Bewerking PEEK: eigenschappen, uitdagingen en CNC-tips

Bewerking PEEK: wat elke ingenieur moet weten voordat hij deze thermoplastische stof snijdt

PEEK is een van de moeilijkste kunststoffen om te bewerkenhoe de ervaring van het succesvol en efficiënt bewerken ook enorm bevredigend is Met hittebestendigheid, chemische inertheid en treksterkte vergelijkbaar met metalen, is PEEK de technische kunststof bij uitstek voor het vervangen van metalen componenten voor gebruik in alles, van spinale implantaten tot straalmotorafdichtingen. Maak een snelle rondleiding door de gereedschaps-, voedings- en koelmiddelkeuzes en de gloeitechnieken die een succesvol resultaat maken of breken PEEK CNC-bewerking operation.

Wat is PEEK en waarom maakt het uit bij CNC-bewerking?

Polyetherether keton (ook wel polyetheretherketon geschreven) of PEEK is een semi-kristallijn polyaryletherketon (PAEK) thermoplastisch polymeer Het werd voor het eerst gesynthetiseerd door Victrex in de jaren 80 en heeft zich gevestigd als een van de meest hoogwaardige technische kunststoffen voor CNC-bewerkingsprocessen. Het is gemakkelijk te begrijpen waarom de machinist het anders behandelt dan andere thermoplastische kunststoffen zoals nylon of acetaal met deze eigenschappen.

Het PEEK-materiaal is uniek op verschillende kwantificeerbare manieren De continue bedrijfstemperatuur is 250 °C 5x POM. Treksterkte zweeft rond de 90-100 MPa, vergelijkbaar in sterkte met een hooggelegeerd aluminium Dichtheid bereikt slechts 1,32 g/cm Gecombineerd maken deze eigenschappen het ideaal voor lichtgewicht dragende structurele componenten, zoals die in de lucht- en ruimtevaartindustrie.

De chemische inertheid strekt zich uit over koolwaterstoffen, sterke zuren en veel organische oplossingen. Bij gebruik in medische toepassingen is de biocompatibele aard van PEEK (zoals gedocumenteerd in ASTM F2026-17) betekent dat het geschikt is voor directe zitplaatsen in spinale fusiekooien, tandheelkundige landhoofden en armaturen, enz. In de elektronica zijn de zeer lage ontgassingseigenschappen, stabiel elektrisch diëlektricum thermisch in de cyclus.

De belangrijkste kwaliteit die dit goed presterende polymeer zowel wenselijk als onmogelijk te bewerken maakt, is dezelfde thermische stabiliteit. PEEK vertoont niet de typische thermoplastische. In plaats daarvan behoudt het zijn sterkte tot aan de overgangstemperatuur van 143 °C en transformeert het vervolgens abrupt. Het is dit smalle temperatuurvenster dat de tijdens de bewerking gegenereerde warmte beperkt houdt in de snijzone van het gereedschapswerkstuk, zoals hieronder beschreven.

Belangrijkste afhaalmaaltijden: Met zijn vermogen om chemicaliën en vocht met een hoge hitte gemakkelijk te verdragen, naast zijn biocompatibiliteit en mechanische eigenschappen, heeft PEEK weinig toepassingen om PEEK te vervangen. Dezelfde eigenschappen brengen een aantal duidelijke machinale uitdagingen met zich mee.

Waarom PEEK moeilijk te bewerken is 3 kernuitdagingen

Het bewerken van PEEK is heel goed mogelijk, maar bestraft alle genomen snelkoppelingen. Drie materiaaleigenschappen zijn verantwoordelijk voor de meeste problemen waarmee machinisten worden geconfronteerd; elk ervan moet worden tegengegaan met deze bewerkingstechnieken om schrootonderdelen of vervorming na CMM-inspectie te voorkomen.

Hoofdpunt: De drie kwesties thermische isolatie, interne stress, en prijs (kosten van materiaal) zijn additief van aard Het oplossen van slechts één en het verwaarlozen van de andere zal nog steeds resulteren in afwijzingen Een succesvol proces zal alle drie de kwesties in één keer aanpakken.

Snijgereedschappen voor PEEK: Carbide-, Diamond- en PCD-opties

Gereedschapskeuze voor PEEK is echt praktisch beperkt tot welke kwaliteit je aan het snijden bent Ongevuld glas, en koolstofvezel gevulde PEEK allemaal gesneden met zeer verschillende processen en het niet optimaliseren van dat gereedschapstype zal resulteren in factor 10 differentiële slijtage Hieronder is een eenvoudige beslissingsgids gebruikt door de meeste productiewinkels.

Carbide inzetstukken C-2 voor ongevulde PEEK zal goed werken, maar moet fijn geslepen en scherp zijn, 'dat wil zeggen geen gesinterde randen Ascarbide hark zal te veel wrijving veroorzaken en de PEEK oververhitten, verzachting boven het smeltpunt (> 138 °C). Het is het beste om doffe punten te vervangen als ze beginnen af te ronden, in plaats van te wachten tot ze zichtbaar versleten zijn.

Met glas gevulde PEEK (ongeveer 30% glasvezel in een PEEK-matrix) is schurend genoeg om carbideranden in enkele tientallen delen af te breken Hoewel de kosten van PCD-gereedschap hoger zijn, maakt een langere levensduur van het gereedschap (5-10x) het goedkoper per onderdeel voor productieruns boven de 50. Siliciumcarbide snijgereedschappen kunnen soms worden voorgesteld voor keramische composieten, maar deze zijn niet compatibel met met glas gevulde PEEK.

Vereist gereedschappen met diamantpunt voor het frezen Koolstofvezels zijn harder dan glasvezels in CF-PEEK, en ze zijn georiënteerd in richtingen die de plaatselijke slijtage van niet-diamantranden en - punten aanzienlijk versnellen CVD diamant gecoate eindmolens zijn nu allemaal gebruikelijk als standaard freesgereedschap voor CF-PEEK onderdelen.

Pre-embargo sleutelles: Kies gereedschap op basis van wat PEEK you'r verspanen: carbide is prima voor ongevuld, PCD voor glas gevuld Diamant voor koolstofvezel varianten Het maakt niet zoveel uit hoeveel het werkelijke gereedschap kost, wat er meer toe zal doen zijn de economische aspecten van het onderdeel dat opraakt bij een productiebatch.

PEEK-bewerkingsparameters 'Speeds, Feeds' en 'Coolant Strategy'

De juiste bewerkingsparameters voor PEEK bestaan op een smal bereik Te langzaam betekent dat er te veel warmte het werkstuk binnenkomt terwijl de chip stilstaat. Te snel, en het werkstuk wordt te heet, en een gebrek aan chipstroompakketten worden weer warm in de snede. Drake Plastics zeldzame hattrick voor zover PEEK-bedrijven gaan, omdat ze betrouwbare gegevensproductie in de “-up” kunnen tweaken:

De aanbevolen snelheden en voedingen voor het frezen van PEEK bij 500-700 SFM op het oppervlak bij 0,010-0,040 in/tand geven een mooie chipstroom die helpt warmte weg te voeren MDFN is ook een mooie snijdiepte voor het verzorgen van krachtniveaus en het bieden van een redelijke doorvoer dieper door te veel dan 010 in/doorlaat om doorbuigingen op dunne secties te veroorzaken, terwijl de thermische grenzen van de warmteoverdracht naar diezelfde muren worden weggeblazen.

Draaisnelheden (400-600 SFM) en voedingen (0,005-0,015 in/rev) reflecteren materiaalverwijdering met minimale krachtafzetting Wraps zijn het beste om secties schoon te maken, maar perforaties of andere onderbroken sneden leiden tot meer aandacht voor scherpte op inzetstukken Boren vereist pikcycli om chips uit het gat te verwijderen voordat ze samen warmte verpakken. Brokken te groot over 3 X-dia bakken de randen en lenen zich voor extra scheur.

Oppervlakteafwerking op machinaal bewerkte PEEK is doorgaans Ra 1,6-3,2 µm met standaardparameters en messcherp gereedschap. Dat niveau voldoet aan de meeste industriële en lagerbehoeften. Aangezien strakkere oppervlakteafwerking bestaat R. Sinds 0.20.4 µm is secundair polijsten met abra's van fijne korrels nodig. Voorafwerking op de machine kan worden uitgevoerd in de orde van 2500-25.000 mm/min na verzorging van de werktafel, het pad en de bevestiging, terwijl speciale handafwerking met schuurmiddelen een consistenter onderdeel oplevert.

Lecreator's precisie PEEK onderdelen productiecentrum omvat een speciale PEEK-productiecel met een gecontroleerde omgeving en speciale tooling om de precisie te behouden die dit materiaal vereist

In de fundamentele lessen, vertrek uit gepubliceerde gegevens van Drake Plastics, kies lucht als standaard koelmiddel en specificeer geen overstromingsvertraging, verschillende gereedschapsprofielen dienovereenkomstig en verwacht dat je wat post-machine polijsten nodig hebt in fijnere oppervlaktekwaliteiten van een secundaire schuurset.

1.2.3 Verwerkingskenmerken

PEEK-graden en hun bewerkbaarheid: onvervuld, met glas gevuld en koolstofvezel

Als we die gedachte verder voortzetten, wordt niet alle PEEK gelijk gemaakt. De kwaliteitsselectie bepaalt het gereedschap, de parameters en de kosten - en het verkeerde cijfer voor een applicatie kan ronduit duur zijn. Er worden vier algemene groepen gebruikt om de meeste CNC-bewerkte PEEK-onderdelen te classificeren - en elk presenteert verschillende bewerkbaarheidsfactoren aan de winkel:

Ongevulde (natuurlijke) PEEK-machines de minste hoeveelheid vuil De Victrex PEEK 450G gegevensblad specificeert een treksterkte van 100 MPa met een rek van 30-40% bij breuk Een dergelijke ductiliteit resulteert in de vorming van gladde chips die de neiging hebben te evacueren zonder te breken.

Natuurlijke PEEK is de standaard waarmee afdichtingen en lagers worden gemaakt samen met elektrische isolatoren waarbij vuilbestendigheid (slijtvastheid) van weinig belang is Dit is het uitgangspunt voor de overgrote meerderheid van PEEK kunststof componenten tenzij een derivaat specifiek nodig is.

Met glas gevulde PEEK (meestal 30% per gewicht) verhoogt de stijfheidsmodulus van 3,6 GPa tot ongeveer 11 GPa en verbetert de kruipweerstand bij een verhoogd spanningsniveau gedurende lange tijd Nadel van het met glasvezel versterkte materiaal is schurend effect Carbidegereedschappen die meer dan 500 delen meegaan voor ongevulde PEEK mogen slechts 50-80 delen op de met glas gevulde kolven meegaan voordat de randdofheid de kwaliteit van de oppervlakteafwerking in gevaar brengt.

PCD-tooling zal de kosteneffectieve beslissing zijn voor batchgroottes boven 30-50 stuks.

PEEK CG50 CF heeft een trekmodulus van meer dan 200 MPa en een dichtheid van minder dan 1,45 g/cc. Het wordt vaak gebruikt in structurele toepassingen in de lucht- en ruimtevaart en hoogwaardige raceproducten waarbij de gewichtsbesparing zwaarder weegt dan andere overwegingen. Koolstofvezels zijn veel harder dan glasvezels en produceren tijdens de bewerking fijn schurend stof.

Als er geen diamantgereedschap wordt gebruikt, kan het beter optioneel zijn! Het verzamelen van gegevens over gereedschapsslijtage tijdens het bewerken van CF-PEEK zou meer bedieningselementen moeten zijn dan voor andere PEEK-kwaliteiten.

Medische kwaliteit PEEKperASTM F2026-17 is chemisch identiek aan Natural PEEK, maar vervaardigd met gecertificeerde traceerbaarheid van grondstoffen en biocompatibiliteitstests Machineparameters en gereedschappen worden hetzelfde gebruikt voor Natural PEEK. Waar het verschilt is alleen in de verwerkingsomgeving droge bewerking, geen verontreiniging met koelvloeistof, met bevestiging speciaal voor het materiaal van medische kwaliteit en niet kruisbesmetting met Natural PEEK.

De potentiële PEEK-applicaties van medische kwaliteit zijn: spinale fusiekooien, schedelimplantaatplaten en tandheelkundige abutments. Deze vallen allemaal onder de cytotoxiciteits- en implantaattests.

De industriële rang PEEK astm.org/d8033-22.html”>ASTM D8033-22 voldoet aan de standaard mechanische en elektrische specificaties en omvat geen certificering voor biocompatibiliteit. Deze industriële kwaliteit PEEK heeft algemeen gebruik gevonden in ASTM-spuitgegoten PEEK-stukken voor productie in grote volumes, maar CNC is de standaard gebleven voor productie van prototypes en kleine volumes.

Wat te onthouden: Het kiezen van cijfers is een technische beslissing, geen aankoopbeslissing Kies eerst de juiste vulkwaliteit voor uw laadgeval Bepaal vervolgens de gereedschaps- en controleparameters die bij die kwaliteit passen.

PEEK Machining Tolerances en Post-Machining Annealing

Het draagvermogen van machinaal bewerkte PEEK-componenten valt in drie categorieën: de geometrie van het onderdeel, de warmtebehandelingstoestand van het onderdeel, gegloeid of niet-gegloeid, en de mate van voorraadverwijdering ten opzichte van de apparatuur. Terwijl voor metalen componenten de bewerkbaarheid zich nauw vertaalt in toleranties, werkt PEEK niet hetzelfde.

Het verminderen van 0,05 mm tot 0,025 mm triples of verdubbelt de deelprijs om soortgelijke redenen als hierboven; meer gloeien tussen ruw en definitief; strakkere procescontroles; inspectie door CMM nabewerking op elk onderdeel Bij 0,012 mm springt het nog verder: 4-5X door gecontroleerde-omgeving bewerking, CMM verificatie, multi-gloei cycli.

Deze correlatie tussen strakke toleranties en gloeien is eenvoudig: geen enkele spanningsontlasting die het PEEK-onderdeel machinaal tot 0,025 mm heeft bewerkt, kan in dagen of weken nadat het onderdeel de machine heeft verlaten met 0,02-0,05 mm ontspannen, omdat de spanningen weer toenemen. Dit kan ertoe leiden dat het onderdeel buiten de tolerantie valt, zelfs nadat het de machine heeft verlaten.

Tweefasengloeiingsprotocol voor PEEK

Het gloeiproces zoals voorgesteld door Boedeker Plastics omvat een tweestapsproces dat tot doel heeft de bewerkingsspanning te verlichten en de kristalliniteit van het onderdeel te verbeteren voor maatvastheid:

Voor PEEK-onderdelen en PEEK-functies met nauwe toleranties gebruiken veel winkels een ruw-gloei-afwerkingscyclus: ruwe machine tot 0,5 mm eindafmeting, gloeien en machine tot eindtolerantie Dit zorgt ervoor dat de afwerkingssnede niet wordt ontspannen door spanningsrelaxatie na bewerking Extra cyclustijd is kostbaar, maar levert aanzienlijk hogere opbrengsten op voor strakke tolerantiefuncties.

Oppervlaktescheuren kunnen ontstaan als bij zwaar bewerkte proefstukken de verwarming achterwege blijft, deze microscheuren zijn weliswaar onmerkbaar zonder inspectie van kleurstofpenetranten. Microscheuren van dit type kunnen ook worden ontdekt door middel van druktesten.

Voor vloeistofafdichtings- en vacuümomstandigheden is gloeien geen optie, maar een specificatie.

Het belangrijke punt is dat, voor PEEK, het gloeien niet facultatief is Voor om het even welke dimensie die in 0.025mm of minder moet worden gehouden, of voor om het even welk deel met muren die dun in vergelijking met voorraadgrootte zijn, is de ruw-gloei-eindige cyclus de zekere manier om dimensionale stabiliteit en geen oppervlaktescheuren te bereiken.

Waar bewerkte onderdelen van de PEEK-industrie worden gebruikt Toepassingen

Toepassingen omvatten meerdere industrieën waar geen enkel ander polymeer de combinatie van temperatuur, chemische en belastingsweerstand biedt Verschillende toepassingsgebieden profiteren van verschillende subsets van PEEK-eigenschappen en hebben bijgevolg verschillende bewerkingseisen.

Hoe klein of groot de PEEK-de productie van de dienstcomponent ook loopt, vaardigheid en ervaring worden vereist van de CNC-machinewerkplaats die de delen machinaal bewerkt Bij Lecreator, 98% van onze kunststofbewerking banen passeren de eerste keer en onze klanten genieten van totale traceerbaarheid van de geïmporteerde grondstof.

Samenvatting: Geen enkel ander polymeer wordt in verschillende industrieën zo steeds vaker gebruikt als PEEK, omdat elke toepassing een unieke reeks prestatiekenmerken vereist die geen enkel ander bewerkbaar polymeer momenteel biedt. Van lucht- en ruimtevaarttoepassingen tot medische toepassingen en halfgeleidertoepassingen heeft elke niche zijn eigen bewerkingseigenaardigheden, maar het eindresultaat is consequent een hoogwaardige assemblage.

Veelgestelde vragen over het bewerken van PEEK