Allerdings kann POM instabil sein und sich zersetzen, wenn es hohen Temperaturen oder sauren Bedingungen ausgesetzt wird. Seine Molekülstruktur enthält eine erhebliche Menge an Sauerstoff, was die Verbesserung seiner Flammhemmung zu einer Herausforderung macht. Das Material verfügt außerdem über einen Dauerbetriebstemperaturbereich von etwa -40 °C bis 120 °C.
POM-Kunststoffe gibt es in zwei Hauptformen: Homopolymer (POM-H) und Copolymer (POM-C). POM-H ist bekannt für seine außergewöhnliche Härte und Steifigkeit, während sein Schmelzpunkt (172–184 °C) etwa 10 °C höher ist als der von POM-C (160–175 °C). POM-Kunststoff weist einen Dichtebereich von 1,410–1,420 g/cm³ auf, mit Kristallinitätsgraden von 75–85 %. Es sind auch modifizierte POM-Varianten erhältlich, die höhere Schmelzpunkte als die Standardversion aufweisen.
Vor- und Nachteile der POM-CNC-Bearbeitung
In diesem Abschnitt besprechen wir die Eigenschaften von POM/Delrin/Acetal-Kunststoff für die CNC-Bearbeitung, einschließlich seiner Vor- und Nachteile.
Vorteile der CNC-POM-Bearbeitung
POM/Delrin ist ein kristalliner Hochleistungskunststoff, der in bestimmten Anwendungen eine sinnvolle Alternative zu Metall darstellt. Zu den Hauptvorteilen von POM gehören:
1. Thermische und elektrische Isolierung
POM weist hervorragende Wärmedämmeigenschaften sowie robuste mechanische Eigenschaften auf und erweist sich als hervorragend geeignet für elektronische Komponenten. Seine Fähigkeit, erheblichen elektrischen Belastungen standzuhalten, macht es zu einem idealen Hochspannungsisolator. Die geringe Feuchtigkeitsaufnahme verbessert seine Eignung zur Aufrechterhaltung des Feuchtigkeitsschutzes in elektronischen Baugruppen zusätzlich.
2. Mechanische Festigkeit
POM weist einen Zugfestigkeitsbereich von 7000–9000 psi auf, gepaart mit außergewöhnlicher Härte und Zähigkeit. Darüber hinaus ist es aufgrund seiner im Vergleich zu Metallen geringeren Dichte eine geeignete Alternative für die Herstellung von Leichtbaukomponenten, die unter Hochdruckbedingungen belastbar sein müssen.
3. Ermüdungsbeständigkeit
Im Temperaturbereich von -40 °C bis 80 °C weist POM eine hervorragende Haltbarkeit und hohe Ermüdungsbeständigkeit auf. Ermüdungsbeständigkeit. Darüber hinaus bleibt die Ermüdungsbeständigkeit durch die Einwirkung von Wasser, Chemikalien oder Lösungsmitteln weitgehend unbeeinträchtigt. Diese bemerkenswerten Eigenschaften machen POM zum perfekten Material für die Konstruktion von Bauteilen, die wiederholten Stößen und Belastungen ausgesetzt sind.
4. Schlagfestigkeit
POM verfügt über eine außergewöhnliche Zähigkeit und kann plötzlichen Stößen ohne Verformung standhalten. Darüber hinaus kann die Schlagfestigkeit durch spezielle Behandlungen weiter verbessert werden.
5. Dimensionsstabilität
Die Dimensionsstabilität ist ein Parameter, der die Fähigkeit eines Materials beurteilt, seine ursprüngliche Form unter Verarbeitungsbedingungen wie Temperatur und Druck beizubehalten. POM weist bei der Bearbeitung nur minimale Verformungen auf und eignet sich daher hervorragend zum Erreichen präziser Toleranzen.
6. Reibungskoeffizient
In mechanischen Systemen müssen bewegliche Komponenten geschmiert werden, um die Reibung zwischen ihnen zu minimieren. Allerdings funktionieren POM-Komponenten aufgrund ihrer inhärenten Glätte auch ohne Schmierung reibungslos. Diese Eigenschaft erweist sich als äußerst vorteilhaft bei der Konstruktion von Systemen, bei denen externe Schmierung zu Produktverunreinigungen führen könnte, beispielsweise in Maschinen zur Lebensmittelverarbeitung.
7. Haltbarkeit
Seine außergewöhnliche Zugfestigkeit und Haltbarkeit qualifizieren POM-Kunststoff für Anwendungen mit hoher Beanspruchung. Aufgrund seiner Festigkeit und Belastbarkeit dient es häufig als Ersatz für Aluminium- und Stahllegierungen.
8. Feuchtigkeitsaufnahme
POM weist eine minimale Feuchtigkeitsaufnahme auf und behält seine strukturelle Integrität auch unter den feuchtesten Bedingungen oder Anwendungen (z. B. unter Wasser) bei.
9. Kriechwiderstand
Aufgrund seiner außergewöhnlichen Zähigkeit hält POM enormem Druck stand, ohne sich zu verformen. Daher ist es branchenübergreifend das Material der Wahl, wenn es um die Konstruktion von Bauteilen geht, die eine hohe Haltbarkeit und Kriechfestigkeit erfordern.
Nachteile der CNC-POM-Bearbeitung
Obwohl es im Vergleich zu den meisten anderen Kunststoffen für die Herstellung von CNC-gefrästen Bauteilen eine bessere Bearbeitbarkeit aufweist, weist die CNC-POM-Bearbeitung auch bestimmte Nachteile auf:
1. Geringe Haftung
Aufgrund der chemischen Beständigkeit von POM haften Klebstoffe nicht gut mit POM, was die Verklebung erschwert.
2. Entflammbarkeit
POM hat keine selbstverlöschenden Eigenschaften und brennt weiter, bis der Sauerstoff aufgebraucht ist.
3. Hitzeempfindlichkeit
Bei der CNC-Bearbeitung von POM bei erhöhten Temperaturen besteht die Gefahr einer Verformung.
Herausforderungen und Techniken bei der CNC-Bearbeitung von POM
Die Hauptprobleme bei der CNC-Bearbeitung sind Materialverformungen und Risse. Diese Probleme führen zu zwei Arten von Brüchen: direkte Risse während des Bearbeitungsprozesses und versteckte Risse, die durch innere Spannungen verursacht werden. Letztere entwickeln sich schleichend und können erhebliche Schäden verursachen, die zu Komplikationen führen können.
Bevor die oben genannten Probleme angegangen werden, ist es wichtig, die Materialauswahl und das Prototyping zu besprechen. Der Einsatz hochwertiger Materialien trägt dazu bei, spürbare Verformungen zu vermeiden. Daher ist die Priorisierung modifizierter POM-Materialien für die CNC-Bearbeitung von entscheidender Bedeutung. Die Qualität des POM-Materials kann uneinheitlich sein, wobei die Verformungsgrade zwischen den Chargen aufgrund von Verunreinigungen, Lochfraß und rissähnlichen Strukturen oft instabil sind.
Unabhängig vom POM-Materialtyp sollten vor der CNC-Bearbeitung immer Probeläufe durchgeführt werden. Auch beim Einsatz unterschiedlicher Chargen des gleichen Materials sind Probeläufe erforderlich.
Bearbeitungswerkzeuge
POM weist eine geringe Härte und minimale Schnittkräfte auf und ermöglicht die Bearbeitung mit Standard-Schnellarbeitsstahl- und Hartmetallwerkzeugen, sofern diese über scharfe Kanten verfügen, um die Schnittwärme zu minimieren. PKD-Drehwerkzeuge können auch als Alternative für CNC-Drehoperationen dienen.
POM-Bearbeitung
Sollte das ausgewählte POM-Material von minderer Qualität sein oder strengen Maßtoleranzen unterliegen, empfiehlt sich nach der Grobbearbeitung ein Glühen, um innere Spannungen abzubauen. Diese Methode minimiert effektiv die Verformung während der Endbearbeitung.
Die folgenden Prozessparameter dienen nur als Referenz, da es Unterschiede zwischen POM-Materialtypen und Herstellern gibt:
Nach der Grobbearbeitung wird POM einem Ölbadglühen in heißem Öl oder einem Luftbadglühen in einem Ofen unterzogen. Die Anpassung der Glühtemperatur ist von entscheidender Bedeutung. sie sollte etwa 10–20 °C (140–150 °C) unter der Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Produkts liegen. Beim Ölbadglühen verlängert sich die Glühzeit um 40–60 Minuten pro 5 mm Wandstärkenzunahme. Beim Luftbadglühen verlängert sich die Zeit pro 5 mm Wandstärkenzunahme um 20–30 Minuten. Lassen Sie das POM nach dem Glühen auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen.
Eine alternative Glühtechnik, die sogenannte „Erdungsmethode“, beinhaltet das Glühen von CNC-Teilen bei 100 °C. Tauchen Sie die Bauteile nach der Grobbearbeitung 5 bis 6 Stunden lang in kochendes Wasser, wenn die Umgebungstemperatur unter 80 °C liegt, und lassen Sie sie dann auf natürliche Weise auf Raumtemperatur abkühlen (idealerweise bei konstanter Temperatur). Alternativ kann die natürliche Alterungsmethode angewendet werden, sofern ausreichend Zeit für das Glühen vorgesehen ist.
Lösungen für die POM-Verformung in der CNC-Bearbeitung
Um die Verformungskonsistenz zu verbessern und Toleranzen innerhalb engerer Bereiche einzuhalten, stellen Sie sicher, dass die Werkstückrohlinge während der CNC-Bearbeitung maßlich standardisiert und einheitlich sind.
1. Spannmethoden ändern
POM-Material verformt sich unter Klemmdruck, kehrt jedoch beim Lösen in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Eine Vergrößerung der Kontaktfläche kann durch eine Änderung der Spannmethode erreicht werden, z. B. durch die Verwendung von Schraubstöcken oder Klebstoff zur Befestigung des Werkstücks. Stellen Sie bei größeren Tellern sicher, dass diese flach sind, bevor Sie sie mit Vakuumnäpfen befestigen. Es empfiehlt sich, zunächst eine Seite mit Kleber zu fixieren, anschließend die glatte Oberfläche zu reinigen und mit dem Saugnapf für die Grobbearbeitung zu fixieren. In manchen Branchen werden zur Befestigung auch gekühlte Saugnäpfe eingesetzt.
2. Minimierung der Schneidwärme
POM weist eine hohe thermische Empfindlichkeit auf und verformt sich während der Bearbeitung leicht, wenn es nicht ausreichend gekühlt wird. Verwenden Sie scharfe Werkzeuge, um die Wärmeentwicklung beim Schneiden zu minimieren. Darüber hinaus verhindern die Reduzierung der Schnitttiefe, der Einsatz mehrerer Durchgänge und die Erhöhung des Kühlmittelverbrauchs eine Überhitzung und führen die beim Schneiden entstehende Wärme schnell ab.
3. Führen Sie mehrere Durchgänge aus
POM weist eine erhebliche Elastizität auf. Beim Werkzeugkontakt kann sich das Material nach innen verformen, was beim Zurückziehen des Werkzeugs zu einer Verformung des geschnittenen und gepressten Teils führt. Daher sind Anpassungen der Mehrdurchgangskompensation basierend auf den tatsächlichen Schnittergebnissen von entscheidender Bedeutung. Durch die Aufteilung der Schneidaufgabe in mehrere Durchgänge und die Reduzierung der Schnitttiefe pro Durchgang werden Maßverzerrungen minimiert, die durch die Materialelastizität während der Bearbeitung verursacht werden.
4. Internen Spannungen entgegenwirken
Technische Kunststoffe besitzen einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Metalle. Bei der Bearbeitung mit großen Aufmaßen kann es aufgrund der Spannungsentlastung zu Verformungen kommen. Um dies zu verhindern, ist die richtige Auswahl und Handhabung der Materialien, wie zuvor beschrieben, von größter Bedeutung. Wenn ein erheblicher Materialabtrag erforderlich ist, empfiehlt es sich, dickeres Material zu verwenden, Aufmaße zu kontrollieren und symmetrische Bearbeitungsmethoden anzuwenden. Darüber hinaus ist es wichtig, die Rationalität des Teiledesigns selbst zu überprüfen, um etwaige Spannungen und Verformungen, die während der Bearbeitung entstehen, abzumildern.
Geben Sie beim Transport und der Lagerung fertiger Komponenten der Temperaturkontrolle Vorrang, um Verformungen zu vermeiden. Wo möglich, ist es ratsam, eine konstante Umgebungstemperatur aufrechtzuerhalten. Sorgen Sie außerdem für einen ausreichenden Schutz der Komponentenoberflächen, um sie vor Kratzern oder Beschädigungen zu schützen.
Warum verursacht die CNC-Bearbeitung Risse?
Obwohl der zuvor erwähnte Grad der Verformung ein wesentlicher Faktor ist, der zur Rissbildung beiträgt, ist er nicht die alleinige Ursache. Auch folgende Faktoren können im Betrieb zu Rissen im POM-Material führen:
1. Ein erheblicher Materialabtrag während der CNC-Bearbeitung kann zu Rissen im POM-Kunststoff führen.
2. Direktes Bohren mit übergroßen Bohrern erzeugt übermäßige Schnittkräfte, die das POM-Material komprimieren und brechen können.
3. Eine unzureichende Spanabfuhr beim Tieflochbohren bei der CNC-Bearbeitung kann zu Druckrissen führen, insbesondere wenn der Bohrer nicht wiederholt zurückgezogen wird, um Ablagerungen zu entfernen.
4. Risse können durch unzureichende Kühlung während des Bohrens entstehen, was zu erhöhten Schnitttemperaturen und -kräften führt.
5. Hohe Vorschubgeschwindigkeiten erzeugen innere Spannungen im POM-Material, die zum Bruch führen.
6. Wenn verschlissene Bohrer nicht rechtzeitig ausgetauscht werden, verhärten sie sich, was beim Bohren von POM zu Rissen führt.
Überlegungen zu POM-Bearbeitungsprozessen
CNC-Fräsen und Gewindeschneiden
Abgesehen von den Werkzeugunterschieden sind die Überlegungen zum CNC-Fräsen und Gewindeschneiden im Allgemeinen ähnlich. Das Vermeiden von Verformungen beim Spannen, die Verwendung scharfer Werkzeuge, die Einstellung geringerer Vorschübe und die Sicherstellung einer ausreichenden Kühlung sind entscheidend, um Probleme bei diesen Prozessen zu vermeiden.
CNC-Drehen
Kühlung ist wichtig, um Schmelzen und Verschleiß während der CNC-Bearbeitung zu verhindern. Vor dem Einsatz von Kühlmittel wird als bevorzugte Methode Feststoffschmierung oder Druckluftkühlung empfohlen. Darüber hinaus sollten hohe Drehzahlen sowie übermäßige Vorschübe und Eingriffe vermieden werden. Werkzeuge mit etwas größeren Spanwinkeln und Freiwinkeln sind akzeptabel, sofern die Schneidkanten scharf bleiben. Schnellarbeitsstahl-Drehwerkzeuge
Üblicherweise verwendet, mit Vorderwinkeln von ca. 25–40° und Hinterwinkeln von ca. 10–20°. Es empfiehlt sich, die Spannkraft des Spannfutters zu minimieren.
Bohren
Vermeiden Sie es, direkt mit Bohrern mit großem Durchmesser zu beginnen. Beginnen Sie stattdessen mit einem kleineren Loch und bohren Sie bei niedriger Geschwindigkeit. Bohrer müssen in scharfem Zustand gehalten werden. Nachfolgende Bohrparameter sollten Folgendes berücksichtigen: Spanwinkel: 60°–90°; Helixwinkel: 10°–20°; Frontwinkel: 0°; Hinterer Winkel: 10°–15°. Begrenzen Sie außerdem die Kräfte in der Vorschubrichtung und führen Sie rechtzeitig einen Rückzug durch (5–6 mm Tiefe), um die Kühlung im Bohrer und die Spanabfuhr zu erleichtern. Reduzieren Sie beim Bohren von Durchgangslöchern die Vorschubgeschwindigkeit, um eine axiale Materialverdrängung durch den Bohrer zu verhindern.
Abschluss
Zusammenfassend stellt POM bzw. Delrin einen hervorragenden Kunststoff für die CNC-Bearbeitung bei der Herstellung mechanischer Komponenten und Industrieprodukte dar. Während sich POM leicht bearbeiten lässt, ist es während der Verarbeitung anfällig für Verformungen. Solche Verformungen und die damit verbundenen Probleme können jedoch durch die Anwendung empfohlener Bearbeitungspraktiken, einschließlich ausreichender Kühlung, Minimierung des Werkzeugverschleißes und Sicherstellung der Werkzeugschärfe, minimiert werden.
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