Hướng dẫn chuyên gia về gia công chính xác của UHMW Polymers

Khi thiết kế các ròng rọc hiệu suất cao đòi hỏi khả năng chống mài mòn vượt trội, ma sát thấp và các đặc tính nhẹ, polyethylene trọng lượng phân tử cực cao (UHMWPE) thường nổi lên như một lựa chọn vật liệu lý tưởng. Tuy nhiên, các báo cáo rộng rãi về những khó khăn trong gia công của nó có thể khiến ngay cả các kỹ sư giàu kinh nghiệm cũng phải dừng lại. UHMWPE có thực sự khó gia công đến vậy không? Hướng dẫn toàn diện này sẽ xem xét các đặc tính gia công của UHMWPE và cung cấp các giải pháp khả thi để lựa chọn dụng cụ, thông số cắt và tối ưu hóa quy trình.

UHMWPE là một loại nhựa kỹ thuật nhiệt dẻo với các đặc tính hiệu suất vượt trội. Trọng lượng phân tử cực cao của nó mang lại khả năng chống mài mòn, độ bền va đập, tự bôi trơn và khả năng chống ăn mòn hóa học vượt trội, khiến nó trở nên lý tưởng cho vòng bi, thanh trượt, bánh răng và phớt.

Tuy nhiên, việc gia công UHMWPE đặt ra những thách thức riêng:

• Điểm nóng chảy thấp và độ dẫn nhiệt kém: Sự tích tụ nhiệt trong quá trình gia công có thể gây ra hiện tượng mềm vật liệu, biến dạng hoặc thậm chí nóng chảy, làm giảm độ chính xác và độ hoàn thiện bề mặt.
• Mô đun đàn hồi thấp: Độ cứng hạn chế của vật liệu dẫn đến biến dạng dưới lực cắt, dẫn đến sai số về kích thước.
• Độ dẻo cao: Tạo ra các phoi dài, liên tục có thể quấn quanh dụng cụ và phôi, tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn và làm giảm hiệu quả.

Việc lựa chọn dụng cụ phù hợp là rất quan trọng để gia công UHMWPE thành công:

• Vật liệu dụng cụ: Các dụng cụ thép gió (HSS) thường được khuyến nghị do độ bền và khả năng chống mài mòn của chúng. Các dụng cụ cacbua cũng có thể hiệu quả khi có các cạnh cắt sắc bén và tản nhiệt tốt.
• Hình học dụng cụ:
  • Góc trước dương lớn (10°-20°) làm giảm lực cắt và biến dạng vật liệu đồng thời cải thiện việc thoát phoi
  • Góc thoát lớn (8°-15°) giảm thiểu ma sát giữa dụng cụ và phôi và giảm nhiệt độ cắt
  • Duy trì các cạnh cắt sắc như dao cạo để ngăn chặn lực quá mức và độ nhám bề mặt
  • Không gian phoi rộng rãi ngăn chặn sự vướng víu của phoi xung quanh dụng cụ và phôi

Các thông số cắt tối ưu kiểm soát nhiệt độ, giảm thiểu biến dạng và tối đa hóa hiệu quả:

• Tốc độ cắt: 150-300 m/phút (tốc độ cao hơn làm giảm thời gian cắt và nhiệt độ)
• Tốc độ tiến dao: 0,05-0,15 mm/vòng (tốc độ tiến dao thấp hơn cải thiện độ hoàn thiện bề mặt)
• Chiều sâu cắt: 0,5-1,5 mm (cắt nông hơn làm giảm lực và nhiệt)
• Làm mát: Chất làm mát gốc nước hoặc khí nén kiểm soát nhiệt độ hiệu quả

Các chiến lược gia công bổ sung cho UHMWPE:

• Giữ phôi: Sử dụng lực kẹp phân bố đều với hàm mềm để ngăn ngừa biến dạng
• Khoan: Sử dụng mũi khoan sắc nhọn với tốc độ tiến dao giảm; hãy xem xét mũi khoan bậc hoặc doa để có lỗ chính xác
• Tiện: Thực hiện các bộ phận ngắt phoi hoặc loại bỏ phoi thường xuyên để ngăn chặn sự vướng víu
• Phay: Ưu tiên phay leo để giảm lực cắt
• Gỡ ba via: Sử dụng dao cạo sắc nhọn với áp suất được kiểm soát để loại bỏ ba via mềm
• Giãn nở nhiệt: Gia công trong môi trường kiểm soát nhiệt độ và cho phép hiệu chỉnh kích thước

Đối với các ứng dụng mà UHMWPE tỏ ra quá khó, hãy xem xét:

• POM (Delrin): Khả năng gia công tuyệt vời với độ cứng và khả năng kháng hóa chất tốt
• Nylon (PA): Độ bền và độ dẻo dai cao, mặc dù dễ bị hấp thụ độ ẩm
• Polycarbonate (PC): Độ bền và độ trong suốt cao, nhưng khả năng chống mài mòn hạn chế

Đối với ròng rọc UHMWPE có kích thước 80mm OD × 40mm ID × dày 20mm:

1. Chuẩn bị phôi UHMWPE lớn hơn một chút so với kích thước cuối cùng
2. Cắt thô bằng cưa vòng hoặc EDM dây
3. Tiện OD đến 80mm (200 m/phút, 0,1 mm/vòng, 1mm DOC)
4. Khoan ID đến 40mm (các thông số tương tự)
5. Đối diện với độ dày 20mm (200 m/phút, 0,1 mm/vòng, 0,5mm DOC)
6. Loại bỏ ba via bằng dao cạo sắc nhọn

Mặc dù UHMWPE đặt ra những thách thức gia công riêng biệt, nhưng việc lựa chọn dụng cụ phù hợp, các thông số được tối ưu hóa và các kỹ thuật thích hợp cho phép sản xuất thành công các bộ phận chất lượng cao. Các kỹ sư nên cẩn thận đánh giá các đặc tính xử lý của UHMWPE so với các yêu cầu của dự án, đồng thời xem xét các vật liệu thay thế khi cần thiết. Hướng dẫn kỹ thuật này cung cấp cho các nhà sản xuất kiến thức để khai thác hiệu quả các đặc tính vượt trội của UHMWPE đồng thời khắc phục những khó khăn trong gia công của nó.