Directrices de mecanizado de plásticos técnicos

Transcripción

Productos
semielaborados
Directrices de mecanizado
de plásticos técnicos
Índice
4
5
6
6
Mecanizado de plásticos
Diferencias entre el plástico y el metal
¿Cómo afecta el proceso de extrusión en el mecanizado?
Herramientas y maquinaria para el mecanizado de productos plásticos
7
8
9
9
10
11
11
12
13
15
Mecanizado por arranque de viruta
Aserrado
Torneado
Fresado
Taladros
Tallado de rosca
Cepillado / Regruesado
Rectificado
Calidad de acabado superficial, postmecanizado y desbarbado
Recomendaciones para el mecanizado por arranque de viruta
16
Entrevista: Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH
18
Refrigerantes y lubricantes refrigerantes
19
20
21
Recocido
Modificación morfológica y post-contracción
Estabilidad dimensional
22
22
22
23
23
23
24
25
Gama de productos y características del material
TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECAPEEK
TECAST T, TECAMID 6, TECAMID 66
TECANAT, TECASON, TECAPEI
Materiales TECA con contenido de PTFE
TECASINT
Materiales TECA reforzados con fibra de vidrio
Particularidades del TECATEC
26
26
26
27
Defectos del mecanizado
Tronzado y aserrado
Torneado y fresado
Taladro
Clasificación de los plásticos
PI
Plásticos para altas
temperaturas
300 °C
PAI
PEKEKK
PEEK, PEK
LCP, PP
PES, PPSU PTFE S
, PFA
PEI, PSU ETFE
, PCTFE
PPP, PC-HT PV
DF
Plásticos de
ingeniería
PC
PA 6-3-T
Plásticos
estándar
PA 46
PET, PBT
PA 66
PA 6, PA 11,
PA 12
POM
PMP
PPE mo
d.
PMMA
PP
PE
PS, ABS
, SAN
Amorfos
Semicristalinos
Designación
del polímero
Nombre
Ensinger
Nombre
del polímero
PI
TECASINT
Poliimida
PEEK
TECAPEEK
Polieteretercetona
PPS
TECATRON
Sulfuro de polifenileno
PPSU
TECASON P
Polifenilsulfona
PES
TECASON E
Polietersulfona
PEI
TECAPEI
Polieterimida
PSU
TECASON S
Polisulfona
PTFE
TECAFLON PTFE
Politetrafluoroetileno
PVDF
TECAFLON PVDF
Fluoruro de polivinilideno
PA 6 C
TECAST T
Poliamida 6 de colada
PA 66
TECAMID 66
Poliamida 66
PA 6
TECAMID 6
Poliamida 6
PC
TECANAT
Policarbonato (transparente)
PBT
TECADUR PBT
Tereftalato de polibutileno
PET
TECAPET
Tereftalato de polietileno
PPE
TECANYL
Polifeniléter
POM-C
TECAFORM AH
Copolímero de polioximetileno
POM-H
TECAFORM AD
Homopolímero de polioximetileno
PMP
TECAFINE PMP
Polimetilpenteno (transparente)
150 °C
100 °C
Temperatura de
servicio continuo
Mecanizado de plásticos
Gracias al mecanizado por arranque de viruta se pueden fabricar piezas de plástico funcionales, dimensionalmente
estables y de larga vida útil. El término general "Mecanizado de plásticos" sugiere que todos los plásticos pueden mecanizarse con los mismos parámetros y herramientas. Sin
embargo, al igual que los metales, en los plásticos se diferencian distintos grupos de materiales según sus propiedades durante el proceso de mecanizado.
4
Las propiedades específicas de cada plástico influyen de
manera determinante en su mecanizabilidad. Los plásticos
se subdividen en los siguientes grupos:
ˌˌTermoplásticos amorfos
P. ej., TECASON, TECAPEI, TECANAT
ˌˌTermoplásticos semicristalinos
P. ej., TECAFORM, TECAPET, TECAPEEK
ˌˌTermoplásticos reforzados con fibra de vidrio
P. ej., TECAPEEK PVX, TECAMID 6 GF30,
TECAMID 66 CF20, TECADUR PBT GF30
ˌˌTermoplásticos reforzados con tejidos
P. ej., TECATEC PEEK CW50
ˌˌTermoplásticos modificados con PTFE
P. ej., TECAPET TF, TECAPEEK TF10 azul
Diferencias entre el plástico
y el metal
Comparado con los metales, los plásticos presentan numerosas ventajas aunque también algunas limitaciones. Por
norma, se recomienda utilizar plástico en aquellas aplicaciones en las cuales se exige una relación favorable entre
peso y resistencia mecánica.
El plástico es una muy buena solución cuando se exigen
entre dos o tres de las características mencionadas a continuación. En algunas ocasiones quizás se deba realizarse un
rediseño de la pieza para poder aprovechar las ventajas de
los plásticos a la hora de emplearlos como sustitutos de
otros materiales.
pVentajas frente al metal
ˌˌBaja densidad
ˌˌBuena absorción de ruidos y vibraciones
ˌˌAislamiento eléctrico o conductividad configurable
ˌˌBuena resistencia química
ˌˌAlta libertad de diseño
ˌˌPermeabilidad a las ondas electromagnéticas
ˌˌExcelente resistencia a la corrosión
ˌˌAislamiento térmico
ˌˌPueden realizarse modificaciones específicas
en la composición química para cada aplicación
qLimitaciones en comparación con el metal
ˌˌMenor estabilidad térmica
ˌˌMayor dilatación térmica
ˌˌPropiedades mecánicas inferiores
ˌˌMenor vida útil
Las ventajas y desventajas de los plásticos frente a los metales arriba mencionadas deben tenerse en cuenta especialmente durante el mecanizado.
sImportante
ˌˌBuen aislamiento térmico
ˌˌBaja conductividad térmica: El calor no se evacua
de la misma manera que en los metales, se disipa
más lentamente y queda retenido en el material
ˌˌMayor dilatación térmica que los metales
ˌˌTener una buena fijación y apoyo del plástico
durante el mecanizado
sPosibles consecuencias si no se presta atención
ˌˌLa aportación de una cantidad excesiva de calor a la
pieza puede llevar a una liberación muy rápida de las
tensiones y, consecuentemente, provocar un alabeo o
rotura
ˌˌUna aportación térmica excesiva provoca la dilatación
del plástico. Esto puede hacer que en determinadas
circunstancias, no se pueda respetar las tolerancias
exigidas en la pieza mecanizada
ˌˌUna fijación inadecuada de la pieza puede provocar
deformaciones e incluso grietas durante el mecanizado
uRecomendaciones
ˌˌAsegurar una buena evacuación del calor, intentando
siempre que sea a través de la viruta
ˌˌAsegurar una buena fijación del material
Para cada termoplástico deben determinarse las herramientas y parámetros óptimos para el mecanizado por
arranque de viruta. Sólo de este modo se podrá lograr unas
piezas perfectas. En las páginas a continuación encontrará
información detallada para el mecanizado de los diferentes
tipos de plástico.
5
¿Cómo afecta el proceso de
extrusión en el mecanizado?
Herramientas y maquinaria
para el mecanizado de
productos plásticos
Los procesos de fabricación, en especial la extrusión de productos semielaborados, tienen un fuerte impacto en las
propiedades y mecanizabilidad del material.
Para el proceso de mecanizado de productos semielaborados plásticos se puede utilizar maquinaria típica para mecanizar madera y metal con herramientas de acero rápido
(HSS).
Tanto el PTFE como las poliimidas se fabrican mediante el
moldeo por compresión y el sinterizado. Los demás termoplásticos semielaborados se fabrican mediante la extrusión.
En este proceso de conformado, el material se funde y es
comprimido a través de un tornillo sin fin y homogeneizado. Mediante una presión ascendente – y con la ayuda de un
herramienta adecuada – el semielaborado va tomando su
forma: plancha, barra o barra perforadas.
Influencias de la extrusión
ˌˌCreación de tensiones internas
ˌˌLas fibras del material se orientan fuertemente en la
dirección de la extrusión
Ensinger ofrece una amplia cartera de productos semielaborados de plásticos estándar, plásticos de ingeniería y de
plásticos para altas temperaturas.
Las herramientas con un ángulo de corte típico para aluminio son adecuadas. Pero en Ensinger recomendamos utilizar herramientas especiales para plástico con un ángulo
bien pronunciado.
Las herramientas de acero templado no se deberían utilizar
en plásticos reforzados con fibras debido a los cortos tiempos de espera y al elevado tiempo de trabajo (problemas de
evacuación de calor). En estos casos, se recomienda las herramientas de carburo de tungsteno, cerámica o con puntas
de diamante.
uRecomendaciones
ˌˌUtilizar herramientas específicas para plástico
ˌˌTener una geometría de corte adecuada
ˌˌHerramientas muy afiladas
Tensiones internas
La presión resultante en la extrusión produce un flujo de la
masa de plástico fundido y crea en el material un estado de
tensión a cizalladura. El material semielaborado ya fabricado va enfriándose lentamente desde las capas exteriores
hasta el centro. La baja conductividad térmica de los plásticos provoca diferentes velocidades de enfriamiento por lo
que, mientras la capa exterior se ha solidificado, la parte
central del material todavía sigue estando en estado ‘líquido’. Los plásticos al pasar de un estado líquido a un estado
sólido suelen sufrir una contracción de volumen. Durante
la fase de enfriamiento, las capas exteriores del material ya
rígidas dificultan esta contracción en la parte central.
Influencias del proceso de fabricación
ˌˌLas tensiones internas (en el centro) debidas al proceso
tecnológico
ˌˌ Los productos semielaborados son difíciles de mecanizar:
hhExiste un alto riesgo de desgarre y rotura del material
Posibles soluciones
�Tratamiento térmico (recocido) específico para cada
material para minimizar tensiones (� Pag. 19)
6
Enfriamiento más rápido en
las capas exteriores
Creación de tensiones
en la parte central
Mecanizado por arranque de viruta
El mecanizado por arranque de viruta (definido según la
DIN 8580) es la manera más rápida y económica de fabricar
piezas muy precisas, sobre todo series pequeñas y medias.
Se puede llegar a obtener tolerancias muy ajustadas siempre
y cuando se empleen los parámetros adecuados.
Ensinger en sí tiene varias décadas de experiencia en el mecanizado por arranque de viruta de plásticos técnicos. Este
know-how nos permite fabricar componentes con una alta
precisión con todo tipo de plástico. Nos complace poder
ayudarle con toda esta información sobre el procesado de
los productos plásticos semielaborados.
7
Aserrado
Sierras circulares
ˌˌSon adecuadas fundamentalmente para corte a medida
de placas con cantos cortados rectos
ˌˌLas sierras circulares pueden utilizarse, si se dispone
de un accionamiento adecuado, para cortes rectos de
placas con espesores de hasta 100 mm
ˌˌLas hojas de sierra deben ser de metal duro
ˌˌEmplear una velocidad de avance suficientemente
elevado y ajustes adecuados:
hhAsegura una buena evacuación de la viruta
hhEvita el bloqueo de la hoja de sierra
hhEvita los sobrecalentamientos del plástico
hhAsegura una buena calidad de las aristas de corte
¿Cuáles son los mejores métodos para cortar
plásticos a medida?
Los plásticos se pueden cortar tanto con una sierra de cinta
como con una circular. La elección dependerá del formato
del producto semielaborado. Por regla general, el mayor peligro es la generación excesiva de calor que produce la herramienta. Por este motivo, para cada formato y cada material debe utilizarse una hoja de sierra adecuada.
Sierras de cinta
ˌˌSon especialmente idóneas para el corte a medida
de barras redondas y barras perforadas
ˌˌSe recomienda utilizar cuñas de apoyo
ˌˌDeben utilizarse hojas de sierra muy afiladas:
hhBuena evacuación de la viruta
hhEvita un rozamiento elevado entre la hoja y el
material y por lo tanto una generación excesiva
de calor
hhEvita el bloqueo de la hoja de sierra
pVentajas:
ˌˌEl calor que se genera durante el aserrado se evacua
satisfactoriamente a través de la larga hoja de la sierra
ˌˌLas sierras de cinta pueden utilizarse de manera muy
versátil para cortes rectos, continuos o irregulares
ˌˌBuena calidad de las aristas de corte
uRecomendaciones
ˌˌUso de un dispositivo de fijación adecuado:
hhSe evita las vibraciones y los cantos cortados
con imperfecciones que éstas provocan,
además de una posible rotura
ˌˌCortar en caliente materiales de alta resistencia
y reforzados con fibra de vidrio (precalentamiento
a 80 – 120 °C)
ˌˌLas hojas de sierra de carburo de wolframio son
resistentes al desgaste y ofrecen una calidad de
acabado superficial óptima
Sägen
t
α
α Ángulo de incidencia [°]
γ Ángulo de arranque [°]
t Paso entre dientes [mm]
γ
Bohren
En el aserrado de plásticos, asegurarse de utilizar unas
γ
hojas de sierra afiladas correctamente.
φ
α
φ
Fräsen
α
γ
8
A destacar
β
Torneado
Fresado
Los plásticos pueden mecanizarse en tornos habituales. Sin
embargo, para obtener unos resultados óptimos deben utilizarse herramientas especiales para plásticos.
Los plásticos se pueden fresar en los centros de mecanizado habituales. Se debe utilizar herramientas con un espacio
en la herramienta suficientemente grande para la evacuación de la viruta con el fin de evitar una acumulación excesiva de calor.
Herramientas
ˌˌUtilizar herramientas con radios pequeños de corte
ˌˌCuchilla de filo amplio y fino
ˌˌGeometría de cuchilla especial para el tronzado
ˌˌHerramientas con forma semejante a una cuchilla
para materiales flexibles
ˌˌUna geometría de la plaquita favorable para
la evacuación de la viruta
ˌˌPerímetros rectificados y superficies pulidas
pVentajas:
ˌˌSuperficie sin estrías
ˌˌReduce la acumulación de material sobre
la plaquita de corte
uRecomendaciones
ˌˌSeleccionar una velocidad de corte elevada
ˌˌSeleccionar una profundidad de arranque
de viruta de al menos 0,5 mm
ˌˌUtilizar aire comprimido con refrigerante
ˌˌFijar bien el material debido a la baja rigidez
de los plásticos:
hhEstabilización de la pieza
hhEvita la deformación de la pieza
pVentajas:
ˌˌBuena refrigeración del materials
ˌˌSe elimina el flujo de viruta que se origina
en algunos plásticos
Una superficie pulida y afilada
evita la acumulación de viruta
Corte
Plaquita
Herramientas
ˌˌIdóneas para termoplásticos
hhFresa de disco
hhFresa de plana
hhFresa cilíndrica
hhFresa tangencial
hhFresa perfilada
pVentajas:
hhAlto rendimiento en el corte
hhAlta calidad en el acabado superficial y al mismo
tiempo una buena evacuación de la viruta
uRecomendaciones
ˌˌVelocidad de corte alta y de avance media
ˌˌAsegurar una buena fijación del material:
hhCon un movimiento de traslación rápido y una alta
velocidad de giro del husillo puede lograrse un buen
acabado superficial
ˌˌLas piezas delgadas pueden sujetarse a la mesa de
fresado mediante un dispositivo de aspiración o con
cinta adhesiva por ambos lados
ˌˌPara superficies planas, el fresado frontal resulta más
rentable que el fresado tangencial
ˌˌEn el fresado tangencial, las herramientas no deberían
tener más de dos labios, así se disminuyen las
vibraciones producidas por un mayor número de labios
y se facilita la salida de viruta
Cómo se puede conseguir una mejor
calidad superficial mediante el fresado
ˌˌPara el fresado de superficies, seleccionar un ángulo
de arranque de la viruta bajo
ˌˌPara un mayor rendimiento en el corte y calidad de
acabado superficial óptimo se han de utilizar herramientas de un solo
ˌˌEs preferible el fresado en contra del avance frente
al fresado convencional
9
Taladros
Para el taladrado de piezas de plástico debe elegirse un procedimiento apto para plásticos con el fin de evitar defectos.
En caso contrario existe peligro de desgarramiento, grietas,
sobrecalentamientos o desviaciones dimensionales de los
agujeros.
Durante el proceso de taladro del plástico es muy importante tener en cuenta la baja conductividad térmica del material. Esto puede causar que los plásticos (en especial los semicristalinos) puedan generar un exceso de calor durante
este tipo de operación de mecanizado, en especial en los
que la profundidad del agujero es mayor al doble que su
diámetro. Esto puede causar un manchado y deformación
en la parte interior del material provocando unas tensiones
internas a compresión (en especial en los agujeros situados
en el centro de las barras). Estas tensiones si son lo suficientemente altas pueden provocar el alabeo, distorsión o
incluso un agrietamiento y fractura de la pieza. Estos efectos se pueden evitar con la selección del método adecuado
para procesar este tipo de material.
Perfil de las tensiones
con una broca desafilada
Perfil de las tensiones
con una broca afilada
Herramientas
ˌˌEn la mayoría de los casos bastan unas brocas
de acero rápido superior o de metal duro
comerciales bien afiladas
ˌˌUtilizar brocas con margen reducido:
hhReducción del rozamiento y se reduce
la acumulación de calor
uRecomendaciones
ˌˌUso de lubricantes refrigerantes
ˌˌExtraer frecuentemente la broca:
hhExtracción de la viruta
hhRefrigeración adicional
ˌˌEvitar la alimentación manual:
hhSe asegura que la broca no se enganche
hhSe evita la formación de grietas
10
uRecomendaciones para el taladro
de agujeros de diámetro pequeño ( < 25 mm)
ˌˌSe recomienda el uso de brocas de acero rápido (HSS)
ˌˌUso de una broca helicoidal con un ángulo de espiral
de 12 – 25°:
hhRanuras helicoidales muy lisas
hhFavorece la evacuación de la viruta
ˌˌExtracción frecuente de la broca:
hhMejor extracción de la viruta y evitación
de la acumulación de calor
ˌˌEn piezas de paredes finas se recomienda:
hhVelocidad de corte elevada
hhEn este caso, elegir un ángulo de arranque neutro
(0 °), con lo cual se evita el enganche de la broca
dentro de la pieza y, por tanto, el desgarre del agujero
taladrado o bien que la broca tire de la pieza hacia
arriba
uRecomendaciones para el taladro
de agujeros de diámetro grande ( > 25 mm)
ˌˌEjecutar un pretaladrado
ˌˌNo realizar pretaladrados de diámetro superior a 25 mm
ˌˌA continuación, ejecutar el taladro final con una
cuchilla para torneado de interiores
ˌˌLos agujeros en la sección perpendicular de las barras
deben de hacerse únicamente desde un lado:
hhPara evitar tensiones internas no deseadas que
puedan llevar a cabo un fallo por agrietamiento del
material
ˌˌEn casos extremos, en materiales reforzados se recomienda ejecutar el taladrado en una pieza precalentada
a aprox. 120 °C (tiempo de calentamiento aprox. 1 hora
por cada 10 mm de sección)
hhEl taladro final, debido a la precisión dimensional, se
realiza después de enfriar por completo la pieza bruta
A destacar
En los taladros, asegurarse de utilizar brocas bien
afiladas. Además no debe ejercerse una presión
excesivamente elevada.
beln
Tallado de rosca
Cepillado / Regruesado
En los plásticos técnicos, la mejor manera de tallar roscas
es mediante un peine de roscado en roscas exteriores o mediante fresado en roscas interiores.
El cepillado y el regruesado son métodos de fabricación por
arranque de viruta con un filo geométricamente definido
para la producción de superficies planas, ranuras o perfiles.
Herramientas
Mientras en el cepillado se produce un arranque rectilíneo
de material a lo largo de la superficie mediante una cuchilla
de cepillado en el regruesado, el mecanizado de la superficie se realiza con un cabezal portacuchillas. Ambos métodos son adecuados para producir superficies planas y/o
uniformes en productos semielaborados. La diferencia
principal entre ambos está en que se obtiene un acabado
superficial distinto (estructura superficial, brillo).
ˌˌUso de peines de roscar.
ˌˌLa formación de rebabas se puede evitar con peines
de dos dientes
ˌˌOtros sistemas no son recomendables ya que en el
retroceso podría producirse otro corte
uRecomendaciones
ˌˌPara la perforación de las roscas normalmente se
debe prever la relación entre material y diámetro
(valor orientativo: 0,1 mm)
ˌˌNo seleccionar avances excesivamente elevados
para evitar un aplastamiento de la rosca
Fräshobeln
Superficie fresada
Fresado
El cepillado y el regruesado en Ensinger
ˌˌEnsinger puede ofrecer productos semielaborados tanto
cepillados como regruesados a través del servicio de
corte a medida
ˌˌEl mecanizado de placas de > 600 mm puede realizarse
únicamente por el método de regruesado
ˌˌLas placas de < 600 mm pueden mecanizarse por ambos
métodos
ˌˌLas piezas pequeñas cortadas únicamente se cepillan
HobelnSuperficie regruesada
Hobeln
Regruesado
11
Rectificado
Sägen
En el rectificado, mediante la interacción de los movimientos de corte y de la pieza, la alimentación de la herramienta
y del avance se produce un arranque de viruta continuo en
las superficies que se deseen mecanizar. El resultado del
rectificado se ve influenciado por:
ˌˌRectificadora
ˌˌLa herramienta utilizada
ˌˌLos parámetros de trabajo
ˌˌEl material a mecanizar
ˌˌLa redondez / linealidad del producto semielaborado
Los parámetros de trabajo especialmente decisivos son:
ˌˌVelocidad de corte
ˌˌVelocidad de avance
ˌˌAlimentación de la herramienta
ˌˌAvance transversal
12
Ho
Gracias al ajuste óptimo de la máquina y a la elección de
parámetros adecuados para el material correspondiente
puede lograrse una buena calidad de acabado superficial
con una mínima rugosidad superficial, tolerancias de diámetro hasta h9, redondez y linealidad.
Rectificado en Ensinger
Podemos ofrecer barras redondas calibradas a través de
nuestro servicio de corte a medida. Gracias a la alta calidad
de acabado superficial y a unas tolerancias ajustadas se
puede postmecanizar con muy buenos resultados.
Schleifen
Fo
Calidad de acabado superficial,
postmecanizado y desbarbado
Para lograr una buena calidad de acabado superficial deben
tenerse presentes las siguientes indicaciones:
Herramientas
ˌˌDeben utilizarse herramientas adecuadas para plástico
ˌˌLas herramientas deben estar siempre afiladas y lisas
(filo de corte afilado). Unas cuchillas desafiladas pueden
provocar un fuerte sobrecalentamiento, lo cual puede
dar lugar a un alabeo y/o dilatación térmica de la pieza
ˌˌLas herramientas deben presentar una separación
suficiente de tal manera que sólo entra un filo de corte
en el plástico
Máquina de mecanizado
ˌˌPueden obtenerse unas superficies de alta calidad si la
máquina funciona con pocas vibraciones
Material
ˌˌUtilizar material que haya sido sometido a un recocido
(por regla general, los productos semielaborados de
Ensinger han sido sometidos a tal tratamiento térmico)
ˌˌTener en cuenta siempre las propiedades de los
plásticos (dilatación térmica lineal, baja resistencia
mecánica, mal conductividad del calor)
ˌˌDebido a la poca rigidez del material, debe apoyarse
suficientemente la pieza y a ser posible en su totalidad
para evitar las desviaciones y deformaciones
Refrigeración
ˌˌUso de lubricantes refrigerantes para aquellas
operaciones en las cuales se generen grandes
cantidades de calor (p. ej., taladrado)
ˌˌUtilizar lubricantes refrigerantes adecuados
uRecomendaciones
ˌˌLas presiones ejercidas durante la fijación no deben
ser excesivamente altas ya que, de lo contrario, la pieza
puede sufrir deformaciones o se pueden dejar huellas
en élla tras el mecanizado
ˌˌElegir unos parámetros adecuados para la operación
de mecanizado (� Pag. 15)
ˌˌEmplear velocidades de avance media-alta durante el
mecanizado
ˌˌElegir velocidades de corte elevadas
ˌˌDebe garantizarse una buena evacuación de la viruta
para así evitar una obturación de las herramientas y
no generar un sobrecalentamiento
ˌˌAsegurarse de que el arranque de viruta sea uniforme
por todos los lados con el fin de evitar un alabeo de la
pieza
13
Desbarbado
Tras el fresado, rectificado, taladro, torneado o grabado, generalmente permanece en las superficies de la pieza y en
las aristas una pequeña cantidad del material mecanizado.
Estas rebabas influyen negativamente en la calidad de acabado superficial de la pieza. La formación de rebabas en los
materiales plásticos depende de diferentes parámetros.
Métodos habituales para el desbarbado
en plásticos técnicos
Desbarbado manual
ˌˌMétodo de desbarbado más usual
ˌˌFlexible, pero requiere mucho trabajo
ˌˌSimultáneamente se realiza la inspección
visual de la pieza mecanizada
Herramienta
ˌˌElección de una herramienta específica para el material
ˌˌEstado de la herramienta:
hhLas herramientas desafiladas provocan una mayor
generación de calor y la formación de una mayor
cantidad de rebaba
Material
ˌˌEl plástico es un mal conductor del calor:
hhIncremento de la temperatura del material,
reducción de la rigidez y de la dureza
hhFusión de la rebaba
ˌˌLos plásticos “blandos” o más tenaces como el
PE, PTFE, PA, etc. tienden a formar más rebabas;
sin embargo, los más rígidos como el PEEK, PPS,
materiales reforzados con fibras no
Parámetros de mecanizado
ˌˌVelocidad de corte:
hhUna velocidad de avance y corte elevadas
conducen a temperaturas más elevadas
hhFormación de un mayor número de rebabas
ˌˌAsegurar una refrigeración adecuada
Por los motivos mencionados es importante elegir para
cada material la herramienta adecuada y determinar los parámetros idóneos para obtener unas superficies y aristas
óptimas y sin rebabas.
Desbarbado por chorreado
Proyección de producto abrasivo a alta presión sobre la
superficie de la pieza mecanizada; los métodos de chorreado
más utilizados son el chorreado de arena, con bolas de
vidrio, con soda, con hielo seco o con cáscaras de nuez.
ˌˌTambién es un método para el acabado superficial:
hhAlisado
hhRaspado
hhEliminación de impurezas
Desbarbado criogénico
Eliminación de rebabas a temperaturas en torno a -195 °C
mediante un chorreado o un agitador
ˌˌRefrigerantes más usuales: oxígeno líquido, dióxido de
carbono líquido, hielo seco
ˌˌLas temperaturas bajas provocan un endurecimiento y
fragilización del material
Desbarbado a la llama
Desbarbado mediante una llama
ˌˌPeligro: La pieza puede resultar dañada por un exceso
de calor
Desbarbado por aire caliente
Fusión de las rebabas por influencia del calor
ˌˌMétodo muy seguro y fácil de controlar
ˌˌSe evitan daños o alabeos de la pieza cuando se
manipula del proceso adecuada para el material
Desbarbado por infrarrojos
El proceso es semejante al desbarbado por aire caliente, utilizándose una fuente térmica de infrarrojos en lugar del
aire caliente
Trovalizado / Desbarbado por vibración
Tratamiento de las piezas junto con cuerpos abrasivos en
vibradores / rotadores
14
Sägen
Directrices para el mecanizado por arranque de viruta
t
α
γ
Aserrado
γ
Sägen
β
t Paso entre dientes [mm]
t
α
Bohren
Fresado
Sägen
β Ángulo de espiral [°]
φ
φ Ángulo de ajuste [°]
t
α
γ
γ
α
φ
Ángulo de Ángulo de
incidencia arranque
Velocidad Paso entre
de corte
dientes
TECAFINE PE, PP
20 – 30
2 – 5
500
3 – 8
TECAFINE PMP
20 – 30
2 – 5
500
3 – 8
Bohren
2 – 8
Sägen
TECARAN ABS
15 – 30
0 – 5
300
TECANYL
15 – 30
5 – 8
TECAFORM AD, AH
20 – 30
α
t
γ 0 – 5
300
TECAMID, TECARIM, TECAST
20 – 30
TECADUR/TECAPET
β
Número
Ángulo
Ángulo
de dientes de espiral de ajuste
Z2
25
90
Z2 α
Z2
25
90
25
90
γ
3 – 8
β Z2
25
90
500 – 800
2 – 5
Z2
25
90
2 – 5
500
φ
3 – 8
Z2
25
90
15 – 30
5 – 8
300
3 – 8
Z2
25
90
TECANAT
φ
15 – 30
5 – 8
300
3 – 8
Z2
25
α 90
TECAFLON PTFE, PVDF
20 – 30
5 – 8
300
2 – 5
Z2
25
90
TECAPEI
15 – 30
0 – 4
500
2 – 5
Z2
25
90
TECASON S, P, E
15 – 30
0 – 4
500
2 – 5
Z2
25
90
TECATRON
15 – 30
0 – 5
500 – 800
Z2
25
90
TECAPEEK
15 – 30
0 – 5
500 – 800
3 – 5
Fräsen
TECATOR
15 – 30
0 – 3
800 – 900
5 – 10
γ0 – 3
800 – 900
3 – 4
Z2
γ25
15 – 30 γ 10 – 15
200 – 300
3 – 5
Z2
25
TECASINT
Productos de TECA reforzados*
* Materiales de refuerzo / relleno:
Fibras de vidrio, bolas de vidrio,
fibras de carbono, rellenos minerales,
grafito, mica, talco, etc.
γ
α
β
α
φ
3 – 5
Z2
Bohren
α
Z2 αχ
10 – 14
φ
90
90
γ
120
100
Drehen
Torneado
Fräsen
Taladro
α
α
γ
0,1 – 0,3
Fräsen
0,1 – 0,3
Bohren
50 – 200
0,2 – 0,3
50 – 100
0,2 – 0,3
50 – 150
0,1 – 0,3
50 – 150
0,1 – 0,3
φ
50 – 100
0,2 – 0,3
50 – 100
0,2 – 0,3
150 – 200
0,1 – 0,3
20 – 80
0,1 – 0,3
20 – 80Drehen
0,1 – 0,3
50 – 200
0,1 – 0,3
Fräsen
50 – 200
0,1 – 0,3
80 – 100 0,02 – 0,1
80 – 100 0,02 – 0,1
80 – 100
0,1 – 0,3
50 – 150
Drehen
Dirección de fresado:
χ
γ En contra del avance
χ
Ángulo de posicionamiento
de herramienta [°]
α
γ
El avance puede ser de
hasta 0,5 mm / diente
TECAFINE PE, PP
25
25
Avance
50 – 150
Calentamiento en el taladrado en el centro:
A partir de Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX
A partir de Ø 80 mmTECAMID 66 MH, 66 GF, TECAPET,
TECADUR PBT GF
A partir de Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, TECAM 6 MO, TECANYL GF
Calentamiento en el aserrado:
A partir de Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX
α
φA partir de Ø 80 mmTECAMID 66 GF, TECAPET,
TECADUR PBT GF
A partir de Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, 66 MH
χ
γ
Velocidad
de corte
El radio de la punta r debe se al
menos 0,5 mm
Ángulo de
colocación
Ángulo de Ángulo de de la herincidencia arranque ramienta
Número
de dientes
Velocidad
de corte
Avance
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6 – 10
0 – 5
45 – 60
Velocidad
de corte
Avance
250 – 500
0,1 – 0,5
TECAFINE PMP
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6 – 10
0 – 5
45 – 60
250 – 500
0,1 – 0,5
TECARAN ABS
Z1 – Z2
300 – 500
0,1 – 0,45
5 – 15
25 – 30
15
200 – 500
0,2 – 0,5
TECANYL
Z1 – Z2
300
0,15 – 0,5
5 – 10
6 – 8
45 – 60
300
0,1 – 0,5
TECAFORM AD, AH
Z1 – Z2
300
0,15 – 0,5
6 – 8
0 – 5
45 – 60
300 – 600
0,1 – 0,4
TECAMID, TECARIM, TECAST
χ
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6 – 10
0 – 5
45 – 60
250 – 500
0,1 – 0,5
α
Drehen
TECADUR/TECAPET
Z1 – Z2
γ 300
0,15 – 0,5
5 – 10
0 – 5
45 – 60
300 – 400
0,2 – 0,4
TECANAT
Z1 – Z2
300
0,15 – 0,4
5 – 10
6 – 8
45 – 60
300
0,1 – 0,5
TECAFLON PTFE, PVDF
Z1 – Z2
150 – 500
0,1 – 0,45
5 – 10
5 – 8
10
150 – 500
0,1 – 0,3
TECAPEI
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
10
0
45 – 60
350 – 400
0,1 – 0,3
TECASON S, P, E
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6
0
45 – 60
350 – 400
0,1 – 0,3
TECATRON
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6
0 – 5
45 – 60
250 – 500
0,1 – 0,5
TECAPEEK
Z1 – Z2
250 – 500
0,1 – 0,45
6 – 8
0 – 5
45 – 60
250 – 500
0,1 – 0,5
TECATOR
Z1 – Z2
60 – 100
0,05 – 0,35
6 – 8
0 – 5
7 – 10
100 – 120
0,05 – 0,08
TECASINT
Z1 – Z2
90 – 100
0,05 – 0,35
2 – 5
0 – 5
7 – 10
100 – 120
0,05 – 0,08
Productos de TECA reforzados*
Z1 – Z2
80 – 450
0,05 – 0,4
6 – 8
2 – 8
45 – 60
150 – 200
0,1 – 0,5
* Materiales de refuerzo / relleno:
Fibras de vidrio, bolas de vidrio,
fibras de carbono, rellenos minerales,
grafito, mica, talco, etc.
Precalentar el material a 120 °C
Precaución con los refrigerantes
(sensibilidad a las grietas por tensiones)
15
Entrevista con Hufschmied
Zerspanungssysteme GmbH
¿A qué se dedica la empresa Hufschmied?
Hufschmied se ha especializado en el desarrollo y la fabricación de herramientas optimizadas para el mecanizado
por arranque de viruta para el sector plástico y composite.
Nuestras herramientas se fabrican en nuestra propia planta
en centros de mecanizado CNC de 6 ejes. De esta forma
logramos que el tiempo entre la confirmación del pedido y
la entrega del material sea el mínimo posible. Como material base utilizamos metales duros macizos y recubrimientos de cerámicos de alta calidad en función de los requisitos
del cliente.
¿Con qué experiencia cuenta la empresa
Hufschmied en el mecanizado de plásticos?
Hufschmied lleva en el mercado ya más de 25 años. Ya desde un inicio, nos especializamos en el mecanizado de plástico ya que es el sector con mayor proyección. Dado que
colaboramos con diferentes fabricantes de materiales y universidades, tenemos siempre la posibilidad de conocer los
materiales nuevos mucho antes de que salgan al mercado.
Una vez obtenidos los materiales, se mecanizan en nuestro
propio laboratorio de ensayos. De este modo podemos ayudar a nuestros clientes desde un principio ofreciéndoles las
herramientas y procesos adecuados.
¿Cómo afrontan los retos tecnológicos
asociados a los nuevos materiales?
Hasta la fecha hemos sido capaces de mecanizar todos los
plásticos que han ido llegando al mercado, si bien, para lograrlo, a veces ha sido necesario realizar varios procesos de
optimización de la herramienta. Los plásticos son cada vez
más versátiles y, en consecuencia, debemos adaptar las geometrías de las herramientas. En particular, para los plásticos reforzados nos resulta útil una ficha técnica del material. Dado que no somos fabricantes de los plásticos y
tampoco podemos analizarlos al detalle, nos vemos obligados confiar en estas fichas. Con las condiciones generales
como el tipo de máquina, fijación de la pieza, herramienta
y parámetros adecuados, no habrá ningún problema en
conseguir el resultado deseado. Todos nuestros ensayos se
analizan y registran en una base de datos. Éstos nos ayudan
en un futuro en el desarrollo de herramientas y procesos.
16
Desarrollo de procesos
Material
Herramienta
Máquina
Pieza de buena
calidad / rentable
Programación
Velocidad corte
(máxima posible)
Elementos de
fijación de la pieza
¿Qué filosofía persiguen ustedes
en el mecanizado de plásticos?
En general, dimensionamos nuestras herramientas para
mecanizar en seco. Son relativamente escasas las veces en
que es preciso trabajar con refrigerante: Con frecuencia, la
aplicación o el destino de la pieza no lo permiten. Los aditivos contenidos en todos los lubricantes refrigerantes pueden llegar a provocar reacciones no deseadas entre el plástico y el aditivo. Nuestras herramientas están dimensionadas
para el mecanizado por arranque de viruta a altas velocidades. Mediante elevados avances de dientes logramos que
prácticamente no se evacue calor hacia la pieza, produciéndose la evacuación a través de la viruta.
¿A su juicio, cuáles son los principales problemas
en el mercado del mecanizado de plásticos?
Muchos clientes se siguen orientando todavía según el mecanizado de metales. Cuando esto es así, surgen problemas
con el lubricado, alabeo, formación de grietas o rebabas. Sobre todo la formación de rebaba produce muchos quebraderos de cabeza a nuestros clientes ya que obliga a invertir
mucho tiempo en repasos. Generalmente, para evitar este
repaso en el mecanizado se ha de modificar tan sólo algunos
pequeños detalles en la secuencia de ejecución del programa. Algunos clientes desean una herramienta universal con
la cual puedan mecanizar una gran parte de las piezas y materiales. Desafortunadamente en raras ocasiones se consigue ya que cada material exige geometrías de herramienta
diferentes. Precisamente en las aplicaciones de gama alta, la
herramienta debe estar adaptada al material y a la pieza.
Sólo de este modo se puede mecanizar sin riesgos y de manera económica.
¿A su juicio, qué plásticos resultan especialmente
críticos para el mecanizado?
Sin duda alguna, los plásticos reforzados con fibras de carbono o de vidrio son muy exigentes. Actualmente se utilizan cada vez más plásticos con materiales reforzados con
fibras. Éstos pueden poner en peligro la vida de una herramienta. Sin embargo, conociendo qué contiene cada material plástico podemos reaccionar ante tal dificultad. Los materiales como el PE, POM, PC y PTFE pueden mecanizarse
sin grandes problemas si se cuenta con las herramientas
adecuadas, los parámetros correctos y una buena máquina.
¿Tienen ustedes alguna recomendación especial sobre
cómo se determina el método óptimo de mecanizado de
un plástico?
Antes de recomendar debo saber cómo funciona la máquina. ¿Cómo se las arregla con el mecanizado de radios pequeños o con una velocidad de avance rápida? A partir del
plano, de las velocidades de corte y de la velocidad de avance disponible así como del sistema de fijación de la pieza, se
puede definir la herramienta. En el momento en que están
definidas las herramientas, se adaptan los programas. Se
pueden consultar los valores básicos en nuestra página web
(www.hufschmied.net). Además, el mecanizado en contra
del avance es siempre un asunto complicado. Son muchos
los que programan (como están habituados a hacerlo en el
mecanizado de acero) la máquina a favor del avance y, luego se encuentran con grandes problemas de formación de
rebabas y mala calidad de acabado superficial.
¿Existe algún sector dónde se debe tener en cuenta
determinadas particularidades en el mecanizado
de plásticos?
Cada sector tiene sus propias condiciones a las cuales debemos adaptarnos. Por ejemplo, en los equipos médicos. En
la mayoría de estos casos, el mecanizado debe realizarse en
seco. Además suelen ser producciones de piezas muy pequeñas por lo que se requiere utilizar herramientas específicas. Normalmente en estos casos trabajamos con microbrocas y con cuchillas largas. En las superficies totalmente
lisas, se crean superficies con un poquito de rugosidad.
Una ventaja de trabajar en estos sectores es que se emplea
maquinaria de alta precisión.
¿Mediante qué propiedades determinan
la mecanizabilidad de los plásticos?
En la mayoría de los casos, para poder determinar la mecanizabilidad por arranque de viruta necesitamos los siguientes datos:
ˌˌLa identificación lo más exacta posible del material
ˌˌ¿Está el material reforzado o ha sufrido
modificaciones adicionales?
ˌˌ¿Qué formato tiene el material, barra o placa?
ˌˌ¿Qué aspecto debe presentar el producto final?
ˌˌ¿Qué máquina está disponible?
ˌˌ¿Cómo se fija la pieza?
A partir de estas respuestas se determina la mecanizabilidad del material. Si el cliente lo desea, podemos realizar
también tests en nuestras máquinas. En ese caso, se crea
un protocolo de ensayos con parámetros, imágenes y un
vídeo de demostración.
¿Qué parámetros pueden optimizarse en las operaciones
de mecanizado?
Como ya se ha mencionado, algunos parámetros son importantes para un buen mecanizado:
ˌˌVelocidad de corte
ˌˌPaso entre dientes
ˌˌFijación de pieza y herramienta
ˌˌMecanizado a favor y en contra del avance
ˌˌRefrigeración
ˌˌEstructura del programa
Sin embargo, el parámetro más importante es la herramienta de mecanizado.
Temperatura
Temperatura de
reblandecimiento
Temperatura
de mecanizado
Velocidad de corte
Se puede
mecanizar,
pero con una
baja velocidad
de avance
tZona
problemática
•Formación
de rebabas
•Rotura de
fresa
Avances
elevados con
velocidades de
giro elevadas
• Rentables
La entrevista fue realizada por Holger Werz (Ensinger GmbH)
a Ralph Hufschmied y Nabil Khairallah (Hufschmied Zerspanungssysteme GmbH)
17
Refrigerantes y
lubricantes refrigerantes
Actualmente existe una tendencia a la mecanización plásticos técnicos en seco y eso se debe a que hoy día se dispone
de una gran experiencia en el mecanizado de plásticos. Los
procesos que sí que requieren el uso de refrigerantes son:
ˌˌTaladros profundos
ˌˌTallado de rosca con terraja
ˌˌAserrado de materiales reforzados
Sin embargo, para conseguir una mejor calidad superficial
y unas tolerancias muy ajustadas hay que utilizar superficie
de corte refrigerada. Además esto permite que se pueda utilizar una velocidad de avance superior por lo que los tiempos de producción se reducirían.
Mecanizado con refrigeración
Si se requiere refrigeración, se recomienda
ˌˌRefrigeración a través de la viruta
ˌˌUso de aire comprimido
hhVentaja: Refrigeración y extracción simultánea
de la viruta fuera de la zona de trabajo
ˌˌUso de lubricantes refrigerantes solubles en agua
ˌˌTambién puede utilizarse taladrina y aceites para
corte comerciales. La aplicación de spray y aire
comprimido son métodos muy eficaces
Mecanizado de plásticos amorfos
ˌˌEvitar del uso de lubricantes refrigerantes ya que los
materiales son propensos a la formación de grietas
por tensiones internas
ˌˌSi la refrigeración es necesaria:
hhEliminar inmediatamente el lubricante refrigerante
de las piezas con isopropanol o agua pura
hhUtilizar lubricantes refrigerantes adecuados
ˌˌAgua pura
ˌˌAire comprimido
ˌˌLubricantes especiales: Podrá obtener más
informaciones diríjase a su proveedor de
lubricantes refrigerantes
18
pVentajas del mecanizado en seco
ˌˌNo quedan restos de fluidos en la superficie de la piez
hhResulta ventajoso para piezas destinadas a equipos
médicos o al sector alimentario (no se produce
migración de partículas)
hhSe evita que el material se vea afectado por el
lubricante refrigerante (hinchamiento, variación
dimensional, grietas por tensiones, …)
hhNo se produce ninguna interacción con el material
hhSe evita el posible error en la estimación de la
cantidad de lubricante refrigerante por parte del
mecanizador
sAtención
ˌˌEn el mecanizado en seco, es muy importante la
refrigeración para poder evacuar el calor.
A destacar
En general, se recomienda el mecanizado en seco con
evacuación del calor a través de la viruta.
Recocido
Proceso de recocido
La operación de recocido consiste en un tratamiento térmico de productos semielaborados, piezas perfiladas o acabadas. Los productos son calentados lenta y uniformemente a
una temperatura definida para cada material. Acto seguido
se deja un tiempo de mantenimiento a la temperatura dependiendo del espesor con el fin de calentar totalmente el
material. A continuación se deja enfriar de nuevo lenta y
uniformemente hasta temperatura ambiente.
Recocido para alivio de tensiones
ˌˌLas tensiones residuales que se originan durante
el proceso de fabricación pueden reducirse en gran
medida mediante este recocido
ˌˌAumentar la cristalinidad de los materiales
ˌˌOptimizar las características mecánicas del material
ˌˌFormación de una estructura cristalina uniforme en
los materiales
ˌˌMejora parcial de la estabilidad ante ataques por
productos químicos
ˌˌReducción de la tendencia al alabeo y de las variaciones
dimensionales (durante o después de la transformación)
ˌˌMejora continuada de la estabilidad dimensional
Recocido intermedio
Puede resultar práctico someter las piezas críticas a un paso
de recocido intermedio durante su mecanizado. Esto es necesario sobre todo:
ˌˌCuando se exigen tolerancias ajustadas
ˌˌCuando debido a la forma tienen tendencia al alabeo
(asimetría, estrechamiento de las secciones, cajeras o
ranuras)
ˌˌEn los materiales reforzados con fibra / aditivados
(la orientación de las fibras puede intensificar el alabeo)
hhEl mecanizado puede provocar la aparición de
nuevas tensiones en la pieza
ˌˌSi se utilizan herramientas desafiladas o inadecuadas:
hhÉstas provocarán tensiones
ˌˌEn casos de una aportación excesiva de calor a la pieza
debido a velocidades de corte y avance inadecuados
ˌˌEn casos de una extracción de material elevada, sobre
todo cuando se mecaniza por un solo lado
En Ensinger, por norma general, los productos semielaborados son sometidos a un recocido de alivio de tensiones
después de la producción. De este modo se asegura que el
material que usted recibe mantiene su estabilidad dimensional durante y después del proceso de mecanizado y puede mecanizarse mejor.
Material
Designación
DIN
Calentado
Mantenimiento
de la temperatura*
TECASINT
PI
2 h a 160 °C 6 h a 280 °C
2 h a 160 °C / 10 h a 280 °C
con una disminución de 20 °C / h hasta 40 °C
TECAPEEK
PEEK
3 h a 120 °C 4 h a 220 °C
1,5 h por cada cm de espesor de pared
TECATRON
PPS
3 h a 120 °C 4 h a 220 °C
1,5 h por cada cm de espesor de pared
TECASON E
PES
3 h a 100 °C 4 h a 200 °C
1 h por cada cm de espesor de pared
Enfriamiento
TECASON P
PPSU
3 h a 100 °C 4 h a 200 °C
TECASON S
PSU
3 h a 100 °C 3 h a 165 °C
TECAFLON PVDF
PVDF
3 h a 90 °C
3 h a 150 °C
TECANAT
PC
3 h a 80 °C
3 h a 130 °C
TECAPET
PET
3 h a 100 °C 4 h a 180 °C
TECADUR PBT GF30
PBT
3 h a 100 °C 4 h a 180 °C
TECAMID 6
PA6
3 h a 90 °C
3 h a 160 °C
TECAMID 66
PA66
3 h a 100 °C 4 h a 180 °C
TECAFORM AH
POM-C
3 h a 90 °C
3 h a 155 °C
TECAFORM AD
POM-H
3 h a 90 °C
3 h a 160 °C
* A temperatura máxima, mientras no se indique lo contrario.
19
Un recocido intermedio puede ayudar a reducir estas tensiones así como el riesgo al alabeo. En este sentido, para
conseguir las dimensiones y tolerancias necesarias se debe
tener en cuenta:
ˌˌEn primer lugar, pretrabajar las piezas por desbaste
antes del recocido intermedio, ya que este proceso
puede provocar una cierta contracción de las piezas
ˌˌPor lo tanto, el mecanizado final de la pieza no debe
producirse hasta después de haber realizado el recocido.
ˌˌApoyar bien la pieza durante el recocido intermedio:
hhSe evita el alabeo durante el recocido
Ciclo de recocido
Temperatura [°C]
Duración
[h]
t1
t2
Tiempo de Tiempo de
calentado mantenimiento de
la temp.
t3
t4
Tiempo de
enfriamiento
Tiempo de
retención
Temperatura del horno
Temperatura en el centro del material
semielaborado / pieza acabada
Cambios morfológicos y contracción del material
El calor transferido a los plásticos tiene siempre repercusiones directas. Este calor procede en la mayoría de casos de::
ˌˌRecocido
ˌˌMecanizado (calor por fricción)
ˌˌUso (temperatura de servicio, esterilización por vapor)
Plásticos semicristalinos
ˌˌEl recocido da lugar a una homogenización de las
propiedades del material
hhAumento de la cristalinidad
hhOptimización de las propiedades mecánicas
hhMejora de la estabilidad dimensional
hhMejora de la estabilidad ante ataques por
productos químicos
ˌˌEl mecanizado puede llevar a sobrecalentamientos
locales debidos a la fricción con las herramientas:
hhCambios microstructurales
hhContracción
ˌˌParticularmente el TECAFORM es crítico en este
aspecto
hhUn mecanizado inadecuado puede provocar una
fuerte deformación o alabeo de la pieza.
Plásticos amorfos
ˌˌSon menos críticos respecto a la estabilidad
dimensional y el alabeo.
Ejemplo de la problemática de alabeo que surge
en el mecanizado por un solo lado
1. Amarillo = superficie mecanizada
2. Aparece un alabeo después de mecanizar el material
A destacar
El recocido ayuda a mejorar la estabilidad dimensional
y reduce el nivel de tensiones internas. En los plásticos
amorfos se reduce el riesgo de agrietamiento interno.
20
Estabilidad y precisión dimensional
La estabilidad dimensional es una propiedad a tener en
cuenta en cada proceso que está sometido el material. Desde la fabricación del semielaborado hasta la pieza final hay
varios factores que pueden influir en la precisión dimensional de una pieza.
Absorción de humedad
ˌˌPor lo general, los plásticos con una escasa absorción de
humedad presentan una estabilidad dimensional muy
buena y pueden fabricarse con tolerancias ajustadas
Ejemplos: TECAFORM AH / AD, TECAPET,
TECATRON, TECAPEEK
ˌˌLos plásticos con una absorción elevada de humedad
muestran una fuerte influencia de la humedad en la
estabilidad dimensional
Ejemplos: TECAMID, TECAST
hhLa absorción / aporte de humedad conduce
al hinchamiento o a la merma del material
hhSe recomienda un acondicionamiento antes
del mecanizado
Relajación de tensiones
ˌˌEn principio, las tensiones internas tiene muy poca
influencia en la precisión dimensional de la pieza
acabada durante el mecanizado a temperatura ambiente
hhPieza acabada con estabilidad dimensional.
ˌˌDurante el almacenamiento o servicio, las tensiones
acumuladas pueden desaparecer, implicando una
variación dimensional
ˌˌResulta especialmente crítico el uso de la pieza a
temperaturas elevadas:
hhLas tensiones pueden desaparecer de repente
hhO pueden aparecer deformaciones, alabeo o,
en el peor de los casos, grietas durante el uso
de la pieza acabada
ˌˌLas temperaturas por encima de la temperatura de
transición vítrea provocan una variación de la
microstructura y, consecuentemente una contracción
después de su enfriamiento de nuevo
hhLa contracción y el alabeo aparecen en particular en
piezas de geometría asimétrica
hhLos termoplásticos semicristalinos presentan una
elevada contracción (de hasta ~1,0 – 2,5 %) y son
críticas en cuanto al alabeo
hhLos termoplásticos amorfos presentan una contracción inferior (~0,3 – 0,7 %) y una mayor estabilidad
dimensional respecto a los termoplásticos semi
cristalinos
ˌˌEn numerosas ocasiones, debe tenerse presente la
elevada dilatación térmica (en comparación con el metal)
uRecomendaciones para el mecanizado
ˌˌAsegurar una buena evacuación del calor con el fin de
evitar los sobrecalentamientos locales
ˌˌEn el caso de una gran extracción de material se
recomienda realizar un recocido intermedio para
reducir las tensiones internas
ˌˌLos plásticos requieren una mayor tolerancia de
fabricación que los metales
ˌˌNo se debe aplicar una fuerza excesivamente elevada en
la fijación del material, con el fin de evitar una posible
deformación
ˌˌEn los materiales reforzados con fibra, se debe prestar
atención a la orientación de la pieza dentro del producto
semielaborado (tener presente la dirección de extrusión)
ˌˌEn el mecanizado se debe elegir un procedimiento
optimizado para la pieza
Aportación de calor
ˌˌSon críticos todos aquellos procesos en los cuales se
origine calor dentro del material
hhEjemplo: Recocido, mecanizado, servicio
a temperaturas elevadas, esterilización
21
Gama de productos y características del material
TECAFORM AH / AD,
TECAPET, TECAPEEK
Materiales no reforzados semicristalinos
El TECAFORM AH / AD, TECAPET y TECAPEEK son materiales con una gran estabilidad dimensional y unas propiedades mecánicas equilibradas. Estos materiales presentan una mecanizabilidad muy buena y, en principio,
tienden a la formación de una viruta corta. Pueden mecanizarse con una velocidad de avance elevada.
Sin embargo, se ha de intentar siempre aportar el mínimo
de calor posible al TECAFORM y TECAPET ya que presentan una alta contracción postmecanizado de hasta ~2,5 %,
con lo que existe el riesgo de producirse un alabeo en caso
de sobrecalentamientos locales.
Se puede conseguir un acabado superficial con muy poca
rugosidad en los materiales mencionados anteriormente
siempre y cuando se empleen unos parámetros de mecanizado adecuados.
TECAST T, TECAMID 6,
TECAMID 66
Poliamidas no reforzadas
El TECAST T, TECAMID 6 y TECAMID 66 son materiales
fabricados a base de poliamida. Al contrario que los materiales anteriormente mencionados, las poliamidas son materiales de naturaleza más dura y frágil. Debido a su estructura química, las poliamidas tienden a absorber la humedad,
una propiedad que les confiere su excelente equilibrio entre
tenacidad y resistencia mecánica.
En los productos semielaborados de pequeñas dimensiones
y en piezas pequeñas, la absorción de humedad a través de
la superficie hace posible una distribución de la humedad
prácticamente constante y homogénea a través de su sección transversal. En productos semielaborados de dimensiones mayores (en particular en barras redondas/placas a
partir de 100 mm de diámetro/espesor), el contenido de humedad aumenta de fuera hacia adentro.
22
En el caso más desfavorable, el centro del material presenta
una mayor dureza y fragilidad, mientras que las zonas de
los bordes son más tenaces. En estas piezas, además de las
tensiones internas provocadas por el proceso de extrusión,
se ha de sumar el riesgo de aparición de grietas internas
debido al mecanizado.
También hay que remarcar que la absorción de humedad
afecta a la estabilidad dimensional. Este ‘hinchazón’ se debe
tener en cuenta en el mecanizado y dimensionamiento de
piezas de poliamida. La absorción de humedad (acondicionamiento) del producto semielaborado tiene una fuerte influencia en el mecanizado. En especial, las piezas de espesores pequeños (hasta ~ 10 mm) pueden absorber hasta un
3 % de humedad. Como regla general:
ˌˌ¡Una absorción de humedad del 3 % provoca una
variación dimensional de aprox. 0,5 %!
Mecanizado TECAST T
ˌˌTiende a la formación de viruta corta
ˌˌPor este motivo, presenta una buena mecanizabilidad
Mecanizado de TECAMID 6 y TECAMID 66
ˌˌFormación de una viruta fluida y larga
ˌˌEs necesaria una extracción de la viruta de la
herramienta/pieza más frecuentemente.
ˌˌPara que se genere una viruta más corta y fácil
de romper:
hhParámetros adecuados
hhElección de la herramienta adecuada
En general para dimensiones grandes (p. ej., barra redonda
> 100 mm y placas con un espesor > 80 mm) se recomienda
precalentar la pieza a 80 – 120 °C y mecanizar cerca del centro para evitar fisuras por tensiones internas durante el mecanizado.
A destacar
Si es posible, mecanizar los plásticos amorfos en seco.
Si resulta absolutamente imprescindible el uso de
lubricantes refrigerantes, debería limpiarse bien la
pieza justo después.
TECANAT, TECASON,
TECAPEI
Termoplásticos amorfos
El TECANAT, TECASON y TECAPEI son plásticos amorfos. Estos materiales tienden a la formación de grietas por
tensiones internas al entrar en contacto con medios agresivos como aceites y grasas o lubricantes refrigerantes. Por
este motivo, hay que evitar el uso de lubricantes refrigerantes en el mecanizado, si es imprescindible, hay que utilizar
un lubricante con base de agua. Asimismo, cada material
tiene unos parámetros de mecanizado específicos.
ˌˌNo utilizar velocidad de avance elevados
ˌˌEvitar las presiones excesivamente altas
ˌˌEvitar unos esfuerzos de amarre excesivos
ˌˌSeleccionar velocidades de corte más bien elevadas
ˌˌUtilizar herramientas muy afiladas
sDurante el diseño de las piezas, tener en cuenta
ˌˌEvitar los esfuerzos de cizalladura (en el diseño
y mecanizado)
ˌˌDiseñar las aristas y geometrías de manera específica
para cada material (elegir aristas interiores más bien
redondeadas)
Teniendo en cuenta los parámetros de mecanizado adecuados, se pueden fabricar piezas con una gran estabilidad dimensional y tolerancias muy ajustadas en estos materiales.
TECA con contenido de PTFE
Los materiales que contienen PTFE (p. ej., TECAFLON
PTFE, TECAPEEK TF, TECAPEEK PVX, TECATRON PVX,
TECAPET TF, TECAFORM AD AF) tienen una resistencia
mecánica inferior.
sPor este motivo, en el mecanizado se debe tener en cuenta los
siguientes detalles:
ˌˌLos materiales tienden a quedarse detrás o apartarse de
la fresa
hhAumenta la rugosidad (formación de microfisuras,
puntas, superficie rugosa)
ˌˌEvitar que la fresa repita el corte
hhProvoca también una superficie rugosa
ˌˌEs necesario una segunda pasada adicional para alisar
la superficie
ˌˌEn ocasiones se requiere también un desbarbado
Seleccionar una fuerza de sujeción adecuada para evitar un
aplastamiento de la pieza y, por lo tanto, unas piezas sin
precisión dimensional.
TECASINT
Productos de poliimida fabricados por sinterizado
La familia de productos TECASINT 1000, 2000, 3000, 4000
y 5000 se pueden mecanizar en seco o en condiciones húmedas en máquinas convencionales para mecanizado de
metales.
sRecomendaciones
Herramientas
ˌˌUtilizar herramientas de metal duro
ˌˌLas herramientas con un ángulo de corte para
el aluminio son muy adecuadas
ˌˌPara los productos TECASINT reforzados con un alto
porcentaje de fibras de vidrio o bolas de vidrio, utilizar
herramientas recubiertas de diamante o cerámica
Mecanizado
ˌˌ Aplicar una alta velocidad de corte, baja velocidad de
avance y mecanizar en seco para mejorar los resultados.
ˌˌ El mecanizado en mojado aumenta la presión de corte y
favorece la formación de rebabas, pero se recomienda
para prolongar las vida útil de las herramientas
ˌˌ Fresado a favor del avance para evitar un astillamiento
del material
ˌˌ En la mayoría de los casos, no es necesario un recocido
intermedio
sDebido a la elevada absorción de humedad de las poliimidas,
se recomienda empaquetar las piezas en vacío. Con el fin de
evitar variaciones dimensionales en piezas de alta calidad causadas por la absorción de humedad, se recomienda desempaquetar las piezas justo antes de utilizarlas.
23
Materiales TECA
reforzados con fibra de vidrio
Los materiales reforzados con fibra incluyen todo tipo de
fibras. Entre éstas se incluyen los productos reforzados con
fibra de vidrio y fibra de carbono.
Por ejemplo: TECAPEEK GF30, TECAPEEK CF30,
TECAPEEK PVX, TECATRON GF40, TECTRON PVX,
TECAMID 66 GF30, TECAMID 66 CF20.
uRecomendaciones
Herramientas
ˌˌUtilizar siempre herramientas de metal duro (acero
al carbono K20) o idealmente utilizar herramientas
recubiertas con diamante policristalino (PDC)
ˌˌUtilizar herramientas muy bien afiladas
ˌˌInspeccionar con regularidad las herramientas ya que
los materiales pueden tener un efecto abrasivo sobre
éstas:
hhMayor vida útil de la herramienta
hhEvita una aportación excesiva de calor
Fijación de los productos semielaborados
ˌˌLa fijación debe realizarse en la dirección de extrusión
(máxima resistencia a la compresión)
ˌˌAplicar unos esfuerzos de sujeción lo más reducidos
posibles
hhEvita deformación por flexión
hhReduce el alabeo y el riesgo de formación de grietas
por tensiones internas
Precalentamiento
ˌˌSe recomienda un precalentamiento de los productos
semielaborados para su posterior mecanizado:
hhMayor tenacidad del material en caliente
ˌˌPara tal fin, calentar moderadamente los productos
semielaborados
ˌˌRecomendamos calentar a un ritmo de 20 °C por hora
hasta 80 – 120 °C
ˌˌPara una distribución uniforme de la temperatura en la
sección transversal del producto, recomendamos
mantener la temperatura 1 hora por cada 10 mm de
espesor
ˌˌA esta temperatura, el producto debe mecanizarse sin
llegar a las dimensiones finales (desbaste)
24
ˌˌEl acabado debe realizarse tras enfriar a temperatura
ambiente
ˌˌLa herramienta también debe calentarse antes del
mecanizado
hhEvita la evacuación de calor del propio material
Mecanizado
ˌˌFresar ambos lados del producto semielaborado:
hhRealizar pasadas con un máximo de 0,5 mm
hhPermite hacer una distribución de tensiones más
homogénea en el producto semielaborado
hhSe obtiene piezas de mayor calidad
Ejemplo
Por ejemplo, para una medida final de 25 mm recomendamos utilizar una placa de 30 mm de espesor, el cual debe
fresarse 2 mm por cada lado antes del mecanizado final. En
este caso, debe darse varias veces la vuelta a la placa y se
debe fresar un máximo de 0,5 mm en cada operación. Lo
ideal es realizar este proceso con el material en caliente. A
continuación se realiza el mecanizado final tras haber enfriado el producto a temperatura ambiente. Esta operación
permite en todos los casos obtener piezas de alta calidad
con muy pocas tensiones y poco alabeo.
A destacar
En los materiales reforzados con fibra, para mejorar
la vida útil de las herramientas así como la estabilidad
dimensional se recomienda utilizar herramientas de
metal duro o de diamante policristalino.
Particularidades del TECATEC
Composite
El TECATEC es un composite con base de una poliariléter éter cetona con un 50 o 60 % de fibra de carbono. El
mecanizado del TECATEC es un poco más complejo que el
mecanizado de materiales reforzados con fibras cortas. Debido a su estructura con diferentes capas, un mecanizado
erróneo puede llevar a:
ˌˌAstillamientos
ˌˌDelaminaciones
ˌˌDeshilachados
ˌˌFisuras a través de fibras
Por este motivo, para este material se debe realizar un mecanizado especial. Sin embargo, éste debe definirse para
cada componente.
Diseño del producto semielaborado
La versatilidad del TECATEC para una aplicación determinada y la calidad de la pieza acabada dependen fundamentalmente de la orientación de la pieza dentro del producto
semielaborado. Ya en la fase de desarrollo, es muy importante tener en cuenta la orientación fibra, en especial por el
tipo de carga en la aplicación (tracción, compresión, flexión) y el posterior mecanizado por arranque de viruta.
Herramientas
Para lograr una vida útil superior en comparación con las
herramientas de acero rápido o de metal duro recomendamos utilizar:
ˌˌherramientas de diamante policristalino (PDC)
ˌˌherramientas de cerámica
ˌˌherramientas recubiertas de titanio
ˌˌherramientas con recubrimiento funcional
(tecnología de plasma)
Además de una mayor vida útil, estas herramientas ayudan
a minimizar considerablemente la fuerza resultante al
avance del material.
ˌˌAfilar las herramientas moderadamente.
ˌˌDeterminar un buen equilibrio entre la calidad de
acabado superficial (con cuchillas muy afiladas) y la vida
útil de la herramienta (cuchilla menos afilada).
ˌˌDimensionar la geometría de la fresa de tal modo que
se corten las fibras ya que, de lo contrario, existe el riego
de las fibras se deshilachen.
ˌˌDebido a la alta abrasividad de las fibras de carbono, hay
que revisar y cambiar las herramientas regularmente.
hhEvita una aportación excesiva de calor y el alabeo
debido a unas herramientas desafiladas
Mecanizado
ˌˌExiste un mayor riesgo de astillamiento y formación de
rebabas si se mecaniza paralelamente a las fibras que si
se realiza perpendicularmente
ˌˌPara tolerancias más ajustadas, las piezas pueden
templarse varias veces
ˌˌDebido a una buena conductividad del calor gracias al
alto contenido de fibras cabe esperar una buena
disipación del calor en el mecanizado. Por este motivo,
recomendamos mecanizar el material en seco
Parámetros de mecanizado y de la herramienta
Recomendamos tener presentes los siguientes parámetros:
ˌˌEvitar una presión de avance elevada
ˌˌSeleccionar un ángulo de incidencia muy alto
(150 – 180 °C)
ˌˌAjustar una velocidad de avance muy baja
(aprox. < 0,05 mm/min)
ˌˌSeleccionar una velocidad de corte elevada
(aprox. 300 – 400 m/min)
Con esta información se pretende hacer una aproximación
para el mecanizado del TECATEC. Cada caso debe estudiarse individualmente.
25
Defectos del mecanizado:
Causas y soluciones
Tronzado y aserrado
Torneado y fresado
Problemas
Problemas
La superficie
ha empezado
a fundirse
Superficie
rugosa
Causas
ˌˌHerramienta desafilada
ˌˌEspacio insuficiente para
evacuar la viruta
ˌˌAlimentación insuficiente
de refrigerante
La superficie
ha empezado
a fundirse
excesivamente alta
ˌˌVelocidad del eje muy alta
Superficie
rugosa
ˌˌFilo de corte sin rectificar
Marcas en
forma de
espiral
ˌˌLa herramienta roza durante
Superficies
cóncavas y
convexas
ˌˌÁngulo de incidencia excesiva-
Lengüetas o
rebabas al
final de la
cara de corte
ˌˌÁngulo de incidencia insuficiente
Rebabas en
el diámetro
exterior
ˌˌNo hay espacio suficiente entre el
26
excesivamente alta
(se requiere una fresa redondeada)
ˌˌHerramienta no centrada
Rebabas
las aristas
ˌˌJuego lateral / espacio para
desprendimiento de la viruta
insuficiente
ˌˌNo hay ángulo de ajuste en
la herramienta
Grietas o
astillamientos
en los vértices
ˌˌExcesiva inclinación positiva en
Marcas de
vibración
ˌˌLa fresa redondeada excesivo
excesivamente alta
material y la herramienta
ˌˌÁngulo de incidencia incorrecto
ˌˌHerramienta demasiado afilada
el retorno
ˌˌRebabas en la herramienta
mente alto
ˌˌHerramienta no perpendicular
al eje
ˌˌLa herramienta se desvía hacia
un lado
ˌˌVelocidad de avance excesiva
mente alta
ˌˌHerramienta montada muy por
encima o por debajo del centro
o rozamiento en rebaje
evacuar la viruta
excesivamente alta
manera inadecuada
ˌˌHerramienta afilada de
Causas
la herramienta
ˌˌ La aproximación de la herramienta
no se ha hecho con suficiente
suavidad (la herramienta golpea
demasiado fuerte contra el material)
ˌˌHerramienta montada por debajo
del centro
ˌˌHerramienta demasiado afilada
(se requiere una fresa redondeada)
en la herramienta
ˌˌLa herramienta bien sujeta
ˌˌEl material no se guía
suficientemente bien
ˌˌAncho de corte excesivo
(utilizar 2 cortes)
Taladro
Problemas
Agujeros que
se estrechan
Causas
Problemas
ˌˌBroca no bien rectificada
Taladros
equeños
evacuar la viruta
ˌˌAvance excesivo
Superficie
quemada
o fundida
ˌˌUso de brocas inadecuadas
ˌˌBroca no bien rectificada
ˌˌAvance muy bajo
ˌˌBroca desafilada
Astillamientos
en la superficie
Marcas de
vibración
ˌˌDemasiado espacio para
Marcas en el
diámetro interior
no está en el centro
Taladros
más grandes
Taladros no
concéntricos
ˌˌPunta de la broca no está
en el centro
ˌˌTaladro demasiado grueso
ˌˌEspacio insuficiente para evacuar
la viruta
excesivamente alta
ˌˌÁngulo de incidencia muy grande
ˌˌVelocidad de avance excesiva
mente alta
ˌˌVelocidad del muy baja
ˌˌLa broca penetra demasiado
profundo
ˌˌLa herramienta de tronzado deja
una lengüeta que provoca el desvío
de la broca
ˌˌTaladro demasiado grueso
ˌˌVelocidad de taladrado demasiado alta en el arranque
ˌˌLa broca no está fijada en el centro
ˌˌLa broca no está correctamente
afilada
evacuar la viruta
ˌˌAvance muy bajo
ˌˌInclinación excesiva
excesivamente alta
ˌˌBroca desafilada
evacuar la viruta
ˌˌÁngulo de incidencia
muy pequeño
excesivamente alta
evacuar la viruta
ˌˌInclinación excesiva
ˌˌBroca no centrada
ˌˌLa punta de la broca
Causas
Rebabas en
el tronzado
ˌˌHerramienta de corte desafilada
ˌˌLa broca no pasa completamente
a través de la pieza
Desafilado
rápido de la
broca
ˌˌAvance muy bajo
ˌˌVelocidad del eje muy baja
ˌˌLubricación insuficiente
A destacar
Para cualquier consulta técnica, por favor diríjase a nuestro departamento técnico:
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