که کدام روش انتخاب شده است - مشعل، بخاری برقی، اجاق گاز یا حمام - باید احتیاط کرد و تمام تلاش خود را برای گرم نشدن بیش از حد مواد انجام داد.UHMW-PE، مانند هر پلاستیک، در شرایط نامناسب می سوزد.علاوه بر این، به دلیل ویژگی های حفظ حرارت بالا UHMW-PE، چرخه خنک کننده کامل تا حدودی طولانی تر از چرخه گرمایش خواهد بود.خنک شدن نباید روی سطوح بتنی یا فلزی اتفاق بیفتد زیرا این فرآیند خیلی سریع خواهد بود و ممکن است فشار اضافی را به مواد وارد کند.یک توصیه اضافی این است که مواد را با یک پتوی عایق ساخته شده از موادی مانند فایبرگلاس بپوشانید.

UHMW-PE شکل‌دهنده سرد اغلب زمانی استفاده می‌شود که نیاز به تناسب منحنی‌ها و زاویه‌ها وجود داشته باشد.چه با استفاده از پرس ترمز، نورد، شکل دادن به دست یا استفاده از پیچ و مهره برای کشیدن و شکل دادن قطعه در محل، زاویه و منحنی ها باید 75 تا 100 درصد بیش از حد خم شوند تا اثر برگشت فنری UHMW-PE جبران شود.پتانسیل ایجاد ترک های تنشی را می توان با استفاده از ورق های 3/8 اینچی یا نازک تر در هنگام شکل دهی سرد کاهش داد.

جوشکاری چرخشی یا اصطکاکی را می توان با استفاده از یک ماشین تراش استاندارد با قابلیت 550 تا 560 دور در دقیقه با قابلیت توقف چرخش در لحظه اعمال ترمز و یک صفحه پشتیبان فلزی از فولاد ¼ اینچی با قطر کمی کمتر از فلنج انجام داد. OD.این نوع جوش به 48 ساعت تبلور کامل نیاز دارد تا لوله بتواند وارد خدمت شود.

لب به لب یا صفحه داغ برای اتصال ورقه های مسطح به قطعات بلند یا سیم پیچ ها، نیاز به استفاده از یک ابزار حرارت دهنده فلزی دارد که با یک عامل نچسب پوشانده شده است و قادر به رسیدن به دمای لازم برای رساندن پلیمر به حالت مذاب است.این فرآیند مستلزم استفاده از تجهیزات مخصوص وحشی برای دستیابی به جوش های یکنواخت با استحکام بین 85 تا 100 درصد مقاومت ماده اولیه است.

چسب ها

ضریب اصطکاک پایین و سطح غیر متخلخل UHMW-PE باعث می شود هر چسبی به پلیمر نفوذ کند و پیوند ایجاد کند.برای روش های توصیه شده برای اتصال UHMW-PE به بسترهای مختلف، با تامین کننده چسب خود مشورت کنید، اگرچه اتصال دهنده های مکانیکی برای اکثر کاربردها توصیه می شود.