Fabricating and Machining UHMW-PE (Rod & Sheet … )

超高分子量ポリエチレン (UHMWPE、UHMW) は、熱可塑性ポリエチレンのサブセットです。高弾性ポリエチレン (HMPE) としても知られています。

超高分子量ポリエチレン (UHMW-PE) は、分子量が 3.1 AMU (原子質量単位) を超えるエンジニアリング熱可塑性プラスチックです。高分子量により、多くの重要な物理的特性が向上しますが、その中でも特に優れた耐摩耗性、高い衝撃強度、低い摩擦係数が挙げられます。さらに、このポリマーは優れた耐薬品性、優れた消音特性、優れた誘電性および電気絶縁性を備えており、湿気を吸収しません。

これらの特性と加工の容易さの組み合わせにより、UHMW-PE は食品との直接接触に関する FDA および USDA の要件を満たすコスト効率の高い材料となり、食品、飲料、医療および製薬業界で広く使用されています。UHMW-PE は非多孔質であるため、真菌や細菌の増殖を抑制します。UHMW-PE は、繊維、化学処理、紙パルプ、鉱業、海運、鉄鋼、上下水処理、バルクマテリアルハンドリング、農業産業でも広く利用されています。

UHMW-PE の特性は、着色剤、UV および熱安定剤、帯電防止剤、耐摩耗性充填剤、摩擦低減潤滑剤などの添加剤を使用することで強化できます。金属または鉱石を使用して重量を増やし、ポリマーを磁気的に検出可能にすることができますが、他の充填剤は環境動作温度を上昇させます。

UHME-PE は半結晶性ポリマーであるため、圧縮成形またはラム押出によって焼結する必要があります。機械加工前のアニーリングは、焼結によって生じる加工ストレスを除去するのに役立ちます。完成した機械加工部品を焼きなましすることもできますが、そのような部品は焼きなまし中の収縮を考慮して冷却プロセス中に固定する必要があります。最終加工時の寸法変化に対応できるように、応力除去の前に荒加工を行う必要があります。

UHMW-PE は、寸法安定性の高い部品を製造するための標準的なシート、ロッド、チューブで提供されており、のこぎり加工、フライス加工、旋削、かんな加工、穴あけ、パンチ加工が可能です。切削工具は、目詰まりを防ぐために、高いすくい角と十分なシップクリアランスを備えている必要があります。切削工具が摩擦によって材料を加熱する時間を最小限に抑えるために、送り速度は高くする必要があります。UHMW-PE は工具の刃先を急速に鈍くし、部品の歪みを引き起こす可能性があるため、工具を鋭利に保つように注意する必要があります。適切な切削工具を使用することで高品質の表面仕上げを得ることができますが、やすりやサンディングで粗悪な仕上げを改善しようとすると、一般に外観が悪化します。

ほとんどの機械加工プロセスでは、+/-.005 ～ +/-.010 の公差が保持されます。ただし、UHMW-PE は線形熱膨張率と熱収縮率がかなり高いため、ピースの長さが環境変化に対して脆弱になるため、ストリップを切断する長さは +/-030 が一般的です。

機械加工工程

鋸引き: 丸鋸引きの場合は、超硬チップのブレードが最良の結果をもたらします。直径 12 ～ 14 インチのブレードには、約 24 個の歯が必要です。送り速度は毎分 10 ～ 40 フィートの範囲です。バンドソーイングの場合は、1 インチあたり 3 枚の歯を持つブレード、レーカーセットおよびポジティブレーキエンジェルをお勧めします。送り速度は毎分 10 ～ 40 フィートの範囲です。

旋削加工: 前面と側面のクリアランスが 10 インチ、すくい角が 15 ～ 30 インチの高速度鋼工具ビットを使用します。毎分 600 ～ 1,000 フィートの低速の切断速度が必要です。ただし、多くの場合、切りくずを機械から遠ざけるために、より高い rpm で運転する必要があります。切削液は必要ありませんが、圧縮空気を吹き付けると切りくずの除去に役立つ場合があります。UHMW-PE で厳しい公差や非常に薄肉の部品を実現しようとする場合は、パスで加工します。最初のパスで材料の大部分を取り除き、その後、一晩放置して休ませます。

フライス加工: アルミニウムの加工用に設計されたカッターは最高の結果をもたらします。毎分約 0.01 インチの送り速度で、毎分 600 ～ 1,800 フィートの切削速度が推奨されます。ルータービットは溝加工や軽度のフライス加工に適しています。

プレーニング: 木製プレーナーは、UHMW-PE の厚さを容易に減らし、表面を整えます。鋭利なブレードを備えた剛性の高い機械は、非常に効率的な切り代除去と良好な表面仕上げを実現します。UHMW-PE を加工するときに反る可能性を最小限に抑えるには、シートの各面から目的の厚さの半分を平面で削ります。

穴あけ: 従来の高速ドリルは、ほとんどの穴あけ用途に適しています。最適なパフォーマンスを得るには、研磨されたフルートを備えた特殊な低ねじれドリルを使用してください。UHMW-PE の特性により、ドリルが素材に引っかかって引き込まれるため、大きな穴を開ける前にパイロット穴を開けることは推奨されません。

研削/サンディング: UHMW-PE の耐摩耗特性により、通常、研削とサンディングは効果がありません。実際、研削により材料が溶けて汚れが生じ、研削砥石が詰まる可能性があります。

ガラスや金属酸化物などの添加剤で改質された UHMW-PE は、工具寿命が短くなります。超硬工具は工具の寿命を延ばしますが、より高い速度と送りが必要です。研磨添加剤の割合が非常に高い一部の材料は、どのような方法でも機械加工するのが現実的ではありません。

成形と溶接

UHMW-PE は現場で熱間成形することができ、取り付けを容易にする簡単な曲げや角度を作ることができます。トーチ、電気ヒーター、オーブン、バスなど、どの方法を選択する場合でも、材料を過熱しないように注意し、あらゆる努力を払う必要があります。UHMW-PE は、他のプラスチックと同様、不適切な条件下では燃えます。さらに、UHMW-PE の高い保温特性により、完全な冷却サイクルは加熱サイクルよりも若干長くなります。冷却プロセスが速すぎて材料に追加の応力が導入される可能性があるため、コンクリートまたは金属の表面では冷却を行わないでください。さらに、グラスファイバーなどの素材で作られた断熱ブランケットで素材を覆うことをお勧めします。

冷間成形 UHMW-PE は、曲線や角度に合わせる必要がある場合によく使用されます。ブレーキプレス、圧延、手成形、あるいはボルトを使用して部品を所定の位置に絞り成形する場合でも、UHMW-PE のスプリングバック効果を補うために、角度と曲線を 75 ～ 100 パーセントも過剰に曲げる必要があります。冷間成形時に 3/8 インチ以下のシートを使用すると、応力亀裂の可能性を軽減できます。

スピン溶接または摩擦溶接は、ブレーキをかけた瞬間に回転を停止する機能を備えた 550 ～ 560 rpm の標準的な旋盤と、フランジよりわずかに小さい直径を持つ 1/4 インチ鋼の金属製バックアッププレートを使用して実現できます。 OD。この種の溶接は、パイプを使用できるようになるまでに 48 時間完全に結晶化する必要があります。

平らなシートを長いピースまたはコイルに接合するバットまたはホットプレートワイルドディングでは、ポリマーを溶融状態にするのに必要な温度に到達できる、非粘着剤でコーティングされた金属加熱ツールの使用が必要です。このプロセスでは、元の材料強度の 85 ～ 100 パーセントの強度で均一な溶接を実現するために、特別な溶接装置を使用する必要があります。