Lavorazione PEEK: proprietà, sfide e suggerimenti CNC

Lavorazione PEEK: cosa dovrebbe sapere ogni ingegnere prima di tagliare questo materiale termoplastico

PEEK è una delle plastiche più difficili da lavorare, tuttavia l'esperienza di lavorare con successo ed efficienza è immensamente soddisfacente Con resistenza al calore, inerzia chimica e resistenza alla trazione simili ai metalli, PEEK è l'ingegneria plastica preferita per la sostituzione di componenti metallici da utilizzare in qualsiasi cosa, dagli impianti spinali alle guarnizioni dei motori a reazione. Fai un rapido tour attraverso le scelte di utensili, alimentazioni e refrigeranti e le tecniche di ricottura che rendono o rompono un successo Lavorazione CNC PEEK operazione.

Cos'è il PEEK e perché è importante nella lavorazione CNC?

Il polietere etere chetone (scritto anche polietereterchetone) o PEEK è un polimero termoplastico poliarileterchetone semicristallino (PAEK), è stato sintetizzato per la prima volta da Victrex negli anni '80 e si è affermato come una delle plastiche ingegneristiche più performanti per i processi di lavorazione CNC, è facile capire perché il macchinista lo tratti in modo diverso da altri termoplastici come il nylon o l'acetale con queste proprietà.

Il materiale PEEK è unico in diversi modi quantificabili La sua temperatura di funzionamento continuo è di 250 °C.intorno a 5x POM La resistenza alla trazione si aggira intorno ai 90-100 MPa, simile in resistenza a un alluminio ad alta lega La densità raggiunge solo 1,32 g/cm Combinata, queste proprietà lo rendono ideale per componenti strutturali portanti leggeri, come quelli dell'industria aerospaziale.

La sua inerzia chimica si estende attraverso idrocarburi, acidi forti e molte soluzioni organiche Quando viene utilizzato in applicazioni mediche, la Natura biocompatibile di PEEK (come docμmented in ASTM F2026-17) significa che è adatto per sedersi direttamente in gabbie di fusione spinale, monconi e dispositivi dentali, ecc. In elettronica, le sue caratteristiche di degassamento molto basse, dielettrico elettrico stabile termicamente nel ciclismo.

La qualità chiave che rende questo polimero ad alte prestazioni desiderabile e impossibile da lavorare è questa stessa stabilità termica Il PEEK non presenta il tipico materiale termoplastico, mantiene invece la sua resistenza fino alla sua temperatura di transizione di 143 °C, quindi si trasforma bruscamente È questa stretta finestra di temperatura che mantiene vincolato il calore generato durante la lavorazione nella zona di taglio utensile-pezzo, come descritto di seguito.

Asporto chiave: la sua capacità di tollerare facilmente sostanze chimiche e umidità elevate, oltre alla sua biocompatibilità e proprietà meccaniche, PEEK ha poche applicazioni per sostituire il PEEK. Con quelle stesse proprietà pongono sfide di lavorazione distinte.

Perché la PEEK è difficile da creare 3 sfide principali

La lavorazione del PEEK è del tutto fattibile ma punibile con eventuali scorciatoie prese. Tre proprietà del materiale rappresentano la maggior parte dei problemi che i macchinisti devono affrontare; ognuno deve essere contrastato con queste tecniche di lavorazione per prevenire parti di scarto o deformazioni dopo l'ispezione CMM.

Punto principale: le tre questioni isolamento termico, stress interno, e prezzo (costo del materiale) sono di natura additiva Risolvendone solo uno e trascurando gli altri si tradurrà comunque in scarti Un processo di successo affronterà tutte e tre le questioni contemporaneamente.

Strumenti di taglio per PEEK: opzioni di carburo, diamante e PCD

La scelta dell'utensile per PEEK è davvero praticamente limitata al grado che stai tagliando Il vetro non riempito riempito e il PEEK riempito con fibra di carbonio sono tutti tagliati con processi molto diversi e non ottimizzare quel tipo di utensile comporterà un'usura differenziale del fattore 10. di seguito è riportata una semplice guida decisionale utilizzata dalla maggior parte dei negozi di produzione.

Gli inserti in carburo C-2 per PEEK non riempito funzioneranno bene, ma devono essere macinati finemente e affilati, 3 e bordi non sinterizzati Il rake in carburo Asharp causerà troppo attrito surriscalda l'ammorbidimento PEEK sopra il suo punto di fusione (> 18 °C) È meglio sostituire le punte opache quando iniziano ad arrotondarsi, piuttosto che aspettare finché non sono visibilmente usurate.

Il PEEK riempito di vetro (all'incirca fibra di vetro 30% in una matrice PEEK) è abbastanza abrasivo da degradare i bordi in carburo in poche decine di parti Mentre il costo degli utensili PCD è più elevato, una maggiore durata dell'utensile (5-10x) lo rende più economico per parte per la produzione supera i 50. gli utensili da taglio in carburo di silicio possono talvolta essere suggeriti per i compositi ceramici, tuttavia questi non sono compatibili con il PEEK riempito di vetro.

Richiede utensili con punta diamantata per la fresatura Le fibre di carbonio sono più dure di quelle di vetro in CF-PEEK e sono orientate in direzioni che accelerano significativamente l'usura localizzata di bordi e punte non diamantati I mulini terminali rivestiti diamantati CVD sono ora tutti comuni come utensili di fresatura standard per parti CF-PEEK.

Lezione chiave pre-embargo: Scegli lo strumento in base a ciò che PEEK stai lavorando: il carburo va bene per non riempito, il PCD per il vetro riempito Diamante per le varianti in fibra di carbonio Non importa quanto costa lo strumento effettivoCiò che conterà di più sono gli aspetti economici della parte che si esaurisce su un lotto di produzione.

PEEK Lavorazione Velocità, Feed e strategia del refrigerante PEEK

I parametri di lavorazione corretti per PEEK esistono a una gamma ristretta Troppo lento significa troppo calore entra nel pezzo mentre il chip dimora Troppo veloce, e il pezzo diventa troppo caldo, e una mancanza di chip flow packs calore indietro nel taglio Drake Plastics rara tripletta per quanto riguarda le aziende PEEK andare, come essi forme di stock di macchine e di“r affidabile (officine di produzione up”) può modificare:

Le velocità e le alimentazioni raccomandate per la fresatura del PEEK a 500-700 SFM sulla superficie a 0,010-0,040 pollici/dente danno un bel flusso di truciolo che aiuta a portare via il calore MDFN è anche una bella profondità di taglio per tendere i livelli di forza e fornire una produttività ragionevole Andare più in profondità anche di molto più di 0,00 pollici/passare per causare deflessioni su sezioni sottili, eliminando al contempo i limiti termici del trasferimento di calore su quelle stesse pareti.

Le velocità di rotazione (400-600 SFM) e le alimentazioni (0,005-0,015 in/rev) riflettono la rimozione del materiale con una sedimentazione minima della forza Gli involucri sono i migliori per pulire le sezioni, ma le perforazioni o altri tagli interrotti portano a una maggiore attenzione della nitidezza sugli inserti La perforazione richiede cicli di beck per eliminare i trucioli dal foro prima di impacchettare insieme il calore I pezzi troppo grandi su 3 X-dia cuoceranno i bordi e presteranno a ulteriori strappi.

La finitura superficiale PEEK è tipicamente su parametri standard 3.6.2μm con utensile affilato per coltelli Quel livello soddisfa la maggior parte delle esigenze di sigillatura industriale e cuscinetti Poiché esistono standard di finitura superficiale più severiRacon 0.4μm È necessaria una lucidatura secondaria con abrasioni a grana fine La prefinitura sulla macchina può essere eseguita nell'ordine di 2500-25000 mm/min dopo la cura del tavolo di lavoro, del percorso e del fissaggio, mentre la finitura manuale dedicata con abrasivi produce una parte più coerente.

Del creatore parti di precisione PEEK centro di produzione comprende una cella di produzione PEEK dedicata con un ambiente controllato e attrezzature dedicate per mantenere la precisione che questo materiale richiede:

Nelle lezioni fondamentali, inizia dai dati pubblicati da Drake Plastics, scegli l'aria come refrigerante predefinito e specifica senza ritardo di inondazione diversi profili di utensili di conseguenza e aspettati che avrai bisogno di un po' di lucidatura post-macchina con qualità superficiali più fini da un set abrasivo secondario.

1.2.3 Caratteristiche di elaborazione

gradi PEEK e loro lavorabilità: non riempiti, riempiti di vetro e fibra di carbonio

Perseguendo ulteriormente questo pensiero, non tutto il PEEK è creato uguale La selezione del grado determina gli strumenti, i parametri e il costo - e il grado sbagliato per un'applicazione può essere decisamente costoso Quattro gruppi generali vengono utilizzati per classificare la maggior parte delle parti PEEK lavorate a CNC - e ciascuno presenta diversi fattori di lavorabilità al negozio:

Peek non riempito (naturale) macchine la minor quantità di sporco Il Victrex PEEK 450G scheda tecnica specifica una resistenza alla trazione di 100 MPa con un allungamento a rottura di 30-40% Tale duttilità determina la formazione di trucioli lisci che tendono ad evacuare senza fratturarsi.

Il PEEK naturale è lo standard con cui vengono realizzate guarnizioni e cuscinetti insieme agli isolanti elettrici dove la resistenza allo sporco (resistenza all'abrasione) è di scarsa importanza Questo è il punto di partenza per la stragrande maggioranza dei componenti in plastica PEEK a meno che non sia specificamente necessario un derivato.

Il PEEK riempito di vetro (solitamente 30% in peso) aumenta il modulo di rigidità da 3,6 GPa a circa 11 GPa e migliora la resistenza allo scorrimento viscoso a livelli di stress elevati per lunghi periodi. Lo svantaggio del materiale rinforzato con fibra di vetro è l'effetto abrasivo. Gli strumenti in metallo duro che durano oltre 500 parti per il PEEK non riempito possono durare solo 50-80 parti sui materiali riempiti di vetro prima che l'ottusità del bordo comprometta la qualità della finitura superficiale.

gli utensili PCD saranno la decisione economicamente vantaggiosa per lotti di dimensioni superiori a 30-50 pezzi.

PEEK CG50 CF ha un modulo di trazione superiore a 200 MPa e una densità inferiore a 1,45 g/cc. Viene spesso utilizzato in applicazioni strutturali aerospaziali e prodotti da corsa ad alte prestazioni in cui il risparmio di peso supera altre considerazioni Le fibre di carbonio sono molto più dure delle fibre di vetro e tendono a produrre polvere abrasiva fine durante la lavorazione.

Se non si utilizzano utensili diamantati, è meglio che siano opzionali! La raccolta dei dati sull'usura degli utensili durante la lavorazione CF-PEEK dovrebbe essere costituita da più controlli rispetto ad altri gradi PEEK.

Il grado medico PEEKperASTM F2026-17 è chimicamente identico al PEEK naturale, ma fabbricato con la tracciabilità certificata della materia prima e il test di biocompatibilità I parametri e gli utensili della macchina sono gli stessi utilizzati per il PEEK naturale Dove differisce è nell'ambiente di lavorazione solo lavorazione a secco, nessuna contaminazione del liquido di raffreddamento, con l'attrezzatura dedicata al materiale di grado medico e non la contaminazione incrociata con PEEK naturale.

Le potenziali applicazioni PEEK di grado medico sono: gabbie di fusione spinale, piastre di impianto cranico e monconi dentali. Tutti questi rientrano nella citotossicità e nei test del sito di impianto.

Il grado industriale PEEK astm.org/d8033-22.html”>ASTM D8033-22 soddisfa le specifiche meccaniche ed elettriche standard e non include la certificazione per la biocompatibilità Questo PEEK di grado industriale ha trovato un uso comune nei pezzi PEEK stampati a iniezione ASTM per la produzione di volumi elevati ma CNC è rimasto lo standard per la produzione di prototipi e volumi ridotti.

Cosa ricordare: la scelta dei voti è una decisione ingegneristica, non una decisione di acquisto Per prima cosa scegli il grado di riempimento corretto per il tuo caso di carico Quindi determina i parametri di attrezzaggio e controllo per adattarli a quel grado.

Tolleranze di lavorazione PEEK e ricottura post-lavorazione

La capacità di tolleranza dei componenti PEEK lavorati rientra in tre categorie: la geometria delle caratteristiche della parte, il trattamento termico della parte ricotto o non ricotto e il grado di rimozione dello stock rispetto all'apparecchiatura. Mentre per i componenti metallici la lavorabilità si traduce strettamente in tolleranze, il PEEK non funziona allo stesso modo.

Riducendo da 0,05 mm a 0,025 mm triplica o raddoppia il prezzo del pezzo per ragioni simili a quelle sopra; più ricottura tra grezzo e finale; controlli di processo più severi; ispezione mediante post-lavorazione CMM su ogni parte A 0,012 mm salta ancora di più: 4-5X a causa della lavorazione ad ambiente controllato, verifica CMM, cicli di ricottura multiplo.

Questa correlazione tra tolleranze strette e ricottura è semplice: nessun alleggerimento dello stress, la parte PEEK lavorata a 0,025 mm potrebbe rilassarsi di 0,02-0,05 mm nei giorni o nelle settimane successivi all'uscita della parte dalla macchina, poiché le sollecitazioni si accumulano nuovamente. Ciò potrebbe comportare che la parte non tolleri nemmeno dopo aver lasciato la macchina.

Protocollo di ricottura in due fasi per PEEK

Il processo di ricottura come suggerito da Plastica Boedeker prevede un processo in due fasi che mira ad alleviare lo stress di lavorazione e a migliorare la cristallinità del pezzo per la stabilità dimensionale:

Per le parti PEEK e le caratteristiche PEEK con tolleranze strette, molti negozi utilizzano cicli di finitura con ricottura ruvida: macchina ruvida fino a 0,5 mm di dimensione finale, ricottura e tolleranza dalla macchina alla finale. Ciò impedisce al taglio di finitura di essere allentato dal rilassamento dello stress dopo la lavorazione. Il tempo di ciclo aggiuntivo è costoso, ma fornisce rese significativamente più elevate per caratteristiche di tolleranza strette.

Le crepe superficiali possono formarsi se il riscaldamento viene omesso per i campioni pesantemente lavorati Queste micro-fessure, mentre sono impercettibili senza ispezione del penetrante del colorante Le micro-fessure di questo tipo possono essere scoperte anche attraverso prove di pressione.

Per le condizioni di tenuta del fluido e di vuoto, la ricottura non è un'opzione ma una specifica.

Il punto importante è che, per PEEK, la ricottura non è opzionale Per qualsiasi dimensione che deve essere mantenuta in 0,025 mm o meno, o per qualsiasi parte con pareti sottili rispetto alla dimensione del calcio, il ciclo di ricottura-finitura ruvida è il modo sicuro per ottenere stabilità dimensionale e nessuna crepa superficiale.

Dove vengono utilizzate parti lavorate PEEK Applicazioni del settore

Le applicazioni abbracciano più settori in cui nessun altro polimero offre la combinazione di temperatura, sostanza chimica e resistenza al carico Diverse aree di applicazione sfruttano diversi sottoinsiemi di proprietà PEEK e di conseguenza hanno requisiti di lavorazione diversi.

Per quanto piccolo o grande sia il ciclo di produzione dei componenti di servizio PEEK, abilità ed esperienza sono richieste all'officina meccanica CNC che lavora i pezzi Presso Lecreator, 98% del nostro lavorazione plastica i lavori passano la prima volta e i nostri clienti godono di una totale tracciabilità della materia prima importata.

Riassunto: Nessun altro polimero sta vedendo un uso così crescente in vari settori come il PEEK perché ogni applicazione richiede un insieme unico di attributi prestazionali che nessun altro polimero lavorabile attualmente offre Dall'aerospaziale alle applicazioni mediche ai semiconduttori, ogni nicchia ha le proprie idiosincrasie di lavorazione ma il risultato finale è costantemente un assemblaggio ad alte prestazioni.

Domande frequenti sulla lavorazione PEEK