Usinage PEEK : propriétés, défis et conseils CNC

Usinage PEEK : ce que tout ingénieur devrait savoir avant de couper ce thermoplastique

PEEK est l'un des plastiques les plus difficiles à usiner. Cependant, l'expérience de son usinage réussi et efficace est extrêmement satisfaisante. Avec une résistance à la chaleur, une inertie chimique et une résistance à la traction similaires à celles des métaux, PEEK est le plastique technique de choix pour remplacer les composants métalliques destinés à être utilisés dans tout, des implants rachidiens aux joints de moteur à réaction. Faites un tour rapide à travers les choix d'outillage, d'alimentation et de liquide de refroidissement et les techniques de recuit qui réussissent ou brisent Usinage CNC PEEK opération.

Qu'est-ce que le PEEK et pourquoi est-il important dans l'usinage CNC ?

La polyéther éther cétone (également écrite polyétheréthercétone) ou PEEK est un polymère thermoplastique semi-cristallin de polyaryléthercétone (PAEK).Elle a été synthétisée pour la première fois par Victrex dans les années 1980 et s'est imposée comme l'un des plastiques techniques les plus performants pour les procédés d'usinage CNC. Il est facile de comprendre pourquoi le machiniste la traite différemment des autres thermoplastiques tels que le nylon ou l'acétal présentant ces propriétés.

Le matériau PEEK est unique de plusieurs façons quantifiables Sa température de fonctionnement continu est de 250 °C autour de 5 x POM La résistance à la traction oscille autour de 90-100 MPa, similaire en résistance à un aluminium fortement allié La densité n'atteint que 1,32 g/cm. Combinées, ces propriétés le rendent idéal pour les composants structurels porteurs légers, tels que ceux de l'industrie aérospatiale.

Son inertie chimique s'étend aux hydrocarbures, aux acides forts et à de nombreuses solutions organiques. Lorsqu'elle est utilisée dans des applications médicales, la nature biocompatible du PEEK (telle que documentée dans ASTM F2026-17) signifie qu'il convient aux sièges directs dans les cages de fusion vertébrale, les piliers et accessoires dentaires, etc. En électronique, ses très faibles caractéristiques de dégazage, son diélectrique électrique stable thermiquement en cyclage.

La qualité clé qui rend ce polymère performant à la fois souhaitable et impossible à usiner est cette même stabilité thermique Le PEEK ne présente pas le thermoplastique typique Au lieu de cela, il maintient sa résistance jusqu'à sa température de transition de 143 °C, puis se transforme brusquement C'est cette fenêtre étroite de température qui maintient la chaleur générée lors de l'usinage contrainte au niveau de la zone de coupe outil-pièce, comme décrit dans ce qui suit.

Principal point à retenir : Grâce à sa capacité à tolérer facilement une chaleur, des produits chimiques et une humidité élevés, en plus de sa biocompatibilité et de ses propriétés mécaniques, le PEEK a peu d'applications pour remplacer ces mêmes propriétés et posent des défis d'usinage distincts.

Pourquoi PEEK est difficile à utiliser en machine 3 défis fondamentaux

L'usinage du PEEK est tout à fait réalisable mais punissant tout raccourci pris Trois propriétés des matériaux représentent la plupart des problèmes auxquels les machinistes sont confrontés ; chacun doit être contré avec ces techniques d'usinage pour éviter les chutes de pièces ou les déformations après inspection CMM.

Point principal : Les trois problèmes d'isolement thermique, de stress interne et de prix (coût du matériau) sont de nature additive Résoudre un seul et négliger les autres entraînera toujours des rejets Un processus réussi s'attaquera aux trois problèmes à la fois.

Outils de coupe pour PEEK : options de carbure, de diamant et de PCD

Le choix de l'outil pour PEEK est vraiment pratiquement limité à la qualité que vous coupez. verre non rempli rempli, et PEEK rempli de fibre de carbone tous coupés avec des processus très différents et ne pas optimiser ce type d'outil entraînera une usure différentielle de facteur 10. Vous trouverez ci-dessous un guide de décision simple utilisé par la plupart des ateliers de production.

Les inserts en carbure C-2 pour PEEK non chargé fonctionneront bien, mais doivent être finement broyés et tranchants, 10 bords non frittés Ashie le râteau en carbure Asharp provoquera trop de friction et surchauffera le PEEK, ramollissant au-dessus de son point de fusion (> 138 °C).Il est préférable de remplacer les pointes ternes lorsqu'elles commencent à s'arrondir, plutôt que d'attendre qu'elles soient visiblement usées.

Le PEEK chargé de verre (environ 301TP3 T fibre de verre dans une matrice PEEK) est suffisamment abrasif pour dégrader les bords de carbure en quelques dizaines de pièces, Alors que le coût de l'outillage PCD est plus élevé, une durée de vie plus longue de l'outil (5-10 x) le rend moins cher par pièce pour les séries de production au-dessus de 50. les outils de coupe de carbure de silicium peuvent parfois être suggérés pour les composites céramiques cependant ceux-ci ne sont pas compatibles avec le PEEK chargé de verre.

Nécessite des outils à pointe diamantée pour le fraisage Les fibres de carbone sont plus dures que celles de verre dans CF-PEEK, et elles sont orientées dans des directions qui accélèrent considérablement l'usure localisée des bords et des pointes non diamantés Les moulins à bout revêtus de diamant CVD sont maintenant tous courants comme outils de fraisage standard pour les pièces CF-PEEK.

Leçon de pré-embarquement : Choisissez l'outil en fonction de ce que PEEK vous usinez : le carbure est bien pour les non-chargés, PCD pour les variantes en verre-fibre de carbone Le diamant pour les variantes en fibre de carbone n'a pas autant d'importance que les coûts réels de l'outil, ce qui comptera le plus, ce sont les aspects économiques de la pièce qui s'épuisent sur un lot de production.

Paramètres d'usinage PEEK : vitesses, alimentations et stratégie de refroidissement

Les paramètres d'usinage corrects pour PEEK existent à une plage étroite Trop lent signifie trop de chaleur pénètre dans la pièce à usiner comme la puce habite Trop rapide, et la pièce devient trop chaude, et un manque de flux de copeaux de chaleur en arrière coupe Drake Plastics rare tour du chapeau aussi loin que les entreprises PEEK vont, comme ils extrude et machine stock formes outs fiables “p-up” data production shops peut tweak :

Les vitesses et les alimentations recommandées pour le fraisage du PEEK à 500-700 SFM en surface à 0,010-0,040 po/dent donnent un bon débit de copeaux qui aide à évacuer la chaleur Le MDFN est également une belle profondeur de coupe pour tendre les niveaux de force et fournir un débit raisonnable. Aller plus profondément par trop de 0,00 po/passe10 pour provoquer des déflexions sur les sections minces, tout en soufflant les limites de transfert de chaleur vers le haut de ces mêmes parois.

Les vitesses de rotation (400-600 SFM) et les alimentations (0,005-0,015 po/tr) reflètent l'enlèvement de matière avec un minimum de décantation de force Les enveloppes sont les meilleures pour nettoyer les sections, mais les perforations ou autres coupures interrompues entraînent une plus grande attention de netteté sur les inserts Le perçage nécessite des cycles de picotage pour éliminer les copeaux du trou avant de faire chauffer ensemble Les morceaux trop gros sur 3 X-dia cuiront les bords et prêteront à une déchirure supplémentaire.

Finition de surface sur usinéEK est typiquement Ra 1.6.2µm avec des paramètres standards et un outillage tranchant au couteau Ce niveau répond à la plupart des besoins industriels en matière d'étanchéité et de roulement Puisque des normes d'état de surface plus strictes existentRa 0.2.4µmun polissage secondaire avec des abrasis de grains fins est nécessaire La pré-finition sur machine peut être effectuée de l'ordre de 2500-25000 mm/min après soin de la table de travail, du chemin et de la fixation, alors qu'une finition dédiée à la main avec des abrasifs donne une pièce plus cohérente.

Lecréateur pièces PEEK de précision centre de fabrication comprend une cellule de production PEEK dédiée avec un environnement contrôlé et un outillage dédié pour maintenir la précision que ce matériau nécessite :

Dans les leçons fondamentales, partez des données publiées de Drake Plastics, choisissez l'air comme liquide de refroidissement par défaut et des profils d'outils spécifiques sans retard de crue en conséquence et attendez-vous à avoir besoin d'un polissage post-machine dans des qualités de surface plus fines à partir d'un ensemble abrasif secondaire.

1.2.3 Caractéristiques du traitement

qualités PEEK et leur usinabilité : non remplies, remplies de verre et de fibre de carbone

Poursuivant cette réflexion plus loin, tous les PEEK ne sont pas créés égaux La sélection de qualité détermine l'outillage, les paramètres et le coût - et la mauvaise qualité pour une application peut être carrément coûteuse. Quatre groupes généraux sont utilisés pour classer la plupart des pièces PEEK usinées au CNC - et chacun présente différents facteurs d'usinabilité à l'atelier :

Les machines PEEK non remplies (naturelles) contiennent le moins de saleté. Le Victrex PEEK 450G la fiche technique spécifie une résistance à la traction de 100 MPa avec un allongement à la rupture de 30-401TP3 T. Une telle ductilité entraîne la formation de copeaux lisses qui ont tendance à s'évacuer sans fracturation.

Natural PEEK est la norme par laquelle les joints et les roulements sont fabriqués avec des isolateurs électriques où la résistance à la saleté (résistance à l'abrasion) est de peu d'importance C'est le point de départ pour la grande majorité des composants en plastique PEEK à moins qu'un dérivé ne soit spécifiquement nécessaire.

Le PEEK chargé de verre (généralement 301TP3 T en poids) augmente la forme du module de rigidité de 3,6 GPa à environ 11 GPa et améliore la résistance au fluage à un niveau de contrainte élevé pendant de longues durées. L'inconvénient de la matière renforcée de fibres de verre est l'effet abrasif. Les outils en carbure qui durent plus de 500 parties pour le PEEK non rempli peuvent durer seulement 50 à 80 parties sur les stocks remplis de verre avant que la qualité de finition de surface compromise par la matité des bords.

L'outillage PCD sera la décision rentable pour les lots supérieurs à 30 à 50 pièces.

PEEK CG50 CF a un module de traction supérieur à 200 MPa et une densité inférieure à 1,45 g/cc. Il est souvent utilisé dans les applications structurelles aérospatiales et les produits de course hautes performances où l'économie de poids l'emporte sur d'autres considérations Les fibres de carbone sont beaucoup plus dures que les fibres de verre et ont tendance à produire de fines poussières abrasives pendant l'usinage.

Si l'outillage diamant n'est pas utilisé, il vaudrait mieux qu'il soit facultatif ! La collecte de données sur l'usure des outils lors de l'usinage CF-PEEK devrait être plus contrôlée que pour les autres qualités PEEK.

Le PEEKperASTM F2026-17 de qualité médicale est chimiquement identique au PEEK naturel, mais fabriqué avec des tests certifiés de traçabilité et de biocompatibilité des matières premières. Les paramètres et l'outillage de la machine sont les mêmes que ceux utilisés pour le PEEK naturel. Là où il diffère, c'est dans l'environnement de traitement, l'usinage à sec uniquement, aucune contamination par le liquide de refroidissement, avec une fixation dédiée au matériau de qualité médicale et non une contamination croisée avec le PEEK naturel.

Les applications PEEK potentielles de qualité médicale sont : les cages de fusion vertébrale, les plaques d'implant crânien et les piliers dentaires. Tous relèvent de la cytotoxicité et des tests implanto-sites.

Le PEEK de qualité industrielle astm.org/d8033-22.html”>ASTM D8033-22 répond aux spécifications mécaniques et électriques standard et n'inclut pas la certification pour la biocompatibilité Ce PEEK de qualité industrielle a trouvé une utilisation courante dans les pièces PEEK moulées par injection ASTM pour la fabrication en grand volume mais CNC est resté la norme pour la fabrication de prototypes et en faible volume.

Ce qu'il faut retenir : Choisir des qualités est une décision d'ingénierie, pas une décision d'achat Choisissez d'abord la bonne qualité de remplissage pour votre caisse de charge Déterminez ensuite les paramètres d'outillage et de contrôle en fonction de cette qualité.

Tolérances d'usinage PEEK et recuit post-usinage

La capacité de tolérancement des composants PEEK usinés se divise en trois catégories : la géométrie des caractéristiques de la pièce, l'état de traitement thermique de la pièce recuit ou non recuit et le degré d'enlèvement du stock par rapport à l'équipement. Alors que pour les composants métalliques, l'usinabilité se traduit étroitement par des tolérances, le PEEK ne fonctionne pas de la même manière.

Réduire de 0,05 mm à 0,025 mm triple ou double le prix des pièces pour des raisons similaires à celles ci-dessus ; plus de recuit entre brut et final ; contrôles de processus plus serrés ; inspection par post-usinage CMM sur chaque pièce À 0,012 mm, il saute encore plus loin : 4-5 X grâce à l'usinage en environnement contrôlé, vérification CMM, cycles de multi-recuit.

Cette corrélation entre les tolérances serrées et le recuit est simple : aucun soulagement des contraintes, la pièce PEEK usinée à 0,025 mm, ne pourrait se détendre de 0,02 à 0,05 mm quelques jours ou semaines après la sortie de la pièce de la machine, à mesure que les contraintes réintègrent. Cela pourrait entraîner une perte de tolérance de la pièce même après sa sortie de la machine.

Protocole de recuit en deux étapes pour PEEK

Le processus de recuit comme suggéré par Plastiques Boedeker implique un processus en deux étapes qui vise à soulager la contrainte d'usinage ainsi qu'à améliorer la cristallinité de la pièce pour la stabilité dimensionnelle :

Pour les pièces PEEK et les caractéristiques PEEK avec des tolérances serrées, de nombreux magasins utilisent un cycle rugueux-recuit-finition : machine rugueuse à 0,5 mm de dimension finale, recuit et machine à tolérance finale Cela empêche la coupe de finition d'être détendue par relaxation des contraintes après usinage Le temps de cycle supplémentaire est coûteux, mais fournit des rendements nettement plus élevés pour les caractéristiques de tolérance serrées.

Des fissures superficielles peuvent se former si le chauffage est omis pour des éprouvettes fortement usinées Ces micro-fissures, alors qu'elles sont imperceptibles sans inspection par ressuage de colorant Des micro-fissures de ce type peuvent également être découvertes par des tests de pression.

Pour les conditions d’étanchéité aux fluides et de vide, le recuit n’est pas une option mais une spécification.

Le point important est que, pour le PEEK, le recuit n'est pas facultatif Pour toute dimension qui doit être maintenue dans 0,025 mm ou moins, ou pour toute partie avec des parois qui sont minces en comparaison avec la taille du stock, le cycle rugueux-recuit-finition est le moyen sûr d'atteindre la stabilité dimensionnelle et aucune fissure de surface.

Où les pièces PEEK usinées sont utilisées dans les applications industrielles

Les applications couvrent plusieurs industries où aucun autre polymère n'offre la combinaison de la température, de la résistance chimique et de la charge Différents domaines d'application tirent parti de différents sous-ensembles de propriétés PEEK et ont par conséquent des exigences d'usinage différentes.

Quelle que soit la petite ou la grande production des composants de service PEEK, les compétences et l'expérience sont requises de l'atelier d'usinage CNC qui usine les pièces Chez Lecreator, 98% de notre usinage plastique les emplois passent la première fois et nos clients bénéficient d'une traçabilité totale de la matière première importée.

Résumé : Aucun autre polymère ne voit une utilisation aussi croissante dans diverses industries que le PEEK car chaque application exige un ensemble unique d'attributs de performance qu'aucun autre polymère usinable n'offre actuellement De l'aérospatiale aux applications médicales en passant par les semi-conducteurs, chaque niche a ses propres particularités d'usinage mais le résultat final est systématiquement un assemblage haute performance.

Questions fréquemment posées sur l'usinage PEEK