O que causa o endurecimento do trabalho do POM e como isso pode ser resolvido?

O polioximetileno (POM), por ser um plástico de engenharia com excelente desempenho abrangente, é amplamente utilizado na fabricação de peças de precisão devido à sua alta resistência mecânica, boa estabilidade dimensional e resistência à fadiga. No entanto, seja folha POM ou haste POM, os operadores muitas vezes encontram um problema técnico desafiador durante as operações de usinagem, como torneamento, fresamento e furação – endurecimento por trabalho. Este fenômeno não só leva a uma dureza anormalmente alta na superfície usinada da folha POM (folha de polioximetileno) ou da haste POM (haste de polieteretercetona), mas também causa desgaste acelerado da ferramenta, lascamento da peça e até mesmo desvios dimensionais, impactando severamente o rendimento do produto final. Compreender as causas do endurecimento em chapas de poliacetal e hastes de poliacetal e dominar estratégias de supressão eficazes são pré-requisitos cruciais para garantir uma usinagem eficiente e de alta qualidade deste material.

POM (polioximetileno) é um plástico de engenharia com excelentes propriedades mecânicas, mas é de fato propenso a "endurecimento por trabalho" durante o processamento. Abaixo está uma explicação detalhada de suas causas e soluções.

Ⅰ . O que é POM "Endurecimento de Trabalho"?

Em processos de usinagem (como torneamento, fresamento, furação e rosqueamento), sob a força de corte, compressão e calor de fricção da ferramenta de corte, as cadeias moleculares em áreas localizadas do material POM se realinharão e ficarão mais compactadas, mesmo passando por mudanças localizadas na cristalinidade. Isto leva ao aumento da dureza e fragilidade nessas áreas, ao mesmo tempo que diminui a tenacidade.

Este fenômeno é semelhante ao encruamento em metais, causando dificuldades na usinagem posterior, tais como:

Maior desgaste da ferramenta: A área endurecida fica “mais dura”, desgastando a aresta da ferramenta.

Diminuição da qualidade da superfície: Podem ocorrer lascas, microfissuras ou rugosidade da superfície durante a usinagem.

Falta de precisão dimensional: A liberação desigual de tensões no material leva à deformação.

Risco de quebra da ferramenta: Especialmente durante rosqueamento com macho ou usinagem de furos profundos, a má remoção de cavacos agrava o fenômeno de endurecimento.

Ⅱ . Como ocorre o endurecimento por trabalho?

A principal razão para o endurecimento por trabalho POM é o efeito de acoplamento de "calor" e "força", que pode ser resumido da seguinte forma:

Acumulação de calor por fricção:

POM tem baixa condutividade térmica. O calor friccional gerado durante o corte não pode se dissipar rapidamente e se acumula no ponto de contato entre a ferramenta e o material.

Este aumento localizado de temperatura faz com que o POM amoleça. No entanto, sob a pressão contínua da ferramenta e o resfriamento (seja natural ou por ar), o material amolecido rapidamente "extingue", recristalizando e formando uma microestrutura mais dura e quebradiça. Esta é a razão principal.

Compressão e retificação de ferramentas:

Se a ferramenta não for suficientemente afiada ou a taxa de avanço for muito alta, os efeitos de "compressão" e "aragem" da ferramenta no material serão maiores do que os efeitos de "corte".

Esta intensa deformação plástica força as cadeias moleculares do POM a ficarem altamente orientadas na direção das tensões, resultando em um arranjo mais regular e aumentando significativamente a dureza e a resistência daquela região.

Má remoção de cavacos:

Durante a perfuração ou rosqueamento, se os cavacos não puderem ser removidos com eficácia, eles se acumulam dentro do furo, esfregando constantemente contra a parede do furo e a ferramenta de corte, gerando uma grande quantidade de calor e retificando continuamente a superfície usinada, levando ao endurecimento severo da parede do furo.

Propriedades dos materiais:

POM é um plástico altamente cristalino com dureza inerentemente alta e um certo grau de tenacidade. Sua estrutura molecular o torna propenso ao endurecimento de orientação sob tensão de cisalhamento e tração.

Ⅲ. Como resolver o problema de endurecimento do trabalho do POM?

As principais soluções giram em torno de “reduzir a geração de calor”, “dissipação oportuna de calor”, “manter a nitidez da ferramenta” e “otimizar os parâmetros de usinagem”.

1. Seleção e manutenção de ferramentas (mais crítica)

Nitidez: Devem ser utilizadas ferramentas novas e extremamente afiadas. O POM é muito sensível ao desgaste da ferramenta; mesmo um leve embotamento da ferramenta levará imediatamente ao endurecimento por extrusão.

Material: Ferramentas de metal duro (carboneto de tungstênio) são recomendadas. Ferramentas de aço rápido (HSS) também podem ser usadas, mas sua afiação tem vida mais curta.

Ângulos Geométricos: Selecione ferramentas com um grande ângulo de inclinação e arestas de corte finamente retificadas para garantir um corte suave e reduzir a extrusão.

Revestimentos: Certos revestimentos (como revestimentos de diamante) podem reduzir significativamente o coeficiente de atrito e reduzir a geração de calor.

2. Otimização dos Parâmetros de Usinagem

Alta velocidade de rotação, tamanho pequeno da ferramenta, alimentação rápida:

Alta velocidade de rotação: Aumentar a velocidade de corte permite que mais calor de corte seja transportado pelos cavacos em vez de transferido para a peça de trabalho.

Pequena profundidade de corte: Reduz a resistência ao corte e minimiza a deformação plástica.

Alimentação rápida: Evita que a ferramenta esfregue no mesmo local por muito tempo. No entanto, a alimentação não deve ser muito lenta, caso contrário, ficará “moendo” em vez de “cortando”, gerando calor.

Evite pausas: Durante a usinagem, principalmente furação e fresamento, o ideal é que a ferramenta não pare dentro do material, caso contrário o calor se acumulará rapidamente, causando o endurecimento nesse ponto.

3. Resfriamento e remoção de cavacos

Resfriamento a ar (recomendado): Use ar comprimido para resfriamento. Isso remove o calor e ajuda a remover cavacos, evitando o atrito secundário. Nunca use fluidos de corte à base de óleo, pois a maioria dos POMs não são resistentes a óleos minerais e podem causar inchaço do material ou degradação do desempenho. Se for necessário usar líquidos, água ou álcool podem ser usados, mas garanta uma secagem completa após a usinagem.

Remoção forçada de cavacos: Na usinagem de furos profundos e rosqueamento com macho, projete caminhos de usinagem que permitam que a ferramenta retraia periodicamente para remover cavacos (chamado de "picada" ou "quebra de cavacos").

4. Outras técnicas

Usinagem passo a passo: Para peças que exigem alta precisão, a usinagem de desbaste (deixando margem) pode ser realizada primeiro para liberar alguma tensão no material, seguida pelo acabamento após o resfriamento.

Seleção de materiais: Alguns POMs modificados (como POMs contendo óleo ou POMs lubrificados internamente) podem apresentar ligeiras melhorias na usinabilidade, mas o princípio fundamental permanece o mesmo.

A essência do endurecimento por trabalho POM é a "recristalização térmica" e a "orientação ao estresse". A chave para resolver este problema está em:

Afiação da ferramenta de corte: Uma ferramenta de corte de metal duro extremamente afiada é um pré-requisito.

Velocidade de operação: Empregue uma estratégia de alta velocidade e alto avanço para reduzir o tempo de contato.

Resfriamento de ar frequente: Um bom resfriamento de ar e remoção de cavacos são essenciais para evitar o acúmulo de calor.

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