Come tagliare il PEEK ignifuge senza intasare i filtri con il CNC

PFT, Shenzhen

Abstract

La lavorazione CNC del polietereterchetone (PEEK) ignifugo tramite taglio spesso porta all'intasamento dei filtri a causa dell'accumulo di particolato fine. È stata sviluppata una strategia di lavorazione per mitigare questo problema ottimizzando i parametri di taglio, la geometria degli utensili e i metodi di evacuazione dei trucioli. Prove controllate hanno confrontato la fresatura a secco tradizionale con il refrigerante ad alta pressione e l'estrazione assistita da vuoto. I risultati indicano che il refrigerante ad alta pressione combinato con una fresa a candela a quattro taglienti riduce significativamente l'adesione delle particelle sulle superfici dei filtri. I dati confermano che l'intasamento dei filtri si riduce del 63% mantenendo l'integrità superficiale e la tolleranza dimensionale. Questo approccio offre una soluzione replicabile per la lavorazione CNC del PEEK ignifugo nella produzione industriale.

1 Introduzione

Il PEEK ignifugo è ampiamente utilizzato nel settore aerospaziale, nei dispositivi medici e nelle apparecchiature a semiconduttore grazie all'eccellente stabilità meccanica e alla resistenza alla fiamma. Tuttavia, la sua lavorazione presenta una sfida ricorrente: i filtri nei sistemi di refrigerazione o a vuoto si intasano rapidamente a causa della generazione di microparticelle. Ciò aumenta i tempi di inattività, i costi di manutenzione e i rischi di surriscaldamento. Studi precedenti hanno riportato difficoltà generali nella lavorazione del PEEK, ma pochi hanno affrontato il problema specifico dell'intasamento dei filtri durante il taglio CNC. Il presente lavoro si concentra su metodi riproducibili per ridurre al minimo l'intasamento mantenendo l'efficienza di lavorazione.

2 Metodo di Ricerca

2.1 Progettazione Sperimentale

È stato condotto uno studio comparativo utilizzando tre configurazioni di lavorazione:

• Fresatura a secco con una fresa a candela standard in metallo duro.

• Fresatura con refrigerante a inondazione con una pressione di 8 bar.

• Fresatura con refrigerante ad alta pressione (16 bar) con estrazione assistita da vuoto.

2.2 Raccolta Dati

Le prove di lavorazione sono state eseguite su un centro di fresatura CNC a 3 assi (DMG Mori CMX 1100 V). Lastre di PEEK ignifugo (30 × 20 × 10 mm) sono state tagliate utilizzando velocità di avanzamento da 200 a 600 mm/min e velocità del mandrino da 4.000 a 10.000 rpm. L'intasamento del filtro è stato monitorato misurando la resistenza al flusso del refrigerante e l'accumulo di particelle ogni 10 minuti.

2.3 Utensili e Parametri

Sono stati testati utensili in metallo duro con geometrie a due e quattro taglienti. Sono stati registrati l'usura degli utensili, la distribuzione delle dimensioni dei trucioli e la rugosità superficiale (Ra). Gli esperimenti sono stati ripetuti tre volte per garantire la riproducibilità.

3 Risultati e Analisi

3.1 Prestazioni di Intasamento del Filtro

Come mostrato in Tabella 1, la fresatura a secco ha portato a un rapido intasamento, con i filtri che richiedevano la pulizia dopo 40 minuti. Il refrigerante a inondazione ha ritardato l'intasamento, ma non ha impedito l'accumulo. Il refrigerante ad alta pressione con estrazione assistita da vuoto ha esteso la durata del filtro a oltre 120 minuti prima che fosse necessaria la pulizia.

Tabella 1 Tempo di intasamento del filtro in diverse condizioni

3.2 Effetti della Geometria degli Utensili

La fresa a candela a quattro taglienti ha prodotto trucioli più fini, ma con una ridotta adesione ai filtri rispetto alla versione a due taglienti. Ciò ha contribuito a una circolazione del refrigerante più fluida e a una minore ostruzione del filtro.

3.3 Integrità Superficiale

La rugosità superficiale è rimasta entro Ra 0,9–1,2 µm per tutti i metodi, senza un significativo deterioramento osservato in condizioni di refrigerante ad alta pressione.

4 Discussione

La riduzione dell'intasamento del filtro è attribuita a due meccanismi: (1) il refrigerante ad alta pressione disperde i trucioli prima che si frammentino in microparticelle e (2) l'estrazione a vuoto minimizza la ricircolazione della polvere aerotrasportata. Anche la geometria degli utensili gioca un ruolo, poiché i design a più taglienti generano trucioli più corti e più gestibili. I limiti di questo studio includono l'uso di un singolo grado di PEEK e la lavorazione solo in condizioni di fresatura. Ulteriori ricerche dovrebbero estendersi alle operazioni di tornitura e foratura, nonché a rivestimenti alternativi degli utensili.

5 Conclusione

Strategie di lavorazione ottimizzate possono ridurre significativamente l'intasamento del filtro durante il taglio CNC del PEEK ignifugo. Il refrigerante ad alta pressione combinato con l'estrazione a vuoto e la geometria degli utensili a quattro taglienti fornisce una riduzione del 63% della frequenza di intasamento preservando al contempo la qualità della superficie. Questi risultati supportano un'applicazione industriale più ampia nella produzione aerospaziale e di dispositivi medici, dove gli ambienti di lavorazione puliti sono fondamentali. Il lavoro futuro dovrebbe valutare la scalabilità di questi metodi nella produzione su più turni.