Il poliossimetilene (POM), in quanto materiale plastico tecnico con eccellenti prestazioni globali, è ampiamente utilizzato nella produzione di parti di precisione grazie alla sua elevata resistenza meccanica, buona stabilità dimensionale e resistenza alla fatica. Tuttavia, che si tratti di fogli in POM o barre in POM, gli operatori spesso incontrano problemi tecnici impegnativi durante le operazioni di lavorazione, come tornitura, fresatura e foratura, ovvero l'incrudimento. Questo fenomeno non solo porta a una durezza anormalmente elevata sulla superficie lavorata del foglio POM (foglio di poliossimetilene) o dell'asta POM (asta di polietereterchetone), ma provoca anche un'usura accelerata dell'utensile, scheggiatura del pezzo e persino deviazioni dimensionali, incidendo gravemente sulla resa del prodotto finale. Comprendere le cause dell'incrudimento nelle lastre e nelle barre di poliacetale e padroneggiare strategie di soppressione efficaci sono prerequisiti cruciali per garantire una lavorazione efficiente e di alta qualità di questo materiale.
Il POM (poliossimetilene) è un tecnopolimero con eccellenti proprietà meccaniche, ma è effettivamente soggetto a "incrudimento" durante la lavorazione. Di seguito è riportata una spiegazione dettagliata delle sue cause e soluzioni.
Ⅰ . Che cos'è il POM "Indurimento del lavoro"?
Nei processi di lavorazione (come tornitura, fresatura, foratura e maschiatura), sotto la forza di taglio, la compressione e il calore di attrito dell'utensile da taglio, le catene molecolari in aree localizzate del materiale POM si riallineeranno e diventeranno più fitte, subendo anche cambiamenti localizzati nella cristallinità. Ciò porta ad un aumento della durezza e della fragilità in quelle aree, riducendo al contempo la tenacità.
Questo fenomeno è simile all'incrudimento dei metalli, causando difficoltà nelle lavorazioni successive, come ad esempio:
Maggiore usura dell'utensile: l'area indurita è "più dura", consumando il bordo dell'utensile.
Diminuzione della qualità della superficie: durante la lavorazione possono verificarsi scheggiature, microfessure o rugosità superficiale.
Mancanza di precisione dimensionale: il rilascio irregolare dello stress nel materiale porta alla deformazione.
Rischio di rottura dell'utensile: soprattutto durante la maschiatura o la lavorazione di fori profondi, una scarsa asportazione del truciolo aggrava il fenomeno dell'indurimento.
Ⅱ . Come si verifica l'incrudimento del lavoro?
Il motivo principale dell'incrudimento POM è l'effetto di accoppiamento di "calore" e "forza", che può essere riassunto come segue:
Accumulo di calore per attrito:
Il POM ha una scarsa conduttività termica. Il calore da attrito generato durante il taglio non può dissiparsi rapidamente e si accumula nel punto di contatto tra l'utensile e il materiale.
Questo aumento localizzato della temperatura provoca l'ammorbidimento del POM. Tuttavia, sotto la pressione continua dell'utensile e del raffreddamento (sia naturale che ad aria), il materiale ammorbidito si "disseta" rapidamente, ricristallizzandosi e formando una microstruttura più dura e fragile. Questa è la ragione principale.
Compressione e rettifica degli utensili:
Se l'utensile non è sufficientemente affilato o la velocità di avanzamento è troppo elevata, gli effetti di "compressione" e "aratura" dell'utensile sul materiale saranno maggiori degli effetti di "taglio".
Questa intensa deformazione plastica costringe le catene molecolari del POM ad essere fortemente orientate nella direzione dello stress, risultando in una disposizione più regolare e aumentando significativamente la durezza e la resistenza di quella regione.
Scarsa rimozione dei trucioli:
Durante la foratura o la maschiatura, se i trucioli non possono essere rimossi efficacemente, si accumulano all'interno del foro, sfregando costantemente contro la parete del foro e l'utensile da taglio, generando una grande quantità di calore e sfregando continuamente contro la superficie lavorata, provocando un grave indurimento della parete del foro.
Proprietà del materiale:
Il POM è una plastica altamente cristallina con una durezza intrinsecamente elevata e un certo grado di tenacità. La sua struttura molecolare lo rende incline all'indurimento dell'orientamento sotto stress di taglio e trazione.
Ⅲ. Come risolvere il problema dell'incrudimento del lavoro del POM?
Le soluzioni principali ruotano attorno alla "riduzione della generazione di calore", alla "dissipazione tempestiva del calore", al "mantenimento dell'affilatura dell'utensile" e all'"ottimizzazione dei parametri di lavorazione".
1. Selezione e manutenzione degli strumenti (la più critica)
Affilatura: è necessario utilizzare strumenti nuovi ed estremamente affilati. Il POM è molto sensibile all'usura degli utensili; anche una leggera smussatura dell'utensile porterà immediatamente ad un incrudimento dovuto all'estrusione.
Materiale: si consigliano utensili in carburo (carburo di tungsteno). È possibile utilizzare anche utensili in acciaio rapido (HSS), ma la loro affilatura è di breve durata.
Angoli geometrici: selezionare utensili con un ampio angolo di spoglia e taglienti finemente rettificati per garantire un taglio regolare e ridurre l'estrusione.
Rivestimenti: alcuni rivestimenti (come i rivestimenti diamantati) possono ridurre significativamente il coefficiente di attrito e ridurre la generazione di calore.
2. Ottimizzazione dei parametri di lavorazione
Velocità di centrifuga elevata, dimensioni ridotte dell'utensile, avanzamento rapido:
Elevata velocità di rotazione: l'aumento della velocità di taglio consente di portare via una maggiore quantità di calore di taglio dai trucioli anziché trasferirlo al pezzo in lavorazione.
Profondità di taglio ridotta: riduce la resistenza al taglio e minimizza la deformazione plastica.
Avanzamento rapido: Impedisce che l'utensile sfreghi nello stesso punto per troppo tempo. Tuttavia, l'avanzamento non deve essere troppo lento, altrimenti diventerà "macinato" invece di "tagliato", generando invece calore.
Evitare pause: durante la lavorazione, in particolare foratura e fresatura, l'utensile idealmente non dovrebbe fermarsi all'interno del materiale, altrimenti il calore si accumulerà rapidamente, causando in quel punto l'indurimento.
3. Raffreddamento e rimozione dei trucioli
Raffreddamento ad aria (consigliato): utilizzare aria compressa per il raffreddamento. Questo rimuove il calore e aiuta a rimuovere i trucioli, prevenendo l'attrito secondario. Non utilizzare mai fluidi da taglio a base di olio, poiché la maggior parte dei POM non è resistente agli oli minerali e può causare rigonfiamento del materiale o degrado delle prestazioni. Se è necessario utilizzare liquidi, è possibile utilizzare acqua o alcool, ma garantire un'asciugatura completa dopo la lavorazione.
Rimozione forzata dei trucioli: nella lavorazione di fori profondi e nella maschiatura, progettare percorsi di lavorazione che consentano all'utensile di ritrarsi periodicamente per rimuovere i trucioli (chiamato "beccata" o "rottura truciolo").
4. Altre tecniche
Lavorazione passo-passo: per le parti che richiedono alta precisione, è possibile eseguire prima la lavorazione di sgrossatura (sovrametallo) per rilasciare parte dello stress nel materiale, seguita dalla finitura dopo il raffreddamento.
Selezione del materiale: alcuni POM modificati (come i POM contenenti olio o i POM lubrificati internamente) possono mostrare lievi miglioramenti nella lavorabilità, ma il principio fondamentale rimane lo stesso.
L'essenza dell'incrudimento POM è la "ricristallizzazione termica" e l'"orientamento allo stress". La chiave per risolvere questo problema sta in:
Affilatura dell'utensile da taglio: un prerequisito è un utensile da taglio in metallo duro estremamente affilato.
Velocità di funzionamento: utilizzare una strategia ad alta velocità e ad alto avanzamento per ridurre il tempo di contatto.
Raffreddamento ad aria frequente: un buon raffreddamento ad aria e la rimozione dei trucioli sono essenziali per prevenire l'accumulo di calore.
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