Semilavorati Indicazioni di lavorazione per semilavorati plastici Indice 4 5 6 6 Lavorazione delle materie plastiche (introduzione) I materiali plastici: differenze rispetto ai metalli Tecnologia dell’estrusione Utensili e macchinari 7 8 9 9 10 11 11 12 13 15 Lavorazione con macchine utensili Taglio Tornitura Fresatura Foratura Filettatura Piallatura Rettifica Qualità superficiale, finitura e sbavatura Linee guida di lavorazione 16 Intervista con l’azienda “Hufschmied Zerspanungssysteme” (Sistemi di lavorazione) 18 Raffreddamento ed agenti lubrificanti 19 20 21 Trattamento termico (annealing) Cambiamenti morfologici e post-ritiro Stabilità dimensionale 22 22 22 23 23 23 24 25 Gruppi prodotto e caratteristiche dei materiali TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECAPEEK TECAST T, TECAMID 6, TECAMID 66 TECANAT, TECASON, TECAPEI Materiali TECA con PTFE TECASINT Materiali TECA rinforzati con fibre Caso particolare: TECATEC 26 26 26 27 Errori di lavorazione – cause e soluzioni Taglio Tornitura e fresatura Foratura Materiali plastici tecnici PI Materiali plastici ad elevate prestazioni 300 °C PAI PEKEKK PEEK, PEK LCP, PP PES, PPSU PTFE S , PFA PEI, PSU ETFE , PCTFE PPP, PC-HT PV DF Materiali plastici per ingegneria PC PA 6-3-T Materiali plastici standard PA 46 PET, PBT PA 66 PA 6, PA 11, PA 12 POM PMP PPE mo d. PMMA PVC, PS , ABS, S AN PP PE Amorfi Semi-cristallini Abbreviazione polimero Denominazione Ensinger Nome polimero PI TECASINT Poliimmide PEEK TECAPEEK Polietereterchetone PPS TECATRON Polifenilensolfuro PPSU TECASON P Polifenilensulfone PES TECASON E Polietersulfone PEI TECAPEI Polieterimmide PSU TECASON S Polisulfone PTFE TECAFLON PTFE Politetrafluoroetilene PVDF TECAFLON PVDF Polivinilidenfluoruro PA 6 C TECAST T Poliammide 6 colata PA 66 TECAMID 66 Poliammide 66 PA 6 TECAMID 6 Poliammide 6 PC TECANAT Policarbonato PBT TECADUR PBT Polibutilentereftalato PET TECAPET Polietilentereftalato PPE TECANYL Polifenilenetere POM-C TECAFORM AH Poliossimetilene copolimero POM-H TECAFORM AD Poliossimetilene omopolimero PMP TECAFINE PMP Polimetilpentene 150 °C 100 °C Temperatura di utilizzo in continuo Lavorazione delle materie plastiche A partire dalle materie plastiche si possono ottenere componenti stabili dimensionalmente, funzionali e durevoli utilizzando tecniche di lavorazione professionali. Il termine generico “lavorazione delle materie plastiche” sembra suggerire che tutti i materiali plastici possano essere lavorati con gli stessi parametri e strumenti. Nel caso dei metalli, per contro, non si parla solo di “lavorazione dei metalli”, ma si distingue tra alluminio, acciaio e acciaio inossidabile. In maniera analoga, è necessario prendere in considerazione le caratteristiche peculiari dei vari materiali plastici quando li si vuole lavorare. 4 Le proprietà specifiche delle materie plastiche hanno un’influenza importante sulle loro possibilità di lavorazione. I materiali possono essere classificati in diversi gruppi: ˌˌResine termoplastiche amorfe (es.: TECASON S, TECANAT) ˌˌResine termoplastiche semi-cristalline (es.: TECAFORM, TECAPET, TECAPEEK) ˌˌResine termoplastiche rinforzate con fibre (es.: TECAPEEK PVX, TECAMID 6 GF 30, TECAMID 66 CF20, TECADUR PBT GF 30) ˌˌResine termoplastiche rinforzate con tessuti (es.: TECATEC PEEK CW 50) ˌˌResine termoplastiche modificate con PTFE (es.: TECAPET TF, TECAPEEK TF10 blu) I materiali plastici: differenze rispetto ai metalli Rispetto ai metalli, i materiali plastici offrono un’ampia gamma di vantaggi, anche se bisogna tener presenti alcune restrizioni. Fondamentalmente, l’uso delle materie plastiche è possibile in quei campi in cui viene richiesto soprattutto un rapporto favorevole tra peso e resistenza. La plastica offre una soluzione valida per quelle applicazioni che richiedono due o tre delle caratteristiche vantaggiose sottoelencate. Tuttavia, per poter sfruttare i vantaggi delle materie plastiche utilizzate in sostituzione di altri materiali, può essere necessario riprogettare il componente. pVantaggi rispetto ai metalli ˌˌBassa densità ˌˌBuono smorzamento di rumore e vibrazioni ˌˌIsolamento elettrico o conducibilità modulabile ˌˌBuona resistenza chimica ˌˌLibertà di design ˌˌPermeabilità alle onde elettromagnetiche ˌˌOttima resistenza alla corrosione ˌˌIsolamento termico ˌˌPossibilità di modifiche secondo l’applicazione specifica qLimiti rispetto ai metalli ˌˌResistenza termica relativamente bassa ˌˌMaggiore dilatazione termica ˌˌProprietà meccaniche inferiori ˌˌMinore resistenza al creep (scorrimento plastico a freddo) Queste diverse proprietà delle materie plastiche rispetto ai metalli devono essere tenute in considerazione specialmente nel caso di processi che comportino una lavorazione meccanica tecnica. sDa ricordare: ˌˌBassa conducibilità termica hhIl calore non viene o viene solo in parte dissipato attraverso il componente lavorato, come avviene invece nella lavorazione dei metalli ˌˌMaggiore dilatazione termica rispetto ai metalli ˌˌDurante la lavorazione bisogna assicurare un buon fissaggio e supporto del pezzo in materiale plastico sPossibili problematiche ˌˌL’eccessivo apporto di calore nel componente può portare a livelli di tensione troppo elevati, e di conseguenza a deformazione o rottura. ˌˌUn’eccessiva immissione di calore causa la dilatazione della plastica. Le tolleranze richieste sulle parti lavorate non possono quindi essere mantenute. ˌˌUn fissaggio inadeguato può portare a deformazioni durante la lavorazione. uSuggerimenti ˌˌProvvedere ad una buona dissipazione del calore – meglio se attraverso la corretta asportazione del truciolo – insieme ad un fissaggio adeguato Questo approccio deve essere adattato a seconda del tipo specifico di materiale plastico, al fine di stabilire gli utensili ed i parametri di taglio ottimali. Solo in questo modo è possibile produrre componenti precisi e di elevata qualità. Nelle pagine seguenti sono disponibili informazioni dettagliate in merito alla lavorazione dei materiali plastici. 5 Che ruolo gioca la tecnologia dell'estrusione nella lavorazione? Utensili e macchinari per la lavorazione della plastica I processi di produzione esercitano un certo impatto sulle proprietà e la lavorabilità di un materiale. Ad esempio, i semilavorati plastici in PTFE o poliimmide possono essere prodotti tramite compressione e sinterizzazione, mentre la maggior parte degli altri materiali termoplastici viene prodotta mediante estrusione. In questo processo di trasformazione, i materiali vengono fusi, compressi e omogeneizzati tramite una vite in un cilindro riscaldato. Sfruttando la pressione risultante nel cilindro – e gli utensili adeguati –, i prodotti semilavorati vengono estrusi sotto forma di lastre, tondi e tubi, e calibrati tramite un sistema di raffreddamento. Per la lavorazione dei semilavorati plastici si possono utilizzare dei normali macchinari disponibili sul mercato per l’industria di lavorazione del legno e dei metalli, abbinati ad utensili in acciaio rapido (HSS). Impatto ˌˌSi sviluppano tensioni interne ˌˌLe fibre assumono un orientamento specifico (se presenti) Ensinger offre un’ampia gamma di semilavorati plastici per ingegneria e materiali plastici resistenti alle alte temperature. Le materie plastiche standard completano il nostro portfolio. Tutti questi materiali vengono prodotti in modo da poter essere lavorati in maniera ottimale alle macchine utensili. Di norma, utensili con angoli di taglio come quelli usati per l’alluminio sono adatti. Raccomandiamo tuttavia l’uso di utensili speciali per materiali plastici, con angoli più acuti. Utensili in acciaio indurito non dovrebbero essere usati per lavorare materie plastiche rinforzate, perché comportano lunghi tempi di lavorazione e la durata degli utensili è ridotta. In questo caso è consigliato l’uso di utensili al carburo di tungsteno, ceramici o a punta diamantata. Analogamente, seghe circolari dotate di lame con riporto al carburo sono l'ideale per tagliare la plastica. uSuggerimenti ˌˌUsare utensili specifici per i materiali plastici ˌˌUsare una geometria di taglio adatta ˌˌUtensili molto ben affilati Tensioni interne La pressione risultante dal processo di estrusione produce un movimento di taglio e un flusso della massa fusa di materiale plastico. All'uscita dalla trafila, i semilavorati si raffreddano lentamente a partire dagli strati periferici fino al centro. La bassa conducibilità termica dei materiali plastici comporta diversi tassi di raffreddamento: mentre i bordi si sono già solidificati, il centro contiene ancora plastica allo stato liquido o fusa. Durante la fase di raffreddamento il materiale si ritira, ma la parte centrale non può contrarsi a causa dello strato rigido circostante. Impatto del processo tecnologico ˌˌTensioni interne (al centro) sono dovute al processo produttivo ˌˌI semilavorati possono diventare difficili da lavorare hhRischio elevato di lacerazioni e fratture Possibili soluzioni ˌˌTrattamento termico specifico per il materiale, per ridurre al minimo le tensioni interne (� p. 19) 6 Il raffreddamento avviene dall’esterno Centro: picchi di tensione Lavorazione con macchine utensili La lavorazione con macchine utensili (definita secondo la norma DIN 8580) costituisce il modo più veloce ed economico per produrre componenti di precisione, specialmente in piccoli volumi. Utilizzando questi processi di lavorazione si possono ottenere tolleranze molto strette. Ensinger possiede decenni di esperienza nel campo della lavorazione di materiali plastici per ingegneria e per alte temperature. Questo “know-how” ci permette di produrre componenti ad alta precisione in diversi materiali plastici, usando lavorazioni interne all’azienda. Inoltre saremo lieti di fornirvi maggiori informazioni riguardo alle lavorazioni ed ulteriori trattamenti dei nostri semilavorati, o riguardo agli sbozzati prodotti usando processi di stampaggio ad iniezione o formatura diretta. 7 Taglio Seghe circolari ˌˌAdatte principalmente per tagliare a misura lastre, con tagli rettilinei ˌˌSeghe circolari da tavolo possono essere usate (scegliendo la corretta trasmissione di potenza) per tagli rettilinei di lastre con spessori fino a 100 mm ˌˌLe lame dovrebbero essere fatte di metallo indurito ˌˌUtilizzare un avanzamento sufficientemente elevato ed una stradatura adeguata hhMigliore asportazione del truciolo hhEvita l’inceppamento della lama hhEvita il surriscaldamento della plastica durante il taglio hhPorta ad una buona qualità di taglio Quali sono i processi di taglio più adatti per le parti in plastica? I materiali plastici possono essere tagliati utilizzando una sega a nastro o una sega circolare. La scelta dipende dalla forma del semilavorato. Generalmente parlando, il pericolo maggiore è costituito dal calore generato dall’utensile durante la lavorazione della plastica e dal conseguente possibile danno al materiale. Per questo motivo bisogna usare la lama corretta per ogni forma e materiale. uSuggerimenti ˌˌPer seghe a nastro usare un dispositivo tenditore adatto: hhEvita vibrazioni e dunque spigoli di taglio scheggiati o rotture ˌˌTagliare a caldo i materiali molto duri e rinforzati con fibre (pre-riscaldare a 80 – 120 °C) ˌˌLe lame in carburo di tungsteno resistono bene all’usura e generano un’ottima finitura superficiale Sägen t α Seghe a nastro ˌˌLe più adatte per tagliare a misura barre tonde e tubi ˌˌSi suggerisce di utilizzare cunei di supporto ˌˌE’ consigliabile usare lame affilate e con stradatura sufficiente hhBuona rimozione del truciolo hhRiduzione dell’attrito tra la lama ed il materiale, evitando un eccessivo accumulo termico hhSi evita il bloccaggio della lama α Angolo di spoglia inferiore [°] γ Angolo di spoglia superiore [°] t Passo [mm] γ Bohren Fattori chiave β pVantaggi: ˌˌIl calore generato dal taglio viene ben dissipato grazie alla lama lunga ˌˌLe seghe a nastro consentono un’applicazione versatile per tagli diritti, continui oppure irregolari ˌˌSi ottiene una buona qualità del bordo tagliato Verificare che vengano usate lame ben affilate e stradate γ quando vengono tagliati materiali φplastici. α φ Fräsen α γ 8 Qual è il modo migliore per lavorare le materie plastiche su un tornio? (tornitura) Consigli per la fresatura Le materie plastiche possono essere lavorate sui normali torni disponibili sul mercato. Tuttavia, per ottenere risultati ottimali, conviene usare utensili specifici per la plastica. I materiali plastici possono essere fresati utilizzando comuni centri di lavoro. Ciò dovrebbe essere fatto usando utensili dotati di uno spazio adeguato per il truciolo in modo da garantire lo scarico dello stesso ed evitare surriscaldamenti. Utensili da taglio ˌˌUtilizzare utensili con piccoli raggi di taglio ˌˌPer ottenere finiture di alta qualità usare lame provviste di utensili larghi e lisci ˌˌPer lavorare pezzi flessibili utilizzare geometrie di taglio a coltello ˌˌUsare geometrie opportune per il fissaggio ˌˌPer troncare usare speciali geometrie a scalpello ˌˌTagliare circonferenze e superfici levigate pVantaggi: ˌˌSuperficie ottimale, priva di solchi ˌˌRiduzione dell’accumulo di materiale uSuggerimenti ˌˌSelezionare una velocità di taglio elevata ˌˌUsare una profondità di taglio di almeno 0.5 mm ˌˌL’aria compressa è molto adatta per il raffreddamento ˌˌUsare una lunetta per ovviare alla bassa rigidità della plastica hhStabilizza il componente hhEvita deformazioni pVantaggi: ˌˌBuon raffreddamento del materiale ˌˌEvita la formazione di truciolo lungo che può generarsi con alcune materie plastiche. Si evitano l’inceppamento e la rotazione del truciolo con il tornio. Utensile rettificato per prevenire la formazione di bave Utensili ˌˌAdatti per le resine termoplastiche hhFresa a disco per scanalature hhFresa per spianare hhFresa cilindrica hhUtensili a tagliente singolo hhFly cutter ˌˌUtensili a tagliente singolo pVantaggi: hhOttima performance media di taglio hhElevata qualità superficiale abbinata ad una buona rimozione del truciolo uSuggerimenti ˌˌVelocità di taglio elevata e avanzamento medio ˌˌGarantire un buon fissaggio: hhUn metodo rapido per il piano ed un’elevata velocità del mandrino abbinate ad un corretto assetto di fissaggio permettono una finitura di qualità superiore ˌˌPezzi sottili possono essere bloccati usando un piano aspirato o del nastro biadesivo sul piano ˌˌPer superfici piane, la fresatura con utensili a spianare risulta più economica di quella con utensili di contornatura (fresatura periferica). ˌˌDurante la fresatura periferica, gli utensili non dovrebbero avere più di due taglienti in modo da ridurre al minimo le vibrazioni causate da un numero elevato di lame e da poter evacuare adeguatamente i trucioli. Come ottenere migliori superfici di fresatura ˌˌPer fresature superficiali scegliere un basso angolo Finitura Utensile di tornitura di truciolo ˌˌPerformance di taglio e qualità superficiale ottimali si ottengono con utensili a tagliente singolo ˌˌLa fresatura concorde (la direzione di moto del tagliente è la stessa della direzione di alimentazione) è preferibile rispetto a quella convenzionale 9 Foratura di materiali plastici per ingegneria Quando si forano componenti in plastica, è opportuno scegliere un metodo specifico adatto al materiale, in modo da evitare difetti. Altrimenti esiste un pericolo di rottura, lacerazione, surriscaldamento o variazioni dimensionali dei fori realizzati. Quando si fora è necessario prestare una particolare attenzione alle proprietà isolanti della plastica. Queste possono far sì che i materiali plastici (in particolare quelli semicristallini) accumulino velocemente calore durante il processo di foratura, specialmente se la profondità di perforazione è più del doppio rispetto al diametro. Ciò può portare ad una plasticizzazione del foro ed una dilatazione interna del componente, che possono a loro volta causare una tensione di compressione nella parte (specialmente quando si fora al centro di barre tonde). I livelli di tensione possono essere talmente elevati da provocare un alto livello di deformazione, inesattezza dimensionale o persino crepe, fratture e rotture complete del componente finito o grezzo. Una lavorazione adeguata del materiale potrà evitare tutto questo. Diagramma delle tensioni con punta poco affilata Diagramma delle tensioni con punta ben affilata Utensili ˌˌNormalmente sono sufficienti punte ben affilate in acciaio rapido (HSS) disponibili sul mercato ˌˌUsare punte a cannone: hhRiducono l’attrito e limitano l’accumulo di calore uSuggerimenti ˌˌUsare un refrigerante ˌˌRitirare spesso la punta: hhrimozione dei trucioli hhraffreddamento aggiuntivo ˌˌEvitare l’uso dell'avanzamento manuale: hhassicura che la punta non venga bloccata hhevita la formazione di crepe uSuggerimenti per eseguire fori di piccolo diametro ( < 25 mm) ˌˌUsare punte in acciaio rapido (HSS) ˌˌUsare una punta elicoidale ˌˌAngolo dell'elica tra 12° e 25°: hhscanalature a spirale molto lisce hhfavorisce l'evacuazione dei trucioli ˌˌRimuovere spesso la punta (foratura intermittente) hhmigliore eliminazione dei trucioli e limitato accumulo di calore ˌˌIn caso di componenti a basso spessore suggeriamo di usare: hhvelocità di taglio elevate hhse possibile, selezionare un angolo di sbavatura neutro (0°) per evitare che la punta si inceppi nel componente e di conseguenza si rompa e/o sollevi il pezzo da lavorare uSuggerimenti per eseguire fori di diametro elevato ( > 25 mm) ˌˌEffettuare una foratura di prova con fori ampi ˌˌSelezionare un diametro di pre-foratura non più grande di 25 mm ˌˌEseguire successivamente la finitura interna con un utensile a scalpello ˌˌPer forare lunghe sezioni di barra inserire la punta da un solo lato hhNel caso di tentativi di foratura che si incontrano al centro (foratura bilaterale), possono insorgere accumuli di tensione indesiderati, che nella peggiore delle ipotesi portano alla rottura del pezzo ˌˌIn casi estremi o nel caso di materiali rinforzati, è consigliabile effettuare la foratura sul componente preriscaldato a circa 120 °C (tempo di riscaldamento circa 1 ora ogni 10 mm di sezione trasversale) hhPer garantire precisione dimensionale, la finitura va eseguita dopo che lo sbozzato si è raffreddato completamente Fattori chiave Accertarsi che la punta sia affilata. Inoltre, non esercitare una pressione troppo elevata. 10 beln Filettatura Piallatura / spianatura Il modo migliore per filettare i materiali plastici per ingegneria è di usare utensili a pettine per i filetti maschi o utensili di fresatura per i filetti femmina. La piallatura e la spianatura a fresa sono metodi di lavorazione meccanica con geometria dell’utensile specifica per produrre superfici, scanalature o profili molto regolari. Utensili Le due procedure differiscono tra loro solo per il fatto che con la piallatura viene rimossa un’intera linea di materiale trasversale alla superficie in un solo passaggio, tramite l’utensile della pialla. Nel caso della spianatura, invece, la superficie viene lavorata usando una testa di fresatura. Entrambi i processi sono molto adatti a produrre superfici lisce e/o piane sui prodotti semilavorati. La differenza principale è che ne derivano superfici visivamente diverse (finitura superficiale). ˌˌUtilizzare utensili a pettine ˌˌUn pettine per filettare a doppio dente evita la formazione di bave ˌˌL’uso di filiere è sconsigliato. Nel ritirare l’utensile è possibile che si effettuino ulteriori tagli indesiderati. uSuggerimenti ˌˌUtilizzando maschi per filettare bisogna prevedere un’adeguata tolleranza (dipende dal materiale e dal diametro, valore indicativo: 0.1 mm) ˌˌNon selezionare un precarico troppo elevato, per evitare lo schiacciamento del filetto Fräshobeln Hobeln Hobeln Fräshobeln Piallatura e spianatura presso Ensinger ˌˌEnsinger può offrire semilavorati sia piallati che spianati a fresa grazie al servizio di taglio a misura ˌˌLastre > 600 mm possono essere lavorate solo usando il processo di spianatura ˌˌLastre < 600 mm possono essere lavorate usando entrambi i processi ˌˌPezzi piccoli vengono realizzati utilizzando la piallatura Fräshobeln Superficie spianata Spianatura HobelnSuperficie piallata Hobeln Piallatura 11 Rettifica Sägen Nella rettifica, gli effetti complessivi dei movimenti del taglio, del pezzo e della profondità di passata risultano in una rimozione uniforme del truciolo dalla superficie che si sta lavorando. Il risultato della rettifica viene influenzato da: ˌˌLa rettificatrice ˌˌL’utensile usato ˌˌIl mezzo di rettifica ˌˌI parametri di lavorazione del processo di rettifica ˌˌIl materiale da lavorare ˌˌLa circolarità/rettilineità dei prodotti semilavorati Parametri di lavorazione particolarmente decisivi sono: ˌˌVelocità di taglio ˌˌVelocità di avanzamento longitudinale ˌˌProfondità di passata ˌˌVelocità di avanzamento trasversale 12 Ho Macchinari regolati in maniera ottimale e la scelta corretta dei parametri secondo il materiale garantiscono di ottenere una ottima qualità superficiale con bassa rugosità, tolleranze sul diametro fino a h9, e buona circolarità e rettilineità. Rettifica presso Ensinger Siamo in grado di fornire tondi rettificati attraverso il nostro servizio di taglio a misura. Grazie ad un’elevata qualità superficiale ed a strette tolleranze, i tondi rettificati facilitano le successive lavorazioni e sono adatti a processi produttivi in continuo. Schleifen Fo Qualità superficiale, finitura e sbavatura Per ottenere una buona finitura superficiale, è consigliabile seguire le seguenti linee guida: Utensili ˌˌUtilizzare utensili adatti alle materie plastiche ˌˌGli utensili devono sempre essere ben affilati e lisci (spigolo di taglio affilato). Lame smussate possono portare ad una eccessiva produzione di calore, che causerebbe deformazioni e dilatazione termica ˌˌGli utensili devono essere distanziati in maniera adeguata per garantire che solo la lama venga a contatto con la plastica Macchina per la lavorazione ˌˌSuperfici con finiture di alta qualità e prive di difetti possono essere ottenute solo se la macchina durante il funzionamento produce poche vibrazioni Materiale Raffreddamento ˌˌUtilizzare dei refrigeranti in caso di processi che comportino una generazione elevata di calore (come la foratura) ˌˌUsare refrigeranti adeguati uSuggerimenti ˌˌLe pressioni di fissaggio non devono essere troppo elevate, per evitare deformazioni e segni di impronte sul pezzo ˌˌSelezionare parametri adatti al processo di lavorazione (� p. 15) ˌˌMantenere la velocità di avanzamento ad un livello moderato ˌˌSelezionare una velocità di taglio elevata ˌˌGarantire una buona rimozione di trucioli per evitare l'accumulo sull'utensile ˌˌAccertarsi che la rimozione di materiale sia uniforme su tutti i lati per evitare deformazioni ˌˌUsare materiale a basse tensioni interne (i semilavorati Ensinger sono solitamente sottoposti ad un trattamento termico specifico per ridurre le tensioni) ˌˌTenere in considerazione le proprietà della plastica (dilatazione termica, bassa resistenza meccanica, bassa conduzione di calore ... ) ˌˌA causa della rigidità relativamente bassa del materiale, il pezzo da lavorare deve essere sostenuto in maniera adeguata e deve giacere su una superficie più piana possibile per evitare deformazioni e risultati fuori tolleranza. 13 Sbavatura Dopo le operazioni di fresatura, rettifica, foratura, tornitura od incisione, piccole parti del materiale da lavorare rimangono sul pezzo o sui suoi spigoli. Queste bave influenzano negativamente la qualità superficiale del componente. Nella lavorazione della plastica, la formazione di bave dipende in particolare da una serie di diversi parametri. Utensile ˌˌSelezionare utensili specifici per un particolare materiale ˌˌCondizione dell’utensile: hhUtensili poco affilati causano un maggior sviluppo di calore e la formazione di bave Materiale ˌˌMaterie plastiche con bassa conducibilità termica: hhTemperature localmente più elevate, ridotta rigidità e durezza hhBave da fusione/sbavature ˌˌI materiali plastici più morbidi e tenaci (es.: PE, PTFE) tendono a formare più bave; i materiali duri e più rigidi (es.: PEEK, PPS, materiali rinforzati con fibre) mostrano meno questa tendenza Parametri di lavorazione ˌˌTasso di avanzamento del materiale ˌˌVelocità di taglio: hhTassi di avanzamento e velocità di taglio superiori portano a temperature più elevate hhMaggiore formazione di bave ˌˌGarantire un raffreddamento adeguato Per i motivi summenzionati, è importante selezionare un utensile adatto per ogni materiale e stabilire i parametri corretti, al fine di ottenere le superfici ed i bordi migliori possibili, privi di sbavature. Tipici metodi di eliminazione di bave per i materiali plastici Eliminazione manuale ˌˌE' il metodo più comune per la sbavatura ˌˌMetodo flessibile, ma molto laborioso ˌˌAllo stesso tempo si può effettuare un controllo visivo del componente Sbavatura tramite getto abrasivo Sulla superficie del componente viene indirizzato un getto di materiale abrasivo ad alta pressione; metodi comuni di pulitura a getto: sabbiatura, sfere di vetro, ghiaccio secco e gusci vegetali ˌˌUsato anche per diversi trattamenti superficiali: hhLevigatura hhIrruvidimento hhEliminazione delle contaminazioni Sbavatura criogenica Rimozione di bave a temperature intorno ai –195 °C attra verso l’uso di un getto o tramite burattatura dei componenti ˌˌRefrigeranti più comuni: azoto liquido, anidride carbonica liquida, ghiaccio secco ˌˌLe basse temperature portano a fragilità e durezza dei materiali Eliminazione di bave tramite fiammatura Eliminazione di bave usando una fiamma libera ˌˌPericolo: si potrebbe danneggiare il componente a causa di un eccessivo surriscaldamento Eliminazione di bave tramite aria calda La bava fonde sotto l’influsso del calore ˌˌProcesso molto sicuro e ben controllabile ˌˌCon una gestione del processo adatta al materiale si evitano danni o deformazioni del componente Eliminazione di bave con infrarossi Questo procedimento è paragonabile all’eliminazione di bave tramite aria calda; invece dell’aria calda, per riscaldare viene usata una fonte di calore ad infrarossi Burattatura Trattamento delle parti insieme ad abrasivi mediante rotazione / vibrazione 14 Sägen Linee guida di lavorazione α γ Taglio con sezionatrice γ Bohren Foratura Sägen Sägen β α Angolo di spoglia inferiore [°] γ Angolo di spoglia superiore [°] t Passo [mm] t α t α Angolo di spoglia inferiore [°] β Angolo dell‘elica [°] γ Angolo di spoglia superiore [°] φ φ Angolo della punta [°] t α γ γ α φ Angolo di spoglia inferiore Angolo di spoglia superiore Velocità di taglio Angolo di Numero di Angolo spoglia taglienti dell‘elica superiore Passo TECAFINE PE, PP 20 – 30 2 – 5 500 3 – 8 Z2 25 90 TECAFINE PMP 20 – 30 2 – 5 500 3 – 8 Bohren Z2 α Z2 25 90 25 90 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 2 – 8 Sägen 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 Prodotti TECA rinforzati/caricati* * Agenti di rinforzo/cariche: Fibre di vetro, sfere di vetro, fibre di carbonio, grafite, mica, talco, ecc. γ α β α φ 3 – 5 Z2 Bohren φ α γ 90 90 γ 120 100 Avanzamento tangenziale Avanzamento 50 – 150 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 α Angolo di spoglia inferiore [°] γ Angolo di spoglia superiore [°] Velocità di taglio Avanzamento Riscaldare prima di forare al centro: da Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX da Ø 80 mm TECAMID 66 MH, 66 GF, TECAPET, TECADUR PBT GF da Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, TECAM 6 MO, TECANYL GF χ γ L’avanzamento può essere fino a 0,5 mm / dente Numero di taglienti 25 25 Drehen Tornitura Fräsen Fresatura χ α Z2 αχ 10 – 14 Riscaldare prima di tagliare: da Ø 60 mm TECAPEEK GF/PVX, TECATRON GF/PVX α 66 GF, TECAPET, TECADUR PBT GF TECAMID φda Ø 80 mm da Ø 100 mm TECAMID 6 GF, 66, 66 MH α γ Velocità di taglio α Angolo di spoglia inferiore [°] γ Angolo di spoglia superiore [°] χ Angolo laterale [°] α Il raggio inserto r deve essere almeno 0,5 mm γ Angolo di spoglia inferiore Angolo di spoglia superiore Angolo laterale Velocità di taglio Avanzamento TECAFINE PE, PP Z1 – Z2 250 – 500 0,1 – 0,45 6 – 10 0 – 5 45 – 60 250 – 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 Prodotti TECA rinforzati/caricati* Z1 – Z2 80 – 450 0,05 – 0,4 6 – 8 2 – 8 45 – 60 150 – 200 0,1 – 0,5 * Agenti di rinforzo/cariche: Fibre di vetro, sfere di vetro, fibre di carbonio, grafite, mica, talco, ecc. Preriscaldare il materiale a 120 °C Prudenza nell’usare refrigeranti: sensibili a rottura per stress cracking 15 Intervista con l'azienda "Hufschmied Zerspanungssysteme" (Sistemi di lavorazione) Che attività svolge l’azienda Hufschmied? Hufschmied è specializzata nello sviluppo e produzione di “utensili di lavorazione ottimizzati per materiali specifici” per il settore materie plastiche e compositi. I nostri utensili vengono prodotti internamente usando centri di lavoro CNC a 6 assi. In questo modo sono possibili tempi brevi tra la richiesta e la consegna. Ceramiche e metalli completamente induriti di alto livello fungono da materiali di base, che vengono poi rivestiti secondo le richieste del cliente. Qual è la vostra esperienza nel campo della lavorazione della plastica in generale? Hufschmied è presente sul mercato da più di 25 anni. Ben presto ci siamo concentrati sulla lavorazione della plastica, poiché era evidente che questo era il settore in cui ci si poteva aspettare una forte crescita. Le materie plastiche continuano a svilupparsi rapidamente ed ogni giorno nuovi materiali high-tech vengono introdotti sul mercato. Poiché lavoriamo con svariati produttori di materiali e con diverse università, abbiamo sempre la possibilità di venire a contatto in una fase molto precoce con nuovi materiali. Questi vengono poi lavorati nel nostro laboratorio. In questo modo possiamo supportare da subito i nostri clienti con strumenti e processi adeguati. Come reagite alle continue sfide legate ai nuovi materiali? Fino ad oggi siamo stati in grado di lavorare tutti i materiali plastici, anche se talvolta sono stati necessari diversi cicli di ottimizzazione per creare le attrezzature. Le materie plastiche stanno diventando sempre più varie, e quindi abbiamo bisogno di regolare le geometrie degli utensili di conseguenza. E’ utile una scheda tecnica del materiale, specialmente nel caso di materiali “caricati”. Poiché non fabbrichiamo noi le materie plastiche e non siamo in grado di analizzarle in ogni dettaglio, dobbiamo poter contare su queste informazioni. Se poi queste si adattano alle condizioni generali, come il set-up della macchina, gli utensili ed i parametri, possiamo raggiungere il risultato desiderato abbastanza velocemente. Tutti i nostri risultati di prova vengono raccolti in un database e successivamente analizzati. Questo database costituisce il fulcro delle nostre conoscenze riguardo alle lavorazioni e ci aiuta nello sviluppo degli utensili e dei processi. 16 Sviluppo del processo Materiale Utensile Macchina Bene / parte economica Velocità di rotazione (max. possibile) Programmazione Serraggio utensile Che filosofia seguite nella lavorazione della plastica? Progettiamo sempre i nostri utensili per una lavorazione a secco. Raramente siamo in grado di lavorare in condizioni di umidità: l’applicazione o la funzione del componente spesso non lo consentono. Nei liquidi refrigeranti spesso vengono inclusi degli additivi che possono generare reazioni negative durante la lavorazione della plastica. I nostri utensili sono progettati per lavorare ad elevate velocità di avanzamento, che vengono usate per assicurare che il calore non venga dissipato nel componente, bensì nei trucioli. Queste regolazioni dei parametri vengono spesso effettuate da noi presso il cliente che non vuole rischiare di sbagliare per mancanza di esperienza. Quali sono i problemi che vedete come principali nel mercato della lavorazione della plastica? Secondo me, il cliente è ancora troppo focalizzato sull’industria di lavorazione dei metalli. Ciò spesso porta a problemi legati ad effetti di plasticizzazione, deformazione, rottura o formazione di bave. In particolare, la formazione di bave è critica per i nostri clienti, in quanto rende necessario molto tempo di rilavorazione. Spesso ci basta modificare poche cose essenziali nel programma di lavorazione per evitare una rilavorazione successiva. Molti clienti desiderano un utensile universale con cui poter lavorare la maggior parte dei componenti e materiali. Sfortunatamente, ciò raramente è possibile, poiché materiali differenti richiedono anche geometrie di utensile diverse. L’utensile deve essere adattato specialmente per applicazioni di gamma alta, per renderlo idoneo sia al materiale che al pezzo finito. Solo in questo modo è possibile una lavorazione adeguata, che sia affidabile e conveniente dal punto di vista economico. Quali materie plastiche – secondo voi – sono, dal punto di vista della lavorazione tecnica, particolarmente critiche o non critiche nella loro lavorabilità? I materiali plastici caricati con carbonio o fibre di vetro sono decisamente interessanti. Attualmente vengono usate sempre più plastiche caricate con la ceramica. Ciò può rendere la vita difficile ad un utensile! Ma se sappiamo cosa è contenuto nel materiale, possiamo rispondere di conseguenza. Materiali come il PE, POM, PC, ed il PTFE possono essere trattati senza grossi problemi utilizzando gli utensili corretti, i giusti parametri ed una macchina valida. Ma anche le condizioni al contorno devono coincidere nel dettaglio. Avete un consiglio specifico su come determinare il metodo di lavorazione ottimale per le materie plastiche? Devo conoscere alla perfezione come lavora la macchina. Come gestisce raggi piccoli o tassi di avanzamento elevati? Se tutto ciò è già stato analizzato, posso far riferimento ai disegni e di conseguenza utilizzare le velocità possibili, gli avanzamenti ed il serraggio del pezzo ideali per l’utensile selezionato. Non appena sono stati definiti gli utensili, si possono adattare i programmi. I valori base possono essere trovati sulla nostra homepage www.hufschmied.net. La controrotazione rappresenta sempre un tema molto importante. Molte persone programmano la macchina – come si fa nella lavorazione dell’acciaio – in controrotazione e poi hanno grossi problemi con la bave ed una scarsa finitura superficiale. Esistono industrie in cui le esigenze speciali della lavorazione della plastica debbano essere tenute particolarmente in considerazione? Ogni industria ha i propri parametri di riferimento a cui dobbiamo adattarci. Per esempio l’industria dei dispositivi medicali: qui vengono effettuate prevalentemente lavorazioni a secco. Spesso devono essere prodotte anche parti molto piccole e queste solitamente richiedono utensili speciali. Spesso lavoriamo con micro punte e lunghezze estreme nel taglio. Sulle superfici lisce deve essere prodotta la minima rugosità possibile. Un piccolo vantaggio è che in questo campo vengono solitamente usati macchinari ad alta precisione. Quali proprietà considerate come valori di riferimento per stabilire la lavorabilità del materiale plastico? Per quantificare in parte la lavorabilità, abbiamo bisogno principalmente dei seguenti dettagli: ˌˌIdentificazione più accurata possibile del materiale ˌˌIl materiale è caricato o ulteriormente modificato? ˌˌIl materiale proviene da una barra o da una lastra? ˌˌChe aspetto deve avere il prodotto finale? ˌˌChe macchina è disponibile? ˌˌIl pezzo da lavorare come viene fissato? Sulla base di queste informazioni, forse è possibile stabilire e quantificare la lavorabilità. Saremo lieti anche di effettuare dei test sui nostri stessi macchinari. A tal proposito, verrà preparato un protocollo di prova con parametri, foto ed un video dimostrativo. Quali parametri possono essere usati per ottimizzare i processi di lavorazione? Come già menzionato, i seguenti parametri sono importanti per una buona lavorazione: ˌˌVelocità di rotazione ˌˌAvanzamento per dente ˌˌSerraggio del pezzo e dell’utensile ˌˌFresatura concorde o discorde ˌˌRaffreddamento ˌˌStruttura del programma Il parametro più importante è tuttavia l’utensile di lavorazione. Temperatura Temperatura di rammollimento Temperatura di lavorazione Velocità di rotazione Lavorazione possibile ma con limitate velocità di avanzamento tZona critica •Formazione di bave •Rottura del tagliente Alta velocità di avanzamento con rotazioni elevate • Economico Ralph Hufschmied, Nabil Khairallah (Hufschmied Zerspanungssysteme), intervista di Holger Werz (Ensinger GmbH) 17 Raffreddamento ed agenti lubrificanti La tendenza attuale è di effettuare la lavorazione a secco per le materie plastiche per ingegneria. Poiché ora è disponibile un’esperienza sufficiente in questo campo, spesso è possibile fare a meno di usare liquidi refrigeranti. I processi di lavorazione dei termoplastici che fanno eccezione sono: ˌˌFori profondi ˌˌFilettature ˌˌTaglio con sega di materiali rinforzati Comunque è possibile usare una superficie di taglio raffreddata per migliorare sia la qualità della superficie che le tolleranze delle parti in plastica lavorate, e anche per permettere velocità di avanzamento maggiori e di conseguenza tempi di lavorazione ridotti. Lavorazione con refrigeranti Se è necessario un raffreddamento, si raccomanda di effettuarlo: ˌˌAttraverso la corretta evacuazione del truciolo ˌˌUsando aria compressa hhVantaggio: raffreddamento e contemporanea rimozione dei trucioli dall’area di lavoro ˌˌUso di refrigeranti solubili in acqua ˌˌSi possono usare anche emulsioni ed olii da taglio disponibili sul mercato hhProdotti nebulizzati e aria compressa sono metodi molto efficaci Lavorazione di materie plastiche amorfe ˌˌEvitare di usare refrigeranti: hhMateriali soggetti a sviluppare rotture da tensione (stress cracking) ˌˌSe il raffreddamento è indispensabile: hhLe parti dovrebbero essere risciacquate in acqua pura o isopropanolo subito dopo la lavorazione ˌˌUtilizzare refrigeranti adatti: hhAcqua pura hhAria compressa hhLubrificanti speciali: informazioni in merito ai lubrificanti adatti sono disponibili presso i fornitori di refrigeranti 18 pVantaggi della lavorazione a secco ˌˌAssenza di residui sui componenti hhVantaggioso per componenti usati nel settore medicale o nell’industria alimentare (assenza di migrazione) hhPossono essere esclusi effetti dei refrigeranti sul materiale (dilatazione, cambio di dimensioni, stress cracking ... ) hhAssenza di interazioni con il materiale hhSi esclude un’errata valutazione / trattamento da parte dell’operatore sNota ˌˌSpecialmente nella lavorazione a secco il raffreddamento è essenziale per ottenere una buona dissipazione del calore! Fattori chiave Come indicazione generale, si consiglia, la lavorazione a secco con dissipazione del calore tramite il truciolo. Trattamento termico Processo di ricottura (annealing) Il processo di ricottura implica il trattamento termico di prodotti semilavorati, stampati o pezzi finiti. I prodotti vengono riscaldati lentamente e uniformemente ad un preciso livello di temperatura specifico per il materiale. Segue un periodo di mantenimento in temperatura, che dipende dal materiale e dal suo spessore, al fine di riscaldare accuratamente e in profondità il particolare. Successivamente il materiale deve essere riportato lentamente ed uniformemente a temperatura ambiente. Riduzione delle tensioni tramite ricottura ˌˌLe tensioni residue che si sono create durante la produzione o la lavorazione possono essere ridotte in maniera drastica e quasi completa tramite la ricottura ˌˌAumento del grado di cristallinità dei materiali hhI valori meccanici del materiale vengono ottimizzati ˌˌFormazione di una struttura cristallina uniforme nei materiali ˌˌParziale miglioramento della resistenza chimica ˌˌRiduzione della tendenza alla deformazione ed alle variazioni dimensionali (durante o dopo la lavorazione) ˌˌMiglioramento duraturo della stabilità dimensionale Trattamento termico intermedio Può essere consigliabile sottoporre i componenti critici ad una fase di ricottura intermedia durante le fasi di lavorazione. Ciò si applica soprattutto nei seguenti casi: ˌˌse sono richieste tolleranze strette ˌˌse bisogna produrre componenti con una forte tendenza ad incurvarsi a causa della forma richiesta (asimmetrie, sezioni trasversali strette, tasche e scanalature) ˌˌnel caso di materiali caricati/rinforzati con fibre (l’orientamento delle fibre può aumentare la deformazione) hhLa lavorazione può introdurre nel componente tensioni aggiuntive. ˌˌUso di utensili poco affilati o inadatti: hhIniziatori di tensione ˌˌEccessivo sviluppo di calore nel componente – prodotto da velocità ed avanzamenti inadeguati ˌˌAsportazione di elevati volumi – soprattutto in caso di una lavorazione da un solo lato I semilavorati Ensinger sono sottoposti ad un trattamento di ricottura dopo la produzione. In questo modo si può garantire che il materiale che ricevete resterà stabile dimensionalmente durante e dopo la lavorazione e potrà anche essere lavorato meglio. Fase di mantenimento Fase di raffreddamento 6 h a 280 °C 2 h a 160 °C / 10 h a 280 °C a 20 °C / h fino a 40 °C 4 h a 220 °C 1,5 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C 3 h a 120 °C 4 h a 220 °C 1,5 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C PES 3 h a 100 °C 4 h a 200 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECASON P PPSU 3 h a 100 °C 4 h a 200 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECASON S PSU 3 h a 100 °C 3 h a 165 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAFLON PVDF PVDF 3 h a 90 °C 3 h a 150 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECANAT PC 3 h a 80 °C 3 h a 130 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAPET PET 3 h a 100 °C 4 h a 180 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECADUR PBT GF30 PBT 3 h a 100 °C 4 h a 180 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAMID 6 PA6 3 h a 90 °C 3 h a 160 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAMID 66 PA66 3 h a 100 °C 4 h a 180 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAFORM AH POM-C 3 h a 90 °C 3 h a 155 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C TECAFORM AD POM-H 3 h a 90 °C 3 h a 160 °C 1 h per cm spessore a 20 °C / h fino a 40 °C Materiale Polimero Fase di riscaldamento TECASINT PI 2 h a 160 °C TECAPEEK PEEK 3 h a 120 °C TECATRON PPS TECASON E * Alla massima temperatura, se non diversamente specificato. 19 Una fase di ricottura intermedia può aiutare a ridurre queste tensioni e limitare il rischio di deformazione. A tal riguardo, conviene fare attenzione che vengano rispettate le dimensioni e tolleranze richieste: ˌˌPrima di una ricottura intermedia, i componenti devono essere pre-lavorati con un margine dimensionale di sicurezza (sgrossatura) hhLa ricottura può portare ad un certo ritiro dei componenti ˌˌSuccessivamente, bisogna effettuare il dimensionamento finale delle parti (finitura) ˌˌSostenere bene il componente nella fase di trattamento termico intermedio: hhEvita deformazioni durante la ricottura Schema del ciclo di annealing Temperatura [°C] Tempo [h] t1 t2 Periodo Tempo di riscalda- di mante mento nimento t3 t4 Fase di raffreddamento Tempo aggiuntivo Temperatura forno Temperatura al centro del semilavorato / pezzo finito Cambiamenti morfologici e post-ritiro L'esposizione della plastica al calore ha sempre effetti diretti sui materiali e sulle loro proprietà. Di questo bisogna tener conto in caso di: ˌˌTrattamento termico (annealing) ˌˌLavorazione (sviluppo di calore per attrito) ˌˌUtilizzo in condizioni particolari (temperatura di esercizio, sterilizzazione con vapore surriscaldato) Materiali plastici semi-cristallini ˌˌIl processo di ricottura porta all’omogeneità delle proprietà del materiale hhAumento della cristallinità hhOttimizzazione delle proprietà meccaniche hhStabilità dimensionale migliorata hhMigliore resistenza chimica ˌˌLa lavorazione può portare ad un surriscaldamento locale per attrito. Conseguenza: hhCambiamenti microstrutturali hhPost-ritiro ˌˌParticolarmente critico a tal riguardo è il TECAFORM hhUna lavorazione scorretta può portare ad una grave deformazione e/o curvatura del componente Materie plastiche amorfe ˌˌSono meno critiche per quanto riguarda il post-ritiro e l’incurvatura Esempio di deformazione dovuta a lavorazione unilaterale 1. Giallo = materiale da asportare 2. Deformazione dopo che il materiale è stato rimosso da un lato Fattori chiave La ricottura/distensione porta ad un’ottima stabilità dimensionale e diminuisce il livello di tensioni. Nel caso di materiali amorfi, il trattamento termico riduce anche la sensibilità allo stress cracking. 20 Stabilità dimensionale La stabilità dimensionale deve essere considerata una caratteristica importante in ogni sistema ed in ogni fase della lavorazione – dalla fabbricazione dei semilavorati plastici all’utilizzo finale. Esistono varie cause che possono influenzare la stabilità dimensionale di un componente. Assorbimento di umidità: ˌˌI materiali plastici con basso assorbimento di umidità generalmente sono molto più stabili dimensionalmente. Esempio: TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECATRON, TECAPEEK hhPossono essere lavorati con tolleranze strette ˌˌI materiali plastici con alti livelli di assorbimento di umidità mostrano un’influenza marcata sulla stabilità dimensionale Esempio: TECAMID, TECAST hhL’accumulo/rilascio di umidità porta alla dilatazione o al ritiro del materiale hhPotrebbe essere consigliato un condizionamento prima della lavorazione Rilassamento delle tensioni ˌˌLe tensioni interne agiscono solo parzialmente o comunque hanno poco effetto sulla stabilità dimensionale del pezzo finito durante la lavorazione a temperatura ambiente. hhPezzo finito stabile dimensionalmente ˌˌDurante lo stoccaggio o l’utilizzo, queste tensioni interne possono lentamente rilasciarsi hhVariazioni dimensionali ˌˌParticolarmente critico: uso di componenti a temperature elevate: hhLe tensioni possono essere rilasciate improvvisamente. hhCambiamenti di forma, incurvature o, nel peggiore dei casi, rottura causata da tensioni quando si utilizza il componente ˌˌLe temperature sopra quella di transizione vetrosa del materiale causano cambiamenti microstrutturali e quindi hanno un effetto sul post-ritiro dopo un successivo raffreddamento hhIl ritiro e l’incurvatura sono particolarmente visibili in componenti con geometria asimmetrica hhI materiali termoplastici semi-cristallini mostrano un elevato post-ritiro (fino a ~1.0 – 2.5 %) e sono critici per quanto riguarda la deformazione hhI materiali termoplastici amorfi mostrano solo lievi caratteristiche di post-ritiro (~0.3 – 0.7 %) e sono più stabili dimensionalmente rispetto a quelli parzialmente cristallini ˌˌIn molti casi bisogna tener presente una elevata dilatazione termica (rispetto ai metalli) uLavorazione ˌˌ Garantire una buona dissipazione del calore per evitare l’aumento locale della temperatura ˌˌ In caso di asportazione di volumi elevati di materiale, è consigliabile introdurre una fase di trattamento termico intermedio per ridurre lo sviluppo di tensioni ˌˌ Le materie plastiche richiedono tolleranze produttive maggiori rispetto ai metalli ˌˌ Evitare forze di serraggio elevate per evitare distorsioni ˌˌ In particolare, nel caso di materiali rinforzati con fibre, fare attenzione alla posizione del componente all’interno dei prodotti semilavorati (osservare la direzione di estrusione) ˌˌ Quando si effettuano lavorazioni bisognerebbe adottare una procedura ottimizzata in base al componente Apporto di calore ˌˌSono critici tutti i processi in cui si introduce calore nel materiale hhEsempio: ricottura, lavorazione meccanica, uso ad alte temperature, sterilizzazione 21 Gruppi prodotto e caratteristiche dei materiali TECAFORM AH / AD, TECAPET, TECAPEEK Materiali semicristallini, non caricati TECAFORM AH / AD, TECAPET e TECAPEEK sono materiali molto stabili dimensionalmente con proprietà meccaniche bilanciate. Questi materiali sono molto facili da lavorare e tendono sostanzialmente a produrre trucioli corti. Possono essere lavorati con velocità di avanzamento ed alimentazione molto alte. Tuttavia è importante fare attenzione a limitare al massimo l'immissione di calore durante la lavorazione, poiché il TECAFORM e il TECAPET in particolare hanno una forte tendenza a subire un post-ritiro fino a circa il 2.5 %. Questo può portare ad un incurvamento dovuto al surriscaldamento locale. Nel caso dei materiali summenzionati, si può ottenere una rugosità superficiale molto bassa attraverso parametri di lavorazione ottimizzati. TECAST T, TECAMID 6, TECAMID 66 (Poliammidi) Poliammidi non caricate TECAST T, TECAMID 6 e TECAMID 66 sono materiali basati sulle poliammidi. A livello teorico bisognerebbe ricordare che le poliammidi hanno per natura caratteristiche di rigidità e fragilità elevate, ma a tal proposito si fa riferimento ad una condizione ideale, con materiale appena uscito dallo stampo. In realtà, a causa della loro struttura chimica, le poliammidi tendono ad assorbire umidità, e questa proprietà intrinseca modifica le caratteristiche donando loro un ottimo equilibrio tra tenacia e resistenza meccanica. Considerando semilavorati e componenti finiti di piccole dimensioni, l’assorbimento di umidità attraverso la superficie porta ad una distribuzione virtualmente uniforme del contenuto di acqua nell’intera sezione trasversale. Nel caso di prodotti semilavorati di dimensioni superiori (in particolare per tondi/lastre da 100 mm di diametro/spessore in su), il contenuto di umidità diminuisce invece dall’esterno 22 verso l’interno. Nel caso più sfavorevole, il centro è di carattere duro e fragile. Oltre alle tensioni interne prodotte durante l’estrusione, la lavorazione meccanica può portare un certo rischio di causare rotture per l’accumulo di sforzi. Inoltre bisogna ricordare che l’assorbimento di umidità può alterare le dimensioni del materiale. Questo "rigonfiamento" deve essere tenuto in considerazione nella lavorazione e nella progettazione dei componenti in poliammide. L'assorbimento di umidità (condizionamento) dei prodotti semilavorati gioca un ruolo importante nel caso delle lavorazioni meccaniche. I componenti particolarmente sottili (fino a ~ 10 mm) possono assorbire fino al 3 % di umidità. Come regola indicativa: ˌˌUn assorbimento di umidità del 3 % in peso causa una variazione dimensionale di circa 0,5 % ! Lavorazione del TECAST T ˌˌTende a produrre trucioli corti ˌˌPossiede dunque una buona lavorabilità Lavorazione del TECAMID 6 e del TECAMID 66 ˌˌTendono a formare trucioli continui ˌˌPuò essere necessaria una rimozione più frequente dei trucioli dall’utensile/pezzo ˌˌFattori importanti per generare trucioli che si stacchino quando sono ancora molto corti e per evitare problematiche nel processo: hhParametri di lavorazione ideali hhScelta di utensili adatti In generale, suggeriamo di riscaldare a 80 – 120 °C i pezzi di grandi dimensioni (es. tondi diametro > 100 mm e lastre con spessore > 80 mm) in caso di lavorazioni vicino al centro, per evitare rotture da tensione durante la lavorazione. Fattori chiave Le materie plastiche amorfe dovrebbero essere lavorate a secco quando possibile. Se l’uso di un refrigerante è assolutamente necessario, il componente deve essere pulito bene subito dopo. TECANAT, TECASON, TECAPEI Materiali termoplastici amorfi TECANAT, TECASON e TECAPEI sono materiali amorfi, molto inclini a sviluppare un fenomeno detto stress cracking. Si tratta di rotture che si innescano quando c’è combinazione tra tensioni meccaniche e contatto con agenti aggressivi come oli, grassi, solventi e alcuni liquidi refrigeranti. Per questo motivo bisogna evitare il più possibile di usare refrigeranti chimici quando si lavorano questi materiali (ad esempio, si può usare semplicemente acqua). Allo stesso modo conviene selezionare per quanto possibile parametri di lavorazione specifici per il materiale. ˌˌNon utilizzare velocità di avanzamento troppo alte ˌˌEvitare l’uso di pressioni troppo elevate ˌˌEvitare tensioni eccessive ˌˌSelezionare preferibilmente una velocità di rotazione alta ˌˌUtilizzare utensili adeguatamente affilati sDa tener presente nella progettazione I progetti costruttivi dovrebbero essere adattati per i materiali amorfi. ˌˌEvitare sforzi di taglio (costruttivi e in lavorazione) ˌˌProgettare spigoli e geometrie secondo il tipo di materiale (arrotondare preferibilmente gli spigoli interni) I materiali amorfi possono essere usati per produrre particolari molto stabili dimensionalmente con tolleranze strette, usando parametri di lavorazione adatti. Materiali TECA con PTFE I materiali che contengono una componente di PTFE (es. TECAFLON PTFE, TECAPEEK TF, TECAPEEK PVX, TECATRON PVX, TECAPET TF, TECAFORM AD AF) mostrano spesso una resistenza meccanica leggermente inferiore rispetto ai corrispondenti gradi non caricati. A causa di questo contenuto di PTFE, vanno tenuti in considerazione diversi aspetti durante la lavorazione. sPrestare attenzione durante la lavorazione: I materiali tendono ad accumularsi dietro all’utensile hhC’è un aumento marcato di rugosità della superficie (formazione di filetti, creste, superficie scabra) ˌˌEvitare di ripassare con la fresa hhAnche questo porta a superfici ruvide ˌˌPotrebbe essere necessaria una passata aggiuntiva per spianare le creste fino alla qualità superficiale desiderata hhSpesso è necessaria anche una sbavatura Selezionare una tensione di fissaggio adeguata per evitare che il componente “scappi via” e che, come risultato, i componenti non siano della misura corretta. TECASINT Semilavorati in poliimmide prodotti per sinterizzazione I gruppi di prodotti TECASINT 1000, 2000, 3000, 4000 e 5000 possono essere lavorati a secco o con refrigerante su macchine standard per la lavorazione dei metalli. sSuggerimenti Utensili ˌˌUsare utensili in metallo completamente indurito ˌˌUtensili con un angolo di taglio come quelli usati per la lavorazione dell’alluminio sono molto adatti ˌˌPer i prodotti TECASINT molto caricati (con ad esempio fibre di vetro) usare utensili con riporti diamantati o ceramici Lavorazione ˌˌAlte velocità di taglio e basse velocità di avanzamento abbinate ad una lavorazione a secco migliorano il risultato ˌˌUna lavorazione con liquidi refrigeranti aumenta la pressione di taglio e promuove la formazione di bave, ma è consigliata per prolungare la vita dell’utensile ˌˌUsare fresatura concorde per evitare scheggiature e cavità ˌˌNormalmente non è necessario un trattamento termico intermedio sA causa della tendenza delle poliimmidi ad assorbire umidità, dopo la lavorazione si consiglia di sigillare i pezzi in un film barriera sottovuoto. Per evitare variazioni dimensionali dovute all’assorbimento di umidità nelle componenti ad alta qualità, queste confezioni vanno aperte solo poco prima dell’uso. 23 Materiali TECA rinforzati con fibre Questa categoria include tutti i tipi di fibre di rinforzo. In queste istruzioni ci concentriamo sui prodotti principali, cioè quelli rinforzati con fibre di carbonio e con fibre di vetro (tra gli altri, TECAPEEK GF30, TECAPEEK CF30, TECAPEEK PVX, TECATRON GF40, TECATRON PVX, TECAMID 66 GF30, TECAMID 66 CF20). uSuggerimenti Utensili ˌˌUtilizzare sempre utensili in acciaio indurito (acciai al carburo), o idealmente utensili in diamante policristallino (PCD) ˌˌUsare utensili molto ben affilati ˌˌControllare regolarmente gli utensili, a causa degli effetti abrasivi dei materiali hhDurata maggiore hhEvita di sviluppare troppo calore Fissaggio dei semilavorati ˌˌSerrare nella direzione di estrusione (massima resistenza alla compressione) ˌˌUsare le tensioni più basse possibili hhSi evitano deformazione plastica e flessione hhRidotta deformazione e/o minore pericolo di rottura del componente per le tensioni ˌˌLa finitura va eseguita dopo il raffreddamento completo a temperature ambiente ˌˌAnche gli utensili dovrebbero essere riscaldati prima della lavorazione hhSi evita la dissipazione di calore dal materiale Lavorazione ˌˌTaglio progressivo uniforme con fly cutter su entrambi i lati del semilavorato: hhIdealmente, ogni fase di lavorazione con fly cutter dovrebbe avere una max. profondità di taglio di 0.5 mm hhRisulta una distribuzione più omogenea della tensione nel semilavorato hhPorta ad una qualità superiore del componente Esempio Suggeriamo ad esempio, con dimensioni finite di 25 mm, di usare una lastra spessa 30 mm, che deve essere spianata di 2 mm su entrambi i lati prima di essere lavorata. In questo caso la lastra dovrebbe essere rigirata diverse volte, rimuovendo max 0.5 mm ad ogni fase di lavorazione. Idealmente, questo lavoro preliminare va effettuato su un semilavorato preriscaldato. Successivamente, la finitura viene effettuata sul pezzo sgrossato già raffreddato. Questo processo assicura sempre una qualità ottimale del componente con basse tensioni e deformazioni minime. Fattori chiave Preriscaldamento ˌˌIl preriscaldamento dei prodotti semilavorati può essere consigliato prima della lavorazione hhMaggiore durata del materiale ˌˌI prodotti semilavorati vanno riscaldati moderatamente per questo scopo ˌˌSuggeriamo una velocità di riscaldamento di 20 °C per ora fino a 80 – 120 °C. ˌˌPer una distribuzione uniforme della temperatura nella sezione trasversale dei semilavorati raccomandiamo anche un tempo di mantenimento di almeno 1 ora ogni 10 mm di spessore. ˌˌA questa temperatura le parti prelavorate devono essere leggermente sovradimensionate per compensare il ritiro. 24 Per migliorare la durata degli utensili e la stabilità dimensionale, per la lavorazione di materiali rinforzati si suggerisce l'uso di utensili in acciaio al carburo o in diamante policristallino (PCD). Caso particolare: TECATEC Composito Il TECATEC è un materiale composito basato su una matrice polimerica in poliarileterchetone con il 50 o 60 % in peso di tessuto in fibra di carbonio. La lavorazione del TECATEC è decisamente più complessa rispetto a quella dei prodotti rinforzati con fibre corte. A causa della struttura stratificata del materiale, una lavorazione errata può portare a diversi effetti: ˌˌScheggiatura dei bordi ˌˌDelaminazione ˌˌSfrangiatura ˌˌAffioramento delle fibre Per queste ragioni, questo materiale richiede una lavorazione specifica. Questa deve essere studiata caso per caso, a seconda del componente in questione. Scelta del semilavorato L’idoneità del TECATEC ad un certo uso e la qualità del pezzo finito dipendono fortemente dalla posizione in cui viene ricavato il componente all’interno del semilavorato. Già nella fase di sviluppo bisogna prendere in considerazione la direzione degli strati di tessuto, specialmente in rapporto al tipo di carico (trazione, compressione, flessione) dell’applicazione finale e durante le lavorazioni. Utensili di lavorazione e materiali Per durate maggiori rispetto agli utensili in acciaio rapido (HSS) o acciaio al carburo, suggeriamo l’uso di: ˌˌUtensili PCD (diamante policristallino) ˌˌUtensili in ceramica ˌˌUtensili rivestiti in titanio ˌˌUtensili con rivestimenti funzionali (tecnologia al plasma) Oltre a presentare tempi di durata maggiori, questi utensili aiutano a ridurre al minimo le forze di avanzamento, quando nella progettazione viene considerato anche il materiale specifico. ˌˌSelezionare un’affilatura di taglio moderata ˌˌStabilire un buon bilanciamento tra la qualità superficiale (con lame molto affilate) e la durata degli utensili (lame di taglio più smussate) ˌˌProgettare geometrie di fresatura tali che le fibre vengano tagliate, altrimenti c'è pericolo di sfrangiamento. ˌˌA causa dell'alta abrasività delle fibre di carbonio, è necessaria una sostituzione regolare degli utensili per il TECATEC hhSi evita di introdurre troppo calore e causare deformazioni dovute ad utensili non affilati. Lavorazione ˌˌEsiste un rischio maggiore di scheggiature e formazione di bave se il processo di lavorazione avviene parallelamente al tessuto rispetto a quando la lavorazione avviene perpendicolarmente al tessuto ˌˌPer tolleranze più strette i componenti possono anche essere trattati termicamente diverse volte durante la produzione ˌˌGrazie ad una dissipazione del calore relativamente buona dovuta all’alto contenuto di fibre, ci si può aspettare una buona distribuzione del calore nel pezzo. Per questo motivo raccomandiamo di lavorare il materiale a secco. Parametri di lavorazione e utensili Raccomandiamo di prestare attenzione ai seguenti parametri: ˌˌEvitare di usare forze di avanzamento elevate ˌˌUsare angoli di punta molto alti (150 – 180°) ˌˌ Selezionare velocità di avanzamento molto basse ( < 0,05 mm/min) ˌˌSelezionare velocità di taglio elevate (ca. 300 – 400 m/min) Queste informazioni intendono fornire un’assistenza iniziale per la lavorazione del TECATEC – informazioni più dettagliate dipendono dal singolo caso. 25 Errori di lavorazione – cause e soluzioni Taglio Difficoltà La superficie ha iniziato a fondersi Tornitura e fresatura Cause principali ˌˌUtensile poco affilato ˌˌInsufficiente gioco laterale ˌˌInsufficiente alimentazione Difficoltà La superficie ha iniziato a fondersi di refrigerante Superficie ruvida Segni a spirale Superficie ruvida di ritiro ˌˌBave sull’utensile "Residui" o bave all’estremità della superficie di taglio ˌˌTasso di avanzamento Bave sugli spigoli tagliati ˌˌAssenza di spazio di fronte Crepe o scaglie sugli angoli ˌˌUtensile con troppa inclinazione al diametro di taglio ˌˌUtensile smussato ˌˌInsufficiente gioco laterale ˌˌUtensile privo di inclinazione positiva ˌˌUtensili non abbastanza inseriti (l’azione dell’utensile è troppo forte sul materiale) ˌˌUtensile smussato ˌˌUtensile montato sotto il centro ˌˌPunta dell'utensile troppo aguzza (richiesta lieve raggiatura di fresa) ˌˌAngolo di punta non sufficientemente ampio ˌˌUtensile non affilato ˌˌTasso di avanzamento troppo elevato Bave sul diametro ˌˌUtensile smussato esterno ˌˌMancanza di spazio di fronte al diametro di taglio su spalla ˌˌInsufficiente gioco laterale ˌˌTasso di avanzamento troppo elevato ˌˌGioco errato ˌˌPunta dell'utensile troppo aguzza (richiesta lieve raggiatura di fresa) ˌˌUtensile non centrato ˌˌAttrito dell’utensile nella fase Superfici concave ˌˌAngolo di punta troppo grande e convesse ˌˌUtensile non verticale rispetto al mandrino ˌˌUtensile piegato ˌˌTasso di avanzamento troppo elevato ˌˌUtensile montato sopra o sotto il centro ˌˌUtensile smussato o attrito troppo basso ˌˌVelocità mandrino troppo elevata ˌˌTasso di avanzamento troppo elevato ˌˌUtensile affilato in maniera non professionale ˌˌTagliente non correttamente affilato / levigato Cause principali Segni di vibrazioni ˌˌRaggiatura di fresa eccessiva sull’utensile ˌˌUtensile fissato male ˌˌMateriale guidato in maniera insufficiente ˌˌAmpiezza della lama eccessiva (usare 2 tagli) 26 Foratura Difficoltà Fori conici Cause principali ˌˌPunte di perforazione non correttamente affilate ˌˌGioco insufficiente ˌˌTasso di avanzamento troppo alto Superficie bruciata o fusa ˌˌUso di punte non adatte ˌˌPunte non correttamente affilate ˌˌVelocità di alimentazione Difficoltà Fori sottodimensionati ˌˌTagliente poco affilato ˌˌGioco eccessivo ˌˌAngolo di punta troppo piccolo Fori non concentrici ˌˌVelocità di alimentazione ˌˌTasso di avanzamento eccessivo ˌˌGioco eccessivo ˌˌEccessiva inclinazione Segni di vibrazioni ˌˌGioco eccessivo ˌˌTasso di avanzamento insufficiente ˌˌSporgenza eccessiva della punta ˌˌEccessiva inclinazione Segni di avanzamento o linee a spirale sul diametro interno ˌˌTasso di avanzamento troppo alto ˌˌPunta del trapano non centrata ˌˌEstremità della punta del trapano Fori sovradimensionati ˌˌPunta del trapano non al centro ˌˌGioco insufficiente ˌˌTasso di avanzamento troppo alto ˌˌAngolo di punta troppo grande non al centro troppo alta ˌˌVelocità del mandrino troppo bassa ˌˌLa punta penetra troppo insufficiente ˌˌPunta smussata Spaccatura della superficie Cause principali profondamente nel pezzo successivo ˌˌL’utensile da troncatura lascia un moncone residuo che devia la punta di trapano ˌˌVelocità di foratura troppo alta all’inizio ˌˌPunta di trapano non bloccata centralmente ˌˌPunta di trapano non correttamente affilata Bave lasciate dopo il taglio ˌˌUtensili da taglio smussati ˌˌLa punta di trapano non passa completamente attraverso la parte La punta perde rapidamente l‘affilatura ˌˌVelocità di alimentazione troppo bassa ˌˌVelocità del mandrino troppo bassa ˌˌLubrificazione insufficiente Fattori chiave Per informazioni tecniche contattare il nostro servizio di assistenza tecnica: [email protected] oppure telefonicamente al numero +39 0331 568 348 27 Ensinger nel mondo Ensinger GmbH Rudolf-Diesel-Straße 8 71154 Nufringen Tel. +49 7032 819 0 Fax +49 7032 819 100 www.ensinger-online.com Austria Ensinger Sintimid GmbH Werkstraße 3 4860 Lenzing Tel. +43 7672 7012800 Fax +43 7672 96865 www.ensinger-sintimid.at Ensinger GmbH Mercedesstraße 21 72108 Rottenburg a. N. Tel. +49 7457 9467 100 Fax +49 7457 9467 122 www.ensinger-online.com Ensinger GmbH Wilfried-Ensinger-Straße 1 93413 Cham Tel. +49 9971 396 0 Fax +49 9971 396 570 www.ensinger-online.com Ensinger GmbH Borsigstraße 7 59609 Anröchte Tel. +49 2947 9722 0 Fax +49 2947 9722 77 www.ensinger-online.com Ensinger GmbH Mooswiesen 13 88214 Ravensburg Tel. +49 751 35452 0 Fax +49 751 35452 22 www.thermix.de Brasile Ensinger Indústria de Plásticos Técnicos Ltda. Av. São Borja 3185 93.032-000 São Leopoldo-RS Tel. +55 51 35798800 Fax +55 51 35882804 www.ensinger.com.br Cina Ensinger (China) Co., Ltd. 1F, Building A3 No. 1528 Gumei Road Shanghai 200233 P.R.China Tel. +86 21 52285111 Fax +86 21 52285222 www.ensinger-china.com Giappone Ensinger Japan Co., Ltd. 3-5-1, Rinkaicho, Edogawa-ku, Tokyo 134-0086, Japan Tel. +81 3 5878 1903 Fax +81 3 5878 1904 www.ensinger.jp Italia Ensinger Italia S.r.l. 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