Usinagem de PTFE: ferramentas, parâmetros e controle de tolerância

Um Guia Prático para Usinar PTFE: Da Seleção de Ferramentas à Tolerância Final

O PTFE ocupa uma classe por si só O composto que reveste superfícies antiaderentes e fornece a vedação para reatores químicos não se comporta como qualquer outro plástico uma vez introduzido em uma ferramenta de corte Seu coeficiente de expansão térmica é aproximadamente uma ordem de grandeza maior do que o aço se arrasta sob carga sustentada, e sofre uma mudança de fase cristalina perto da temperatura ambiente capaz de mudar suas dimensões em vários pontos percentuais em uma janela estreita de 3 °F.

Nenhuma dessas propriedades intransponíveis para usinar a barreira de materiais é produzida diariamente, como válvulas, buchas e botões personalizados em PTFE. No entanto, a abordagem padrão de plásticos gerará uma quantidade significativa de sucata. Este guia cobre o ferramental, taxas de alimentação, ciclos de recozimento e metrologia necessários para produzir peças de tolerância estreita a partir de um material que resiste à estabilidade dimensional em todas as fases.

Por que o PTFE se comporta de maneira diferente sob forças de corte

O politetrafluoroetileno (PTFE) é um fluoropolímero semi cristalino com uma estrutura totalmente fluorada “back-boned” sobre carbono A química confere ao PTFE um coeficiente de atrito extremamente baixo (0,05-0,10, de acordo com o Manual de propriedades DuPont Teflon PTFE), resistência química, e desempenho estável em altas temperaturas até 260 °C. Estas propriedades únicas também criam três características que influenciam diretamente qualquer operação de usinagem:

Primeiro, a expansão térmica De acordo com dados compilados por Plásticos Profissionais, coeficiente de PTFE cai entre 100 e 200 × 106/°C 's aproximadamente 10 vezes que o aço carbono de um componente de PTFE usinado a 2 °C crescerá mensuravelmente se a loja aquecer a 28 °C à tarde.

Em segundo lugar, há uma transição cristalina próxima a 19 20 °C (cerca de 6 6 °F). Pesquisa de expansão térmica do NIST documenta uma transição cristalina de primeira ordem nesta faixa estreita de temperatura, produzindo um salto dimensional desproporcional Na prática, as peças dentro da tolerância durante os turnos noturnos frequentemente medem fora das especificações pela manhã, à medida que as temperaturas da loja ultrapassam esse limite.

Terceiro, o fluxo frioFEF desvia permanentemente sob tensão mecânica sustentada Propriedade PT chamada fluência um PTFE firmemente não salta para trás da maneira que um metal produziria rendimentos materiais, e a peça sai da tolerância no momento em que você a solta Trabalhando para as restrições do material em vez de combatê-las distingue a usinagem produtiva de PTFE da sucata.

Seleção de ferramentas para PTFE: geometria, material e revestimento

Embora o material seja mais sensível a ferramentas do que a maioria dos plásticos de engenharia, o embotamento extremo não limpa o PTFE; em vez disso, ele desgasta, o frio flui para frente e causa acúmulo de calor que prejudica a precisão dimensional e o acabamento superficial. Existem três níveis de ferramentas na usinagem prática do PTFE:

Os ângulos de inclinação positivos são menos resistentes ao corte e auxiliam a ferramenta a cisalhar em vez de empurrar o material Os engenheiros geralmente relatam problemas com as inserções de metal duro revestidas a partir da usinagem de metais. A superfície revestida é dez vezes mais resistente ao atrito do que o já baixo coeficiente de Teflon, levando ao acúmulo de material na borda e à má evacuação dos cavacos.

Parâmetros de corte para torneamento, fresamento e perfuração de PTFE

PTFE é um termoplástico; é um isolante térmico - o calor gerado pelo atrito durante o corte permanece na interface ferramenta-peça, em vez de conduzir (fluir) para o material em branco Isso se refere ao fato de que quando velocidades e alimentações inadequadas são usadas, o material na zona de corte amolecerá, gom up e terá um swell dimensional Os seguintes valores, extraídos de várias guias de fabricação fornecidas por diferentes indústrias e experiência do maquinista, são vários vãos através de taxas de remoção toleráveis e produtivas:

Na maioria dos casos, taxas de alimentação mais altas são melhores do que velocidades de fuso mais altas: lascas mais grossas transportam o calor para longe do trabalho para o cavaco em vez de para a peça Um número menor de cortes por polegada resulta de uma alimentação mais alta, resultando em um número menor de ciclos térmicos experimentados pela camada superficial do trabalho.

Mantendo tolerâncias em PTFE: recozimento e alívio do estresse

Tolerâncias dimensionais desafio primário na usinagem de PTFE As peças usinadas de PTFE carregam tensões internas residuais do próprio processo de corte são aquelas tensões liberam ao longo de horas, empenando a peça bem depois que ela sai da máquina Tolerâncias de ±0,13 mm (±0,005 in) são alcançáveis sem tratamento especial Tolerâncias mais apertadas ±0,02 mm (±0,001 in) exigem um protocolo de recozimento disciplinado entre as operações de usinagem, conforme documentado em ASTM D3297 (Prática para Tolerâncias de Moldagem e Usinagem para Peças de Resina de PTFE).

A sequência de recozimento é tão importante quanto a temperatura de recozimento. Um erro comum é fazer um recozimento somente após a usinagem final. Então, as tensões residuais do desbaste já causaram distorção irreversível. O recozimento antes do processo de usinagem fina, em vez de apenas no final, alivia a tensão induzida pela ferramenta no plástico tensionado residualmente e a estabilidade dimensional dos ‘conjuntos’.

No entanto, igualmente importante na medição é...a temperatura de controle durante a medição, pois você frequentemente pode obter uma dimensão dentro de uma temperatura de medição de tolerância especificada. Como o PTFE tem uma transição de fase cristalina, a temperatura próxima de 19% muda de °C, uma parte medida a 18 °C e remedida a 22 °C seria vista como tendo um desvio dimensional muitas vezes maior que a tolerância permitida. Todas as inspeções finais de controle de qualidade devem ser realizadas em um ambiente temperado controlado mantido na temperatura ambiental padrão de teste de 20 °C ou em uma que corresponda às condições de serviço esperadas.

Peças de PTFE de rebarbação e acabamento superficial

O PTFE produz rebarbas macias e fibrosas que resistem à rebarbação convencional Ao contrário das rebarbas de metal que se desprendem de forma limpa, as rebarbas de PTFE deformam-se sob pressão e se reformam após a remoção A raspagem manual com uma lâmina afiada remove-as temporariamente, mas as rebarbas geralmente reaparecem à medida que o material relaxa um comportamento que pega os maquinistas de guarda quando eles trabalham pela primeira vez com o material.

A rebarbação criogênica é o método mais confiável para peças de PTFE As peças são resfriadas a aproximadamente -70 °C a -100 °C usando nitrogênio líquido ou CO2, tornando as rebarbas de PTFE normalmente flexíveis frágeis o suficiente para cair ou explodir de forma limpa Esta abordagem é padrão para a produção de vedação e gaxeta de PTFE de alto volume na indústria aeroespacial.

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  Deburring criogênico: Melhor para geometrias complexas, recursos internos e volumes de produção. Requer investimento em equipamentos.
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  Raspagem manual da lâmina: Aceitável para quantidades de protótipo. Use em um ângulo acentuado e reinspecione após 24 horas (os rebarbas podem ser reformados).
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  Queda abrasiva à temperatura ambiente: Parcialmente eficaz. funciona melhor em bordas externas do que furos internos.
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  Rebarbação térmica: Não recomendado para PTFE O alto ponto de fusão do PTFE (327 °C) requer energia extrema, e o processo pode produzir fumos tóxicos a partir da decomposição do fluoropolímero.

Acabamentos de superfície de.4.1.6 µm são alcançáveis em PT virgem PTFE com ferramentas de metal duro ou PCD afiado em velocidades de acabamento (400 80 fpm).As classes preenchidas tendem a produzir acabamentos mais ásperos devido à extração de partículas de enchimento Ra 1 expect Ra 1.6.2 µm em PTFE cheio de vidro sem polimento pós-usinagem.

PTFE vs PEEK vs Delrin: Quando escolher cada material

O material polimérico que é mais agradável para peças usinadas existe: PEEK e Acetal, vendidos como Delrin, fazem bons comparadores Escolher o plástico usinável mais apropriado envolve pesagem crítica de propriedades como resistência química, estabilidade dimensional, faixa de temperatura, atrito e usinabilidade.

Para aplicações onde tanto o baixo atrito quanto a alta estabilidade dimensional são desejados, incluindo graus de PTFE preenchidos (cheios de vidro ou cheios de carbono) pode funcionar como um compromisso barato De acordo com Pesquisa técnica da NASA, compósitos de PTFE preenchidos podem reduzir o coeficiente de expansão térmica por um fator de até 6× no coeficiente de expansão térmica versus PTFE virgem, aproximando-se do alumínio na estabilidade dimensional, mantendo grande parte das propriedades originais do PTFE.

Dicas de design para peças usinadas em PTFE

Projetar peças para usinagem de PTFE significa aceitar as características particulares do material antecipadamente, em vez de descobri-las no chão de fábrica O conselho a seguir refere-se a graus de PTFE virgens e preenchidos usinados a partir de formas de estoque de haste, folha, tubo, espaços em branco moldados.

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  Espessura mínima da parede: 1,5 mm (0,060 pol.). Paredes mais finas são propensas a fluência e deflexão, mesmo sob cargas de serviço leves.
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  Adicione estoque para ciclos de alívio de estresse. Se forem necessárias tolerâncias rigorosas, projete a peça bruta com 0,5 mm de lado de material extra para permitir sequências de acabamento áspero e recozido.
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  Evite bolsos profundos e estreitos. A flexibilidade do PTFE dificulta a fresagem de bolso profundo para usinar sem tagarelar As relações de aspecto além de 3:1 profundidade-largura exigem alimentações reduzidas e várias passagens.
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  Especifique as tolerâncias de forma realista. ±0,025 mm com recozimento; ±0,13 mm sem. Chamando para fora ±0,01 mm em PTFE conduz o custo sem adicionar o valor funcional na maioria de aplicações.
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  Projeto para a fixação clara. Evite recursos que exigem pressão de fixação pesada As peças planas podem ser mantidas com acessórios de vácuo ou fita adesiva de dupla face, em vez de grampos mecânicos.
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  Considere as notas de PTFE preenchidas quando a estabilidade dimensional importa mais do que a inércia química pura ou o atrito mínimo Os graus de PTFE cheios de vidro e de carbono reduzem a expansão térmica e a fluência ao custo de um atrito ligeiramente aumentado e de uma universalidade química reduzida.

Para projetos que exigem precisão Usinagem CNC PTFE, compartilhando seu arquivo cedo permite que a equipe de usinagem para sinalizar tolerância ou fixturing preocupações antes da produção começa (prevenindo retrabalho) que adiciona tanto o lead time.

Perguntas frequentes