Mecanizado CNC POM: selección de grados, consejos de diseño y prevención de defectos

Guía de mecanizado CNC POM: cómo elegir grados, diseñar piezas y evitar defectos comunes

Polioximetileno, POM, también conocido como acetal o, por DuPont, Delrin. Es uno de los termoplásticos de ingeniería más mecanizados para la fabricación de alta precisión. Se utiliza a menudo para engranajes, cuerpos de válvulas, casquillos y conectores electrónicos porque tiene un bajo coeficiente de fricción, alta rigidez y una estabilidad dimensional excepcional.

Sin embargo, mecanizar Delrin no es tan sencillo como simplemente insertarlo en el torno. Las diferencias, tanto en rendimiento como en maquinabilidad, entre los distintos grados de polioximetileno (POM), entre POM-H y POM-C, por ejemplo, influyen en todo, desde la propensión a la porosidad hasta la resistencia química. Las piezas de aluminio con forma de peaje y perfiles ocupados que no brindan soporte pueden provocar distorsión del acetal.

Además; Los números de los coeficientes de fricción que se pasan en la red son un orden de cinco veces inexactos.

Esta es la primera de sus guías de fabricación de POM que analiza las opciones de ingeniería que garantizan que sus piezas de POM cumplan con los estándares de tolerancia para mantenerse fuera del contenedor de chatarra. Incluye: pautas de selección de grados, estándares DFM exclusivos de acetal, estándares de límite de minimización de defectos, tablas comparativas de materiales y factores de incentivo de costos. Todos los valores de las propiedades se enumeran con el método de prueba ASTM respectivo para su confirmación con sus hojas de datos de materiales.

¿qué hace que POM sea un plástico de mecanizado CNC preferido?

El polioximetileno (POM) es un termoplástico de ingeniería, con termoplásticos que son altamente cristalinos, mientras que los metales no lo son (fundamental para darle a la fabricación cualidades metálicas más cercanas en lugar de productos básicos. Del referencia de plásticos BYU-Idaho, el alto grado de cristalinidad crea “buena resistencia, rigidez, dureza superficial, propiedades de barrera, resistencia a los disolventes y un punto de fusión agudo”.

Lo que hace que POM sea único al considerar Servicios de mecanizado CNC POM es su respuesta a una herramienta de corte. Según los maquinistas, el acetal es el plástico de ingeniería más mecanizable y produce virutas cortas y limpias en lugar de virutas fibrosas y gomosas como el nailon o el policarbonato. Esto da como resultado tolerancias más estrictas, una mejor calidad de la superficie y tiempos de ciclo de mecanizado más cortos.

POM-H (homopolímero) produce una resistencia a la tracción ASTM D638 de 69 MPa y un módulo de tracción de 3 100 MPa. Su coeficiente de fricción con el acero es de 0,20-0,35 como prueba ASTM D1894. lo suficientemente bajo para una superficie de apoyo no lubricada, aunque está claro que no se utiliza la cifra de 0,04 citada por muchas guías de mecanizado. Es el coeficiente que pertenece al PTFE/Teflón, y la mala aplicación resultante ha llamado a los ingenieros recomendando que el POM se utilice como una superficie deslizante de baja fricción cuando un rodamiento de PTFE o un grado lleno de PTFE funcionarían mejor.

La estabilidad dimensional es la razón por la que se utiliza POM en piezas de precisión donde se desea una alta rigidez. Con una absorción de humedad durante 24 horas de sólo 0,25% (ASTM D570) y un coeficiente de expansión térmica de 110 µm/m·°C (ASTM D696), el POM muestra una muy buena estabilidad dimensional en los rangos de temperatura y humedad que provocaría que las piezas de nailon se expandieran fuera de tolerancia. El material POM clasificado según ASTM D6778 ofrece consistentemente tolerancias de ±0,025 mm en piezas de precisión que requieren una alta rigidez por encima del módulo de flexión de 2900 MPa.

POM-H vs POM-C vs POM rellena de vidrio « ¿Qué grado debes mecanizar?

Etiquetar “POM” en el dibujo no es suficiente. El homopolímero POM (POM-H), marcado como Delrin por DuPont, y el copolímero POM (POM-C) poseen una cristalinidad distinta, lo que produce variaciones cuantificables en la resistencia mecánica, la resistencia al ataque químico y la maquinabilidad. Una elección incorrecta de POM podría provocar porosidad central en secciones gruesas, fallas químicas frágiles o gastos innecesarios.

Sí, el beneficio de maquinabilidad reclamado para Delrin es impresionante pero condicional. POM-H ofrece entre 10 y 15% adicionales en comparación con POM-C en dureza, rigidez, resistencia a la tracción y a la compresión. También maneja cargas aproximadamente 10% más altas antes de que se produzca la deformación por fluencia. Para aplicaciones estructurales secas y de alta tensión donde la resistencia es primordial, POM-H es definitivamente la opción más fuerte.

Sin embargo, las herramientas POM-C son más confiables en una variedad de trayectorias. Fuentes de la industria informan que el copolímero de acetal es menos sensible a la refundición y la deformación durante cortes largos y delgados o a la eliminación de existencias pesadas. POM-C también ofrece una resiliencia química más amplia que el homopolímero (pH 4-13 frente a POM-H pH 4-9), lo que lo convierte en el mejor candidato para piezas sujetas a trabajos de limpieza, hidrocarburos o ataques alcalinos.

Agregue vidrio 10-30% por peso para producir POM reforzado con vidrio con el fin de aumentar la rigidez y controlar el coeficiente de expansión. Los fabricantes utilizan soportes y gabinetes con lechada para cumplir con los requisitos. La utilidad de la POM rellena de vidrio se produce a expensas de un mayor desgaste de las herramientas y un acabado más áspero de la máquina. Consulte la hoja de datos de POM de cada marca para determinar las propiedades de su mezcla personalizada individual.

Reglas de diseño para piezas POM mecanizadas por CNC

A las máquinas POM les gusta el metal, pero este plástico acetal no se comporta como tal en la fijación, el control de temperatura o el alivio de la tensión de transferencia. Los principios de diseño descuidado de aluminio para la fabricación conducirán a máquinas POM deformadas o fuera de especificaciones. Se deben aplicar problemas de diseño específicos de POM.

Espesor mínimo de la pared

Mantenga el espesor mínimo de pared en 0,8 mm cuando fresa CNC y 1,0 mm cuando gire. Las paredes más delgadas se desvían bajo la presión de sujeción y durante el corte, lo que provoca la forma cónica y las marcas de vibración en el producto. Al mecanizar piezas complejas de pompones con bolsillos profundos, aumente el espesor de la pared a 1,5 mm o utilice varias pasadas de acabado ligeras. Al mecanizar componentes POM complicados con bolsillos profundos, aumente el espesor de la pared a 1,5 mm o utilice varias pasadas de acabado ligeras.

Gestión del calor « El problema oculto

El POM tiene una conductividad térmica (0,31 W/mK ASTM C177) aproximadamente 40 veces menor que el aluminio. Cualquier calor producido en la zona de corte no se puede disipar a través de la pieza de trabajo. Permanece concentrado en la zona de corte de herramientas. Esta es la razón principal por la que es preferible el enfriamiento por aire al refrigerante de inundación al mecanizar POM: el aire comprimido seco expulsa las virutas y disipa el calor sin el choque térmico que el refrigerante líquido provoca en plásticos cristalinos de baja conductividad térmica.

Alivio del estrés y estabilidad dimensional

Al mecanizar piezas de POM que requieren tolerancias superiores a ±0,05 mm, es necesario utilizar un proceso de mecanizado de dos etapas (áspero, aliviador de tensión, acabado). Máquina rugosa, la POM a 0,2-0,3 mm de sobredimensionamiento por superficie antes de aliviar la tensión de la pieza en un horno. El recocido a 140-150 °C (20-30 °C por debajo de la temperatura de deflexión térmica) libera la tensión residual bloqueada en la pieza mediante los pasos de extrusión y mecanizado rugoso. Posteriormente, la pieza mecanizada medida dentro del rango de tolerancia aceptable inmediatamente después del mecanizado puede salir de la tolerancia hasta 24-48 horas debido a la relajación de la tensión residual.

• Utilice herramientas de carburo pulido y afiladas para crear calor y degradar el acabado de la superficie
• Apoye la pieza de trabajo de pompón durante toda la operación. El POM se distorsiona bajo fuerzas de sujeción más fácilmente que los metales
• Relajar la tensión residual antes del mecanizado final (24-48 horas o hornear)
• Limpie agresivamente las virutas de la zona de corte. Las virutas de POM se vuelven a cortar si no están ventiladas
• Máquina de tubos POM dentro de una habitación con temperatura estabilizada a partir de la tolerancia objetivo de ±0,025 mm.
• Tenga en cuenta las características de mecanizado únicas de POM: este plástico de alto rendimiento tiene una conductividad térmica 40 × menor que el aluminio (0,31 frente a 12,5 W/m·K según ASTM C177)

Defectos comunes del mecanizado POM y cómo prevenirlos

La mayoría de las fallas asociadas con el mecanizado POM son diferentes a las fallas con aluminio u otros plásticos amorfos. Los maquinistas de diseño encontrarán problemas de pulverización catódica, distorsión y desgaste que son exclusivos de la naturaleza física cristalina de los polioximetilenos, así como problemas de baja conductividad térmica y liberación de tensión residual cuando los componentes se dejan reposar después del corte. Estos ocho consejos garantizan la tolerancia final y la menor distorsión parcial.

Deformación y deriva dimensional

Las piezas cristalinas o delgadas de POM se deforman después del mecanizado a medida que se estabiliza la tensión residual. La desviación del plano de referencia inmediatamente después del mecanizado puede ser superior a 0,12 mm, pero puede reducirse a menos de 0,02 mm en cuestión de horas con una combinación de métodos de alivio de tensión residual de bajo costo, como el recocido y la eliminación simétrica de material, y el enfriamiento por aire para ayudar a disipar la energía térmica. Este fenómeno ha hecho que los diseñadores crean que las molduras POM o los productos mecanizados deben construirse en un horno después del mecanizado, pero en realidad la culpa es de la tensión interna de los productos.

Corrección: recocer a 140-150 °C antes del mecanizado final. Para el recocido en baño de aceite con mayor tiempo de remojo, una velocidad recomendada es de 40-60 minutos de aumento por 5 mm de espesor de pared. Para el recocido en baño de aire (horno), aumente entre 20 y 30 minutos por 5 mm. Alternativamente, las piezas se pueden cocinar al vapor en agua del grifo hirviendo durante 5 a 6 horas y enfriar naturalmente.

Formación Burr

Debido a la tenacidad y ductilidad del POM, el flujo de plástico se produce en el borde de corte, en lugar de un corte limpio, y se generan fresas en forma de bigotes en la cara de corte, especialmente después del fresado y perforación con cnc. Utilice rastrillo positivo afilado (6-10), altas velocidades de corte y fresado ascendente para ayudar a reducir la altura de la rebaba. Desbarbar piezas de POM después del mecanizado es la norma. La caída o desbarbado criogénico es eficaz en producciones de volumen. Un proceso de mecanizado controlado con ángulos de rastrillo positivos de 6-10° produce componentes de POM que cumplen con Ra 0,8 µm o mejor en caras de sellado críticas.

Fusión y decoloración de superficies

Cuando el calor aumenta más rápido de lo que el POM puede eliminarlo, la superficie se vidria y se funde. El proceso ocurre más comúnmente durante la perforación de agujeros profundos sin ciclos de picoteo o con herramientas opacas a altas velocidades de alimentación. El punto de fusión del POM-100 es de 165-175 °C, apenas por encima de las temperaturas alcanzadas durante el mecanizado agresivo. Reduzca las rpm del husillo, recorte los taladros a un rastrillo negativo o neutro (0-2), use perforación de picoteo (retraiga la herramienta cada 1-2 diámetros de perforación) y use aire comprimido para eliminar el calor.

POM vs Nylon vs PEEK vs ABS « Guía de decisión de selección de materiales

POM es un excelente plástico pom, pero no es la opción correcta para todas las aplicaciones. La selección honesta de materiales requiere comparar valores de propiedades específicos en condiciones de prueba estandarizadas “afirmaciones no vagas sobre qué plástico es ”mejor”. La siguiente tabla utiliza datos referenciados por ASTM para brindarle una comparación directa.

Donde POM es la elección: engranajes, cojinetes, casquillos y cualquier otra característica estándar de fresado, perforación o torneado en la que la baja fricción y la estabilidad dimensional en condiciones de humedad variables sean importantes. La absorción de agua de 0,25% de POM le permite mantenerse tolerancias estrictas donde el nailon se hincha aproximadamente 10 veces esa cantidad ^ un bajo coeficiente de fricción (0,20-0,35 según ASTM D1894) combinado con una absorción de humedad inferior a 0,3% es la razón por la que este plástico de ingeniería domina las aplicaciones de engranajes y rodamientos en seco.

Donde el nailon es la elección: tenacidad al impacto y amortiguación de vibraciones. El nailon 6/6 tiene mayor ductilidad y mayor resistencia a la tracción que el POM. Úselo para carcasas a presión, soportes estructurales y cualquier aplicación estructural donde se absorba energía bajo cargas de choque. El nailon también se autolubrica, siendo muy resbaladizo cuando está mojado.

Donde PEEK es la elección: aplicaciones de alta temperatura por encima de 150 °C, ambientes químicos agresivos y aplicaciones que requieren esterilización. MIRAR es entre 4 y 6 veces más caro para una máquina CNC que el POM, por lo que ciertamente no es un material de primera elección.

Donde el ABS es la opción: en la creación de prototipos, carcasas cosméticas, cualquier aplicación en la que la capacidad de pintura y la unión sean más importantes que la resistencia y la maquinabilidad es un gran beneficio. Maquinaria ABS es más rentable cuando el volumen de producción previene piezas estructurales.

Impulsores de costos en el mecanizado CNC POM

El costo del mecanizado CNC de pom en un taller CNC es función de seis factores diferentes e interconectados que no siempre son intuitivos. Estas consideraciones de costos para POM le permitirán tomar decisiones de diseño de piezas que minimicen los costos sin sacrificar sus requisitos.

Las ventajas del mecanizado cnc sobre el moldeo por inyección en la producción de bajo volumen son claras: sin costos de herramientas, rediseño rápido y piezas de primera fabricación más rápidas. Según la economía de escala, los costos de mecanizado tienden a dominar hasta que las cantidades alcanzan un orden de varias mil partes, momento en el cual las economías de escala favorecen el moldeo por inyección. Solicite siempre cotizaciones para ambos al planificar cantidades de producción de piezas de pompones personalizadas. POM mantiene una ventaja de costo por pieza sobre PEEK en 4-6× con tolerancias equivalentes, lo que convierte a POM en la opción predeterminada para aplicaciones sin temperaturas extremas por debajo de 100 °C (UL 746B).

Aplicaciones industriales donde POM supera a las alternativas

POM se aprovecha bien no por ser una excelente resina de uso general, sino por tener propiedades específicas que otros plásticos no pueden igualar fácilmente.

Componentes del sistema de combustible automotriz: los cuerpos de las válvulas y los engranajes de la bomba de combustible se benefician de la resistencia a la gasolina y el diésel, la estabilidad dimensional mediante ciclos térmicos y el funcionamiento de baja fricción. El copolímero POM-C cumple con estas propiedades, y estos componentes de las bombas POM también se benefician de las propiedades de resistencia a los hidrocarburos del material genérico.

Dispositivos e instrumentación médica: reunión de varios grados de POM ASTM F1855 (Especificación de estándares para polioximetileno para aplicaciones médicas) y las especificaciones USP Clase VI se utilizan para componentes de pluma de insulina, mangos de herramientas quirúrgicas y engranajes de bomba dispensadora granulares. Todas las piezas esterilizables, biocompatibles y mecanizadas con precisión se producen a partir de un solo material, POM.

Elektronic Kontaktierungen und Isolatoren: Debido a su buena resistencia térmica se produce una muy buena estabilidad dimensional de los materiales POM en cambios cíclicos, así como debido a su buena alta resistencia dieléctrica (19,7kV/mm según ASTM D149), uno de los materiales más adecuados para cuerpos de conectores y distancias insensibles. Y las piezas no cambian la alineación de contacto dentro del campo de temperatura de operación y no tienen la hinchazón por humedad que descalifica el uso de nailon.

Pompón mecanizado Para engranajes y guías transportadoras: Dado su bajo coeficiente de fricción y su alta capacidad de autolubricación, el pompón mecanizado se puede utilizar como dientes de engranajes, guías de cadena y rodillos transportadores para aplicaciones de trabajo liviano en equipos de procesamiento y envasado de alimentos. Algunos grados aprobados por la FDA satisfacen los requisitos de contacto con alimentos establecidos por las regulaciones de la FDA 21 CFR 177.2470.

Preguntas frecuentes « Mecanizado CNC POM