Bearbeitung PEEK: Eigenschaften, Herausforderungen und CNC-Tipps

Bearbeitungs-PEEK: Was jeder Ingenieur wissen sollte, bevor er diesen Thermoplast schneidet

PEEK ist einer der schwierigsten Kunststoffe für die Maschine. Die Erfahrung mit der erfolgreichen und effizienten Bearbeitung ist jedoch immens zufriedenstellend. Mit Hitzebeständigkeit, chemischer Inertheit und Zugfestigkeit ähnlich wie Metalle ist PEEK der technische Kunststoff der Wahl für den Austausch von Metallkomponenten für den Einsatz in allem, von Wirbelsäulenimplantaten bis hin zu Dichtungen von Strahltriebwerken Machen Sie einen kurzen Rundgang durch die Auswahl an Werkzeugen, Zuführungen und Kühlmitteln sowie die Glühtechniken, die einen Erfolg ermöglichen oder brechen PEEK CNC-Bearbeitung Betrieb.

Was ist PEEK und warum spielt es bei der CNC-Bearbeitung eine Rolle?

Polyetheretherketon (auch Polyetheretherketon geschrieben) oder PEEK ist ein teilkristallines thermoplastisches Polymer aus Polyaryletherketon (PAEK), das erstmals in den 1980 er Jahren von Victrex synthetisiert wurde und sich als einer der leistungsstärksten technischen Kunststoffe für CNC-Bearbeitungsprozesse etabliert hat Es ist leicht zu verstehen, warum der Maschinist es mit diesen Eigenschaften anders behandelt als andere Thermoplaste wie Nylon oder Acetal.

Das PEEK-Material ist auf mehrere quantifizierbare Arten einzigartig Seine kontinuierliche Betriebstemperatur beträgt 250 °C um 5 x POM Die Zugfestigkeit schwebt um 90-100 MPa, ähnlich in der Festigkeit wie ein hochlegiertes Aluminium Die Dichte erreicht nur 1,32 g/cm. Zusammengenommen eignen sich diese Eigenschaften hervorragend für leichttragende Strukturbauteile, wie sie beispielsweise in der Luft - und Raumfahrtindustrie vorhanden sind.

Seine chemische Inertheit erstreckt sich über Kohlenwasserstoffe, starke Säuren und viele organische Lösungen, Bei der Verwendung in medizinischen Anwendungen wird die biokompatible Nature PEEK (als docmented in ASTM F2026-17) bedeutet, dass es für den direkten Sitz in Spondylodese-Käfigen, Zahnwiderlagern und -befestigungen usw. geeignet ist. In der Elektronik sind seine sehr geringen Ausgasungseigenschaften stabiles elektrisches Dielektrikum thermisch im Kreislauf.

Die Schlüsselqualität, die dieses leistungsstarke Polymer sowohl wünschenswert als auch nicht maschinell bearbeitbar macht, ist dieselbe thermische Stabilität PEEK weist nicht den typischen Thermoplast auf Stattdessen behält es seine Festigkeit bis zu seiner Übergangstemperatur von 143 °C bei, wandelt sich dann abrupt um, Es ist dieses schmale Temperaturfenster, das die während der Bearbeitung erzeugte Wärme an der Schneidzone Werkzeug-Werkstück eingeschränkt hält, wie im Folgenden beschrieben.

Wichtige Erkenntnisse: Die Fähigkeit, hohe Hitze und Feuchtigkeit problemlos zu vertragen, sowie seine Biokompatibilität und mechanischen Eigenschaften bieten nur wenige Anwendungen für PEEK. Aufgrund seiner Eigenschaften stellen dieselben Eigenschaften einige besondere Bearbeitungsherausforderungen dar.

Warum PEEK schwer zu bearbeiten ist 3 Kernherausforderungen

Die Bearbeitung von PEEK ist durchaus machbar, bestraft jedoch alle vorgenommenen Abkürzungen. Drei Materialeigenschaften sind für die meisten Probleme verantwortlich, mit denen Maschinisten konfrontiert sind; Jedem muss mit diesen Bearbeitungstechniken begegnet werden, um Schrottteile oder Verformungen nach der CMM-Inspektion zu verhindern.

Hauptpunkt: Die drei Themen thermische Isolation, innere Beanspruchung, und Preis (Kosten des Materials) sind additiver Natur, nur eines zu lösen und die anderen zu vernachlässigen, wird immer noch zu Ausschuss führen Ein erfolgreicher Prozess wird alle drei Probleme auf einmal angehen.

Schneidwerkzeuge für PEEK: Hartmetall-, Diamant- und PCD-Optionen

Die Werkzeugauswahl für PEEK ist wirklich praktisch auf die Qualität beschränkt, die Sie schneiden. Unbefülltes Glas gefüllt, und Kohlefaser gefülltes PEEK alle mit sehr unterschiedlichen Prozessen geschnitten und nicht optimieren, dass Werkzeugtyp wird Faktor 10 Differential Verschleiß führen Unten ist ein einfacher Entscheidungsleitfaden, der von den meisten Produktionswerkstätten verwendet wird.

Hartmetalleinsätze C-2 für ungefülltes PEEK wird gut funktionieren, muss aber fein geschliffen und scharf sein, ie nicht gesinterte Kanten Der aschere Hartmetallrechen verursacht zu viel Reibung und überhitzt das PEEK, wodurch es oberhalb seines Schmelzpunktes (> 138 °C) weich wird Am besten trübe Spitzen ersetzen, wenn sie beginnen abzurunden, anstatt zu warten, bis sie sichtbar abgenutzt sind.

Glasgefüllte PEEK (ungefähr 301TP3 T Glasfaser in einer PEEK-Matrix) ist abrasiv genug, um Karbidkanten in einigen Dutzend Teilen zu verschlechtern Während die Kosten für PCD-Werkzeuge höher sind, ist es bei Produktionsläufen über 50 pro Teil günstiger. Für Keramikverbundwerkstoffe können manchmal Schneidwerkzeuge aus Siliziumkarbid vorgeschlagen werden, diese sind jedoch nicht mit glasgefülltem PEEK kompatibel.

Benötigt Werkzeuge mit Diamantspitze zum Fräsen Kohlenstofffasern sind härter als Glasfasern in CF-PEEK, und sie sind in Richtungen ausgerichtet, die den lokalen Verschleiß von Kanten und Spitzen ohne Diamant deutlich beschleunigen CVD-Diamant beschichtete Endmühlen sind heute alle als Standard-Fräswerkzeuge für CF-PEEK-Teile üblich.

Pre-embargo-Schlüsselstunde: Wählen Sie das Werkzeug danach, was PEEK Sie bearbeiten: Hartmetall ist in Ordnung für ungefüllt, PCD für glasgefüllt Diamant für Kohlefaservarianten Es spielt keine so große Rolle, wie viel das tatsächliche Werkzeug kostet. Was noch wichtiger ist, ist die Wirtschaftlichkeit des Teils, der bei einer Produktionscharge zur Neige geht.

PEEK-Bearbeitungsparameter „Geschwindigkeits-, Vorschub- und Kühlmittelstrategie

Die richtigen Bearbeitungsparameter für PEEK existieren in einem engen Bereich Zu langsam bedeutet, dass zu viel Wärme in das Werkstück gelangt, wenn der Chip verweilt Zu schnell, und das Werkstück wird zu heiß, und ein Mangel an Chip fließt Wärme zurück in den Schnitt Drake Plastics Seltener Hattrick, soweit PEEK-Unternehmen gehen, da sie extrudieren und Maschinenbestand Formen zuverlässige “ram-up” Daten Shops twittern können:

Die empfohlenen Geschwindigkeiten und Vorschübe zum Fräsen von PEEK bei 500-700 SFM an der Oberfläche bei 0,010-0,040 Zoll/Zahn sorgen für einen schönen Chipfluss, der dabei hilft, Wärme abzuleiten. MDFN ist auch eine schöne Schnitttiefe zum Tenden von Kraftniveaus und zum Bereitstellen eines angemessenen Durchgangs. Tiefer gehen durch viel mehr als 0.10 in/pass, um Auslenkungen an dünnen Abschnitten zu verursachen, während die Wärmeübertragungsgrenzen an denselben Wänden ausgeblasen werden.

Drehgeschwindigkeiten (400-600 SFM) und Vorschübe (0,005-0,015 in/rev) reflektieren Materialabtrag bei minimaler Kraftabsetzung Wickel reinigen am besten Abschnitte, Perforationen oder andere unterbrochene Schnitte führen jedoch zu mehr Aufmerksamkeit für Schärfe an Einsätzen Das Bohren erfordert Hackzyklen, um Späne aus dem Loch zu entfernen, bevor sie zusammen erhitzen. Brocken, die über 3 X-Dia zu groß sind, backen die Kanten und verleihen einen zusätzlichen Riss.

Oberflächenbeschaffenheit auf PEEK ist typischerweise Ra 1.6 –32 um mit Standardparametern und messerscharfen Werkzeugen. Diese Ebene erfüllt die meisten industriellen Dichtungs- und Lageranforderungen. Seit engerer Oberflächenbeschaffenheit StandardsR0.4 µ.4 ist eine sekundäre Politur mit Abras aus feinen Körnern erforderlich. Die Vorveredelung auf der Maschine kann in der Größenordnung von 2500-25000 mm/min nach Pflege von Arbeitstisch, Weg und Befestigung durchgeführt werden, wohingegen eine spezielle Handveredelung mit Schleifmitteln ein gleichmäßigeres Teil ergibt.

Lecreators Präzision PEEK Teile Das Fertigungszentrum umfasst eine spezielle PEEK-Produktionszelle mit kontrollierter Umgebung und speziellen Werkzeugen, um die Präzision aufrechtzuerhalten, die dieses Material erfordert:

In den grundlegenden Lektionen, beginnen Sie mit veröffentlichten Daten von Drake Plastics, wählen Sie Luft als Standardkühlmittel und spezifische Nichtflutverzögerung verschiedene Werkzeugprofile entsprechend und erwarten Sie, dass Sie nach der Maschine etwas Polieren in feineren Oberflächenqualitäten aus einem sekundären Schleifsatz benötigen.

1.2.3 Verarbeitungseigenschaften

PEEK-Klassen und ihre Bearbeitbarkeit: ungefüllt, glasgefüllt und Kohlefaser

Um diesen Gedanken weiter zu verfolgen, wird nicht jeder PEEK gleich erstellt Die Notenauswahl bestimmt Werkzeuge, Parameter und Kosten - und die falsche Note für eine Anwendung kann geradezu teuer sein Vier allgemeine Gruppen werden verwendet, um die meisten CNC-bearbeiteten PEEK-Teile zu klassifizieren - und jeder präsentiert dem Shop unterschiedliche Bearbeitbarkeitsfaktoren:

Ungefüllte (natürliche) PEEK-Maschinen die geringste Menge an Schmutz Die Victrex PEEK 450G Datenblatt gibt eine Zugfestigkeit von 100 MPa bei einer Bruchdehnung von 30-401TP3 T an Eine solche Duktilität führt zur Bildung glatter Späne, die dazu neigen, sich zu evakuieren, ohne zu brechen.

Natural PEEK ist der Standard, nach dem Dichtungen und Lager zusammen mit elektrischen Isolatoren hergestellt werden, bei denen die Schmutzfestigkeit (Abriebfestigkeit) von geringer Bedeutung ist Dies ist der Ausgangspunkt für die überwiegende Mehrheit der PEEK-Kunststoffkomponenten, sofern kein Derivat speziell benötigt wird.

Glasgefüllte PEEK (normalerweise 301TP3 T nach Gewicht) erhöht den Steifigkeitsmodul Form 3,6 GPa auf etwa 11 GPa und erhöht die Kriechfestigkeit bei erhöhter Spannung Niveau für lange Zeiträume Nachteil der Glasfaser verstärkte Material ist Schleifwirkung Hartmetallwerkzeuge, die halten über 500 Teile für ungefüllt PEEK kann nur 50-80 Teile auf den Glas gefüllten Lagerbeständen halten, bevor die Kantenstumpfheit beeinträchtigt Oberflächenbeschaffenheit Qualität.

PCD-Werkzeuge werden die kostengünstige Entscheidung für Losgrößen über 30-50 Stück sein.

PEEK CG50 CF hat einen Zugmodul über 200 MPa und eine Dichte unter 1,45 g/cc. Es wird häufig in strukturellen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt und Hochleistungsrennprodukten verwendet, bei denen die Gewichtsersparnis andere Überlegungen überwiegt. Kohlenstofffasern sind viel härter als Glasfasern und neigen dazu, bei der Bearbeitung feinen Schleifstaub zu erzeugen.

Wenn keine Diamantwerkzeuge verwendet werden, sollte dies besser optional sein! Die Erfassung von Werkzeugverschleißdaten während der Bearbeitung von CF-PEEK sollte mehr Kontrollen als für andere PEEK-Qualitäten sein.

PEEKperASTM F2026-17 in medizinischer Qualität ist chemisch identisch mit Natural PEEK, wird jedoch mit zertifizierter Rückverfolgbarkeit des Ausgangsmaterials und Biokompatibilitätstests hergestellt. Maschinenparameter und Werkzeuge werden für Natural PEEK verwendet. Wo es sich unterscheidet, ist in der Verarbeitungsumgebung nur Trockenbearbeitung, keine Kühlmittelkontamination, mit Befestigung für das medizinische Material und keine Kreuzkontamination mit Natural PEEK.

Die potenziellen PEEK-Anwendungen in medizinischer Qualität sind: Spondylodese-Käfige, Schädelimplantatplatten und Zahnabutments. All dies fällt unter die Zytotoxizität und die Tests an der Implantationsstelle.

Die Industriequalität PEEK astm.org/d8033-22.html” >ASTM D8033-22 erfüllt die mechanischen und elektrischen Standardspezifikationen und beinhaltet keine Zertifizierung für Biokompatibilität Diese industrielle Qualität PEEK hat in ASTM-Spritzguss-PEEK-Stücken für die Herstellung in großen Stückzahlen eine gemeinsame Verwendung gefunden, aber CNC ist der Standard für die Herstellung von Prototypen und in geringen Stückzahlen geblieben.

Was Sie beachten sollten: Die Auswahl der Noten ist eine technische Entscheidung, keine Kaufentscheidung Wählen Sie zunächst die richtige Füllsorte für Ihren Lastfall aus. Bestimmen Sie dann die Werkzeug- und Steuerparameter, die zu dieser Sorte passen.

PEEK-Bearbeitungstoleranzen und Nachbearbeitung des Glühens

Die Tolerierungsfähigkeit bearbeiteter PEEK-Komponenten lässt sich in drei Kategorien einteilen - die Teilemerkmalegeometrie, die Wärmebehandlung des Teils im geglühten oder ungeglühten Zustand und der Grad der Lagerentfernung in Bezug auf die Ausrüstung. Während sich die Bearbeitbarkeit von Metallkomponenten eng mit den Toleranzen überschreitet, funktioniert PEEK nicht gleich.

Reduzierung von 0,05 mm auf 0,025 mm Dreifach - oder Doppelteilpreis aus ähnlichen Gründen wie oben; mehr Glühen zwischen Grob - und Endbearbeitung; straffere Prozesskontrollen; Inspektion durch CMM-Nachbearbeitung an jedem Teil Mit 0,012 mm springt es noch weiter: 4-5 X aufgrund von maschinell kontrollierter Umgebung, CMM-Verifizierung, Mehrfachglühzyklen.

Dieser Zusammenhang zwischen engen Toleranzen und Glühen ist einfach: Kein Spannungsabbau des auf 0,025 mm bearbeiteten PEEK-Teils könnte sich in Tagen oder Wochen nach dem Verlassen des Teils aus der Maschine um 0,02-0,05 mm entspannen, da sich die Spannungen wieder einbauen Dies könnte dazu führen, dass das Teil auch nach dem Verlassen der Maschine nicht mehr verträglich ist.

Zweistufiges Annealing-Protokoll für PEEK

Der Glühvorgang, wie von vorgeschlagen Boedeker-kunststoffe Es handelt sich um einen zweistufigen Prozess, der darauf abzielt, die Bearbeitungsspannung zu verringern und die Kristallinität des Teils für Dimensionsstabilität zu verbessern:

Für PEEK-Teile und PEEK-Merkmale mit engen Toleranzen verwenden viele Geschäfte einen Roh-Glüh-Ziel-Zyklus: Rohmaschine auf 0,5 mm Endabmessung, Glühen und Maschine auf Endtoleranz Dies verhindert, dass der Endschnitt durch Spannungsrelaxation nach der Bearbeitung entspannt wird. Eine zusätzliche Zykluszeit ist kostspielig, bietet jedoch deutlich höhere Ausbeuten für enge Toleranzmerkmale.

Oberflächenrisse können sich bilden, wenn bei stark bearbeiteten Proben auf die Erwärmung verzichtet wird Diese Mikrorisse sind zwar ohne Farbstoffdurchdringungsinspektion nicht erkennbar. Mikrorisse dieser Art können auch durch Druckprüfung entdeckt werden.

Bei Flüssigkeitsdichtung und Vakuumbedingungen ist das Glühen keine Option, sondern eine Spezifikation.

Der wichtige Punkt ist, dass für PEEK das Glühen nicht optional ist Für jede Abmessung, die in 0,025 mm oder weniger gehalten werden muss, oder für jedes Teil mit Wänden, die im Vergleich zur Stammgröße dünn sind, ist der Roh-Glüh-Ziel-Zyklus der sichere Weg, um Dimensionsstabilität und keine Oberflächenrisse zu erreichen.

Wo bearbeitete Teile verwendet werden, PEEK-Anwendungen in der Industrie

Anwendungen erstrecken sich über mehrere Branchen, in denen kein anderes Polymer die Kombination von Temperatur, Chemikalien - und Lastbeständigkeit bietet Unterschiedliche Anwendungsbereiche nutzen unterschiedliche Teilmengen von PEEK-Eigenschaften und haben folglich unterschiedliche Bearbeitungsanforderungen.

So klein oder groß der PEEK-Service-Komponenten-Produktionslauf auch sein mag, von der CNC-Maschinenwerkstatt, die die Teile bearbeitet, sind Geschick und Erfahrung erforderlich Bei Lecreator, 98% von unserem Kunststoffbearbeitung Arbeitsplätze vergehen beim ersten Mal und unsere Kunden genießen die vollständige Rückverfolgbarkeit des importierten Rohstoffs.

Zusammenfassung: Kein anderes Polymer wird in verschiedenen Branchen zunehmend verwendet wie PEEK, da jede Anwendung einzigartige Leistungsmerkmale erfordert, die derzeit kein anderes bearbeitbares Polymer bietet. Von der Luft- und Raumfahrt über medizinische bis hin zu Halbleiteranwendungen verfügt jede Nische über ihre eigenen Bearbeitungseigenschaften, aber das Endergebnis ist durchweg eine Hochleistungsbaugruppe.

Häufig gestellte Fragen zur Bearbeitung von PEEK