Obróbka tworzyw konstrukcyjnych

Czym są tworzywa konstrukcyjne?

Tworzywami konstrukcyjnymi nazywamy grupę tworzyw sztucznych, które z uwagi na swoje właściwości mogą być wykorzystywane przy produkcji szeroko rozumianych konstrukcji lub ich elementów, przykładowo obiektów budowlanych, maszyn produkcyjnych, pojazdów mechanicznych. Istotne są przy tym zatem takie parametry jak: wytrzymałość mechaniczna, odporność na czynniki zewnętrzne (zużycie, chemikalia), stabilność wymiarowa, podatność na obróbkę (niżej: obróbka tworzyw konstrukcyjnych – wykorzystywane technologie).

Przy wyborze tworzyw konstrukcyjnych należy wziąć pod uwagę takie czynniki jak: wszelkie atesty i dopuszczenia, obciążenia mechaniczne, temperatura pracy, w jakiej będą używane, wymogi elektryczne, palność, odporność materiału na promieniowanie, kontakt ze środkami chemicznymi itd.

W wielu przypadkach tworzywa konstrukcyjne skutecznie mogą zastąpić metale bądź ceramikę. Ponadto często stanowią jedyną alternatywę w przypadku nietypowych zastosowań technicznych, co czyni je liderem innowacji w różnych obszarach przemysłu. Mieszanki i odmiany materiałów pozwalają na optymalizację charakterystyki produktów, dzięki czemu dostosować je można do różnorodnych zastosowań, charakteryzuje je szerokie spektrum właściwości i możliwości.

Konstrukcyjne tworzywa sztuczne można stosować stale w temperaturach pomiędzy 100^oC a 150^oC i ta grupa produktów nazywana bywa także technicznymi tworzywami termoplastycznymi.

Rodzaje tworzyw konstrukcyjnych.

Obróbka tworzyw konstrukcyjnych pozwala na przetwarzanie rozmaitych materiałów.

Powszechnie wykorzystywane tworzywa konstrukcyjne to między innymi:

• poliwęglan (PC)

Właściwości: duża sztywność, łatwość obróbki i formowania, transparentność, odporność na uderzenia.

• polipropylen (PP)

Właściwości: odporność na obecność wielu szkodliwych kwasów, nie przewodzi ciepła, nie jest szkodliwy dla ludzi.

• poliamid (PA, PA6, PA6G): ertalon, tarnamid, boramid

Właściwości: duża wytrzymałość mechaniczna, sztywność i twardość, odporność na substancje chemiczne, dobre właściwości ślizgowe, dobre właściwości elektroizolacyjne, dobra chłonność wody, zdolność tłumienia drgań.

• poliacetal (POM, POM C): ertacetal, delrin, boracetal, tecaform

Właściwości: wysoka sztywność, wytrzymałość, twardość powierzchni, mała ścieralność, dobre właściwości ślizgowe, odporność na pełzanie, wysoka stabilność wymiarowa, dobra sprężystość powrotna, odporność na czynniki chemiczne, nie rozpuszcza się i nie pęcznieje w rozpuszczalnikach, olejach mineralnych i paliwach.

• polietylen (PE): boralen, tecafine

Właściwości: odporność mechaniczna, niewielka wodochłonność, doskonałe właściwości ślizgowe, dobre właściwości skrawające, niewielka gęstość, lekkość.

• teflon (PTFE): tecaflon, boraflon

Właściwości: odporność na ścieranie i ślizganie, na związki chemiczne, stabilność wymiarowa, nietoksyczność.

• polieteroeteroketon (PEEK): ketron, tecapeek, borapeek

Właściwości: dobre właściwości mechaniczne i chemiczne, wysoka odporność i stabilność termiczna, odporność na zużycie i właściwości ślizgowe, wysoka czystość i niska emisja gazów.

• polisiarczek fenylenu (PPS)

Właściwości: dobre właściwości temperaturowe, wysoka odporność na czynniki chemiczne, nadzwyczajna stabilność wymiarowa, wysoka udarność z karbem, niewielka skłonność do pełzania, wysoka odporność na utlenianie, znikoma absorpcja wody, dobra odporność na promieniowanie i wpływ czynników atmosferycznych, znakomite właściwości dielektryczne, właściwości samogasnące.

• polisulfon fenylenu (PPSU)

Właściwości: udarność, odporność chemiczna, odporność na hydrolizę, mała wrażliwość na pęknięcia naprężeniowe, duża wytrzymałość, sztywność i twardość w szerokim zakresie temperatur, stabilność wymiarowa, odporność na pełzanie i odkształcenia plastyczne, odporność na działanie promieniowania rentgenowskiego, stabilne właściwości dielektryczne.

• polimer ciekłokrystaliczny (LCP)

Właściwości: dobre właściwości temperaturowe, wysoka odporność na czynniki chemiczne, nadzwyczajna stabilność wymiarowa.

• politereftalan butylenu (PBT)

Właściwości: wysoka wytrzymałość, sztywność i twardość, niska charakterystyka pełzania nawet w wysokich temperaturach, dobre właściwości ślizgowe i niskie zużycie cierne, odporność na kwasy, substancje żrące, chlor, uderzenia, ścieranie i zużycie, stabilność wymiarowa, dobre właściwości dielektryczne, brak odporności na hydrolizę i działanie wodnych roztworów alkalicznych.

• akrylonitryl-butadien-styren (ABS)

Właściwości: wysoka odporność na uderzenia, dobra zdolność płynięcia.

• polichlorek winylu (PVC)

Właściwości: odporność na korozję, działanie czynników atmosferycznych i chemicznych.

• politereftalan etylenu (PET)

Właściwości: duża gęstość, wysoka wytrzymałość, twardość i sztywność, niska absorpcja wilgoci, dobre parametry ślizgowe, optymalna zgrzewalność, przyczepność, odporność na hydrolizę, kwasy i na pełzanie.

• polifenylenoeter (PPE)

Właściwości: wysoka wytrzymałość zmęczeniowa, wysoka wartość parametrów mechanicznych w szerokim zakresie temperatur, dobra stabilność wymiarowa, znaczna odporność na pełzanie, wysoka odporność na hydrolizę oraz działanie kwasów i ługów, właściwości samogasnące, stosunkowo niewielka gęstość.

• poliester (PES)

Właściwości: sprężystość, odporność na zagniecenia, higrofobijność, wytrzymałość, plamoodporność, łatwopalność, lekkość.

• pleksi (PMMA)

Właściwości: przezroczystość i połysk, doskonałe właściwości optyczne, sztywność i stabilność wymiarowa, twardość i odporność na zarysowania, wyjątkowa odporność na promieniowanie UV oraz starzenie się pod wpływem warunków atmosferycznych.

• poliketon (PK)
  Właściwości: znakomita zdolność przywracania pierwotnego kształtu, wysoka zdolność utrzymania stabilności wymiarów, wysoka sztywność, znikoma chłonność wilgoci, dobre właściwości cierne i odporność na ścieranie, wysoka odporność na agresywne media chemiczne, zasady, smary, oleje, tłuszcze i kwasy o słabym stężeniu.

• poliftalamid (PPA)
  Właściwości: wysoka sztywność i wytrzymałość, niska zdolność do paczenia energii, dobra odporność chemiczna, dobra stabilność wymiarowa, niska absorpcja wody, odporność hydrolityczna, odporność na szoki obciążeniowe.

• tekstolit (TCF)
  Właściwości: dobre właściwości mechaniczne, dobra skrawalność, dobre właściwości cieplne i ślizgowe, niski współczynnik tarcia, odporność chemiczna, dobra stabilność wymiarowa, możliwość pracy w oleju i środowisku wilgotnym, łatwość obróbki.

• polifluorek winylidenu (PVDF)
  Właściwości: wysoka wytrzymałość mechaniczna, sztywność i odporność na pełzanie, znakomita odporność chemiczna na działanie mocnych kwasów i zasad oraz na hydrolizę, dobre właściwości ślizgowe i dobra odporność na ścieranie, dobre własności izolacyjne.

• poliamidoimid (PAI)
  Właściwości: dobre właściwości mechaniczne, dobra odporność na korozję zmęczeniową, duża udarność z karbem, dobre właściwości elektryczne, odporność na promieniowanie jonizujące, światło słoneczne, chemikalia, oleje, smary.

• polieteroimid (PEI)
  Właściwości: dobre właściwości mechaniczne, dobra odporność zmęczeniowa i chemiczna, dobre właściwości dielektryczne, odporność na hydrolizę, kwasy mineralne i roztwory soli, ograniczona odporność na ketony.
• polibenzimidazol (PBI)
  Właściwości: zachowanie wytrzymałości mechanicznej oraz sztywności w szerokim zakresie temperatur, doskonała odporność na ścieranie oraz niski współczynnik tarcia, wyjątkowo niski współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej, doskonała odporność na promieniowanie wysokoenergetyczne, niska palność, wysoka czystość.

• politereftalan butylenu (PBT)
  Właściwości: wysoka wytrzymałość i sztywność, stabilność wymiarowa, mała tendencja do pełzania, dobra odporność na ścieranie i zużycie oraz uderzenia, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej, odporność chemiczna na kwasy, chlor, substancje żrące, dobra charakterystyka elektryczna, niska absorpcja wilgoci, dobra przyczepność i zgrzewalność.

• szkło epoksydowe
  Właściwości: wysoka wytrzymałość mechaniczna, temperatura pracy ciągłej 180^oC, wysoka odporność na łuk elektryczny i prądy pełzające, dobre właściwości dielektryczne, możliwość pracy w olejach, smarach, wodzie i parze wodnej, niska chłonność wody, odporność na procesy starzenia.

Właściwości tworzyw konstrukcyjnych.

Tworzywa konstrukcyjne, na tle innych materiałów stosowanych w przemyśle, wyróżniają się korzystnymi parametrami mechanicznymi i cieplnymi oraz niskim ciężarem właściwym. Cenione są za wytrzymałość, trwałość, stabilność wymiarową, odporność na korozję, ścieranie, środki chemiczne, termoplastyczność, amortyzację i redukcję hałasu. Można je barwić i formować. Wprowadzenie do tworzywa tzw. antypirenów pozwala zmniejszyć ich palność. Parametry różnią się naturalnie w zależności od materiału.

Jakie technologie wykorzystujemy do obróbki tworzyw konstrukcyjnych?

Obróbka tworzyw konstrukcyjnych i jej zakres obejmuje między innymi takie operacje technologiczne jak: cięcie, frezowanie, toczenie i wytaczanie, wiercenie i rozwiercanie. W większości przypadków obróbka tworzyw konstrukcyjnych przeprowadzana może być na maszynach przeznaczonych do metalu bądź drewna. W niektórych przypadkach, jak obróbka tworzyw z włóknem szklanym, wymagane będzie zastosowanie specjalnych narzędzi (noży, frezów).

Wytwarzanie części z tworzyw jest mniej czasochłonne i energochłonne niż produkcja części z metalu.

Cięcie tworzyw konstrukcyjnych.

Podczas cięcia tworzyw konstrukcyjnych należy zagwarantować optymalne odprowadzenie wiórów, zastosować w miarę wysoką prędkość cięcia i zadbać o odpowiednie narzędzia z ostro wyszlifowanymi krawędziami tnącymi.

Frezowanie tworzyw konstrukcyjnych.

Frezowanie CNC pozwala na kształtowanie płaszczyzn i powierzchni krzywoliniowych. Zachowywanie odpowiednich parametrów (np. wysokie prędkości skrawania i średnie posuwy) pozwala osiągać wysoką wydajność skrawania. Frezowanie sprawdza się w przypadku detali, które muszą mieć wysoką jakość, dokładność i powtarzalność.

Toczenie tworzyw konstrukcyjnych. Wytaczanie tworzyw konstrukcyjnych.

Toczenie i wytaczanie pozwalają obrabiać obrotowe powierzchnie zewnętrzne i wewnętrzne. Ze względu na fakt, że toczenie większości tworzyw wiąże się z powstawaniem wiórów wstążkowych (płynących), należy przy tym zadbać o dobre odprowadzanie wiórów, aby nie zakłócały one pracy tokarki, obracając się wraz z częścią toczoną. Ponadto z uwagi na niewielką sztywność tworzywa przy dłuższych elementach rodzić się może zagrożenie zwisu, dlatego może istnieć konieczność zastosowania dodatkowej podtrzymki.

Wiercenie tworzyw konstrukcyjnych. Rozwiercanie tworzyw konstrukcyjnych.

Wiercenie jest procesem pozwalającym na wykonywanie otworów, z kolei rozwiercanie wiąże się z powiększaniem otworów walcowych. Przy wierceniu tworzyw konstrukcyjnych stosowane mogą być zwykłej jakości wiertła ze stali szybkotnącej o podwyższonej wydajności skrawania. Przy wykonywaniu głębokich wierceń należy zadbać o odpowiednie odprowadzenie wiórów, co zapobiegać będzie przegrzaniu tworzywa na ścianie wiercenia aż do temperatury topnienia i zatarcia wiertła. W przypadku wyrobów cienkościennych warto rozważyć użycie wysokiej prędkości skrawania i naturalnego kąta natarcia narzędzia skrawającego – pomoże to uniknąć zaklinowania się wiertła w obrabianym przedmiocie i uszkodzenia elementu obrabianego.

Obróbka tworzyw konstrukcyjnych? Zapraszamy do współpracy!