Usinagem PEEK: Propriedades, Desafios e Dicas CNC

Usinagem PEEK: O que todo engenheiro deve saber antes de cortar este termoplástico

PEEK é um plástico mais difícil de máquina satisfazer, independentemente da experiência de usinagem com sucesso e eficiência é imensa Com resistência ao calor inércia e resistência à tração semelhantes aos metais, PEEK é o plástico de engenharia de escolha para substituir componentes metálicos para uso em tudo, desde implantes espinhais até vedações de motores a jato Faça um rápido passeio pelas ferramentas, alimentações e opções de refrigerante e pelas técnicas de recozimento que fazem ou quebram um sucesso Usinagem CNC PEEK operação.

O que é PEEK e por que é importante na usinagem CNC?

Poliéter éter cetona (também escrito polietheretherketona) ou PEEK é um polímero termoplástico de poliariletercetona semicristalina (PAEK) Foi sintetizado pela primeira vez pela Victrex na década de 1980 e se estabeleceu como um dos plásticos de engenharia de maior desempenho para processos de usinagem CNC É fácil entender por que o maquinista o trata de forma diferente de outros termoplásticos como nylon ou acetal com essas propriedades.

O material PEEK é de várias maneiras quantificáveis Sua temperatura de operação contínua é de 250 °C única em torno de 5 x POM A resistência à tração paira 90-100 MPa, semelhante em resistência a um alumínio de alta liga A densidade atinge apenas 1,32 g/cm. Combinadas, essas propriedades o tornam ideal para componentes estruturais leves de suporte de carga, como os da indústria aeroespacial.

Sua inércia química se estende através de hidrocarbonetos, ácidos fortes e muitas soluções orgânicas Quando usado em aplicações médicas, a Natureza biocompatível do PEEK (como docμmented em ASTM F2026-17) significa que é adequado para assentos diretos em gaiolas de fusão espinhal, pilares e acessórios dentários, etc. Na eletrônica, suas características de liberação de gases muito baixas, dielétrico elétrico estável termicamente no ciclismo.

A qualidade chave que faz este polímero de alto desempenho tanto desejável quanto impossível de usinar é esta mesma estabilidade térmica PEEK não exibe o termoplástico típico Em vez disso, mantém sua força até sua temperatura de transição de 143 °C, então se transforma abruptamente É esta janela de temperatura estreita que mantém o calor gerado durante a usinagem restrito na zona de corte ferramenta-peça, como descrito a seguir.

Principais conclusões: Com sua capacidade de tolerar facilmente alto calor e umidade, além de sua biocompatibilidade e propriedades mecânicas, o PEEK tem poucas aplicações para substituir essas mesmas propriedades e representar alguns desafios distintos de usinagem.

Por que PEEK é difícil de resolver desafios essenciais

Usinagem PEEK é inteiramente viável, mas punindo a quaisquer atalhos tomadas Três propriedades do material são responsáveis pela maioria dos problemas que os maquinistas enfrentam; cada um deve ser combatido com essas técnicas de usinagem para evitar peças de sucata ou deformação após a inspeção CMM.

Ponto principal: As três questões isolamento térmico, estresse interno e preço (custo do material) são de natureza aditiva Resolver apenas um e negligenciar os outros ainda resultará em rejeições Um processo bem-sucedido abordará todas as três questões de uma só vez.

Ferramentas de corte para PEEK: opções de carboneto, diamante e PCD

A escolha da ferramenta para PEEK é realmente praticamente limitada a que grau você está cortando O vidro não preenchido preenchido, e PEEK cheio de fibra de carbono todos cortados com processos muito diferentes e não otimizar esse tipo de ferramenta resultará em desgaste diferencial fator 10 Abaixo está um guia de decisão simples usado pela maioria das lojas de produção.

Inserções de carboneto C-2 para PEEK não preenchido funcionará bem, mas deve ser finamente moído e afiado, 'rake não bordas sinterizadas Asharp carboneto causará muita fricção e superaquecer o PEEK, amolecendo acima de seu ponto de fusão (> 138 °C).É melhor substituir pontas maçantes como eles começam a arredondar, em vez de esperar até que eles estão visivelmente desgastados.

O PEEK preenchido com vidro (aproximadamente fibra de vidro 301TP3 T em uma matriz PEEK) é abrasivo o suficiente para degradar as bordas do metal duro em algumas dezenas de peças. Embora o custo do ferramental PCD seja maior, uma vida útil mais longa da ferramenta (5-10 x) torna-o mais barato por peça para tiragens de produção acima de 50. às vezes, ferramentas de corte de carboneto de silício podem ser sugeridas para compósitos cerâmicos, porém estes não são compatíveis com PEEK preenchido com vidro.

Requer ferramentas com ponta de diamante para fresagem As fibras de carbono são mais duras do que as de vidro em CF-PEEK, e elas são orientadas em direções que aceleram significativamente o desgaste localizado de bordas e pontas não diamantadas As fresas finais revestidas com diamante CVD agora são todas comuns como ferramentas de fresagem padrão para peças CF-PEEK.

Lição chave pré-embargo: Escolha ferramenta baseada em qual PEEK você está fazendo à máquina: carboneto é bom para não preenchido, PC-cheio de vidro Diamante para variantes de fibra de carbono Não importa tanto quanto a ferramenta real custos o que importará mais são a economia da peça que se esgota em um lote de produção.

Parâmetros de usinagem PEEK (PEEK Machining Parameters), Speeds, Feeds e Coolant Strategy

Os parâmetros de usinagem corretos para PEEK existem em uma faixa estreita Muito lento significa muito calor entra na peça de trabalho como o chip habita Muito rápido, ea peça de trabalho fica muito quente, e uma falta de pacotes de fluxo de chip calor de volta o corte Drake Plásticos hat trick raro tão longe como PEEK empresas vão, como eles extrusão e máquina de estoque formas para fora confiável “ram-up de produção de dados” lojas podem ajustar:

As velocidades e alimentações recomendadas para fresar PEEK em 500-700 SFM na superfície em 0.010-0.040 in/tooth dão o fluxo agradável da microplaqueta que ajuda a levar o calor longe MDFN é igualmente uma profundidade agradável do corte para tender níveis de força e fornecer a saída razoável Indo mais fundo por demasiado do que 010 in/passtends para causar deflexões em seções finas, ao soprar para fora os limites térmicos da transferência térmica acima dessas mesmas paredes.

As velocidades de giro (400-600 SFM) e as alimentações (0,005-0,015 in/rev) refletem a remoção de material com o mínimo de sedimentação de força Os envoltórios são melhores para limpar seções, mas perfurações ou outros cortes interrompidos levam a mais atenção da nitidez nas inserções A perfuração requer ciclos de peck para limpar os cavacos do orifício antes de embalar o calor juntos Pedaços muito grandes sobre 3 X-dia assarão as bordas e emprestarão a rasgo adicional.

O acabamento superficial usinado PEEK é normalmente Ra 1.6.2 um com parâmetros padrão afiados por faca. Esse nível atende à maioria das necessidades de vedação e rolamento industrial. Desde que existem padrões de acabamento superficial mais rígidosRa 0.0.4 μm polimento secundário com abrasivos de grãos finos. O pré-acabamento na máquina pode ser realizado da ordem de 2500-25000 mm/min após cuidados com a mesa de trabalho, caminho e fixação, enquanto o acabamento manual dedicado com abrasivos produz uma peça mais consistente.

Lecriador peças precisão PEEK o centro de fabricação inclui uma célula de produção PEEK dedicada com um ambiente controlado e ferramentas dedicadas para manter a precisão que este material requer:

Nas lições fundamentais, comece a partir de dados publicados da Drake Plastics, escolha o ar como refrigerante padrão e não especifico nenhum atraso de inundação diferentes perfis de ferramenta de acordo e espere que você precise de algum polimento pós-máquina em qualidades de superfície mais finas de um conjunto abrasivo secundário.

1.2.3 Características do Processamento

Classes PEEK e sua usinabilidade: não preenchido, cheio de vidro e fibra de carbono

Perseguindo esse pensamento ainda mais, nem todo PEEK é criado igual A seleção de notas determina ferramentas, parâmetros e custo - e a nota errada para uma aplicação pode ser totalmente cara Quatro grupos gerais são usados para classificar a maioria das peças PEEK usinadas em CNC - e cada um apresenta diferentes fatores de usinabilidade para a loja:

Máquinas PEEK não preenchidas (naturais) a menor quantidade de sujeira. O Victrex PEEK 450G a folha de dados especifica uma resistência à tração de 100 MPa com um alongamento de 30-401TP3 T na ruptura Tal ductilidade resulta na formação de cavacos lisos que tendem a evacuar sem fraturar.

O PEEK natural é o padrão pelo qual as vedações e rolamentos são feitos junto com isoladores elétricos onde a resistência à sujeira (resistência à abrasão) é de pouca importância Este é o ponto de partida para a grande maioria dos componentes plásticos do PEEK, a menos que um derivado seja especificamente necessário.

O PEEK preenchido com vidro (geralmente 301TP3 T em peso) aumenta o módulo de rigidez de 3,6 GPa para cerca de 11 GPa e aumenta a resistência à fluência em níveis de tensão elevados por longos períodos. A desvantagem do estoque reforçado com fibra de vidro é o efeito abrasivo. As ferramentas de carboneto que duram mais de 500 peças para PEEK não preenchido podem durar apenas 50-80 partes nos estoques preenchidos com vidro antes que a embotamento da borda comprometa a qualidade do acabamento superficial.

O ferramental PCD será a decisão econômica para tamanhos de lote acima de 30-50 peças.

PEEK CG50 CF tem módulo de tração acima de 200 MPa e densidade abaixo de 1,45 g/cc. É frequentemente usado em aplicações estruturais aeroespaciais e produtos de corrida de alto desempenho, onde a economia de peso supera outras considerações As fibras de carbono são muito mais duras do que as fibras de vidro e tendem a produzir poeira abrasiva fina durante a usinagem.

Se o trabalho feito com ferramentas do diamante não é usado então tinha melhor ser opcional! a coleção de dados do desgaste da ferramenta ao fazer à máquina CF-PEEK deve ser mais controles do que para outras categorias de PEEK.

O PEEKperASTM F2026-17 da categoria médica é quimicamente idêntico ao PEEK Natural, mas fabricado com rastreabilidade certificada da matéria-prima e testes da biocompatibilidade Os parâmetros e a ferramenta da máquina são os mesmos usados para o PEEK Natural Onde difere é no ambiente de processamento que faz à máquina seca somente, nenhuma contaminação do líquido refrigerante, com o acessório dedicado ao material da categoria médica e não a contaminação cruzada com o PEEK Natural.

As aplicações potenciais do PEEK da categoria médica são: gaiolas espinais da fusão, placas cranianas do implante e pilares dentais Todos estes caem sob a citotoxicidade e o teste do implante-local.

O PEEK de grau industrial astm.org/d8033-22.html”>ASTM D8033-22 atende às especificações mecânicas e elétricas padrão e não inclui certificação de biocompatibilidade Este PEEK de grau industrial encontrou uso comum em peças PEEK moldadas por injeção ASTM para fabricação de alto volume, mas o CNC permaneceu o padrão para protótipo e fabricação de baixo volume.

O que lembrar: Escolher graus é uma decisão de engenharia, não uma decisão de compra Primeiro escolha o grau de enchimento correto para o seu caso de carga Em seguida, determine os parâmetros de ferramental e controle para se adequar a esse grau.

tolerâncias de usinagem PEEK e recozimento pós-usinagem

A capacidade de tolerância dos componentes PEEK usinados se enquadra em três categorias - a geometria do recurso da peça, o estado de tratamento térmico da peça recozido ou não recozido e o grau de remoção de estoque em relação ao equipamento. Considerando que, para componentes metálicos, a usinabilidade se traduz de perto em tolerâncias, o PEEK não funciona da mesma forma.

Reduzindo de 0,05 mm para 0,025 mm triplica ou dobra o preço da peça por razões semelhantes às acima; mais recozimento entre áspero e final; controles de processo mais apertados; inspeção por CMM pós-usinagem em cada peça Em 0,012 mm ele salta ainda mais: 4-5 X devido à usinagem de ambiente controlado, verificação CMM, ciclos de recozimento múltiplo.

Esta correlação entre tolerâncias apertadas e recozimento é simples: sem alívio de tensão a peça PEEK usinada a 0,025 mm poderia relaxar em 0,02-0,05 mm em dias ou semanas após a peça sair da máquina, como as tensões se acumulam novamente Isso poderia resultar na parte caindo fora de tolerância, mesmo depois que ela sai da máquina.

Protocolo de Recozimento em Duas Fases para o PEEK

O processo de recozimento conforme sugerido por Boedeker Plásticos envolve um processo de duas etapas que visa aliviar a tensão de usinagem e também melhorar a cristalinidade da peça para estabilidade dimensional:

Para peças PEEK e recursos PEEK com tolerâncias apertadas, muitas lojas usam ciclos de acabamento áspero-recozimento: máquina áspera a 0,5 mm de dimensão final, recozimento e máquina até a tolerância final Isso evita que o corte de acabamento seja relaxado pelo relaxamento de tensão após a usinagem O tempo de ciclo extra é caro, mas fornece rendimentos significativamente mais altos para recursos de tolerância apertada.

Fissuras superficiais podem se formar se o aquecimento for omitido para amostras fortemente usinadas Essas microfissuras, embora imperceptíveis sem inspeção por penetrante de corante. Microfissuras desse tipo também podem ser descobertas por meio de testes de pressão.

Para condições de vedação de fluido e vácuo, o recozimento não é uma opção, mas uma especificação.

O ponto importante é que, para o PEEK, o recozimento não é opcional Para qualquer dimensão que precise ser mantida em 0,025 mm ou menos, ou para qualquer parte com paredes finas em comparação com o tamanho do estoque, o ciclo áspero-recozimento-acabamento é a maneira segura de alcançar estabilidade dimensional e sem rachaduras superficiais.

Onde peças usinadas são usadas Aplicações PEEK

As aplicações abrangem várias indústrias onde nenhum outro polímero oferece a combinação de resistência à temperatura, química e carga Diferentes áreas de aplicação aproveitam diferentes subconjuntos de propriedades PEEK e, consequentemente, têm diferentes requisitos de usinagem.

No entanto pequeno ou grande a produção de componentes de serviço PEEK executar, habilidade e experiência são necessários da oficina mecânica CNC que máquinas as peças Em Lecreator, 981TP3 T de nosso usinagem plástico os empregos passam pela primeira vez e nossos clientes desfrutam da rastreabilidade total da matéria-prima importada.

Resumo: Nenhum outro polímero está vendo um uso tão crescente em várias indústrias como o PEEK porque cada aplicação exige um conjunto único de atributos de desempenho que nenhum outro polímero usinável oferece atualmente. Do aeroespacial às aplicações médicas e de semicondutores, cada nicho tem suas próprias idiossincrasias de usinagem, mas o resultado final é consistentemente uma montagem de alto desempenho.

Perguntas frequentes sobre usinagem PEEK