Обработка пластмасс Delrin, PEEK и Teflon/PTFE: советы, преимущества и применение

Введение

Пластмассы играют важную роль в современном производственном секторе, поскольку они, как правило, доступны, большинство из них недороги и хорошо сочетаются с распространенными технологиями производства, такими как литье под давлением, 3D-печать и прецизионное фрезерование на станках с ЧПУ.

Обработка на станке с ЧПУ — это субтрактивная технология производства, которая включает в себя тщательное удаление материала из твердого блока материала с помощью вращающихся инструментов и сверл для придания формы компоненту.

С точки зрения производства пластиковых компонентов обработка на станке с ЧПУ более точна, чем литье под давлением.

Кроме того, по сравнению со многими другими технологиями производства, обработка с ЧПУ более совместима с более широким спектром пластмасс, что делает ее привлекательным вариантом для многих производственных групп по производству деталей путем механической обработки.

Обработка пластмасс

Что такое Дерлин

Ацетальный полимер, известный под торговым названием Делрин, широко используется в механической обработке на станках с ЧПУ из-за его замечательных характеристик. Вещество, которое также называют пластиком ПОМ (полиоксиметилен) или делрин, можно дополнительно обрабатывать с помощью таких процедур, как литье под давлением и 3D-печать. Существует множество сортов делрина, каждый из которых обладает уникальным сочетанием характеристик.

Благодаря своей высокой прочности на разрыв, низкому трению и высокой износостойкости, сопротивлению ползучести и короблению, а также общей прочности и долговечности пластик Delrin служит отличной альтернативой металлу. Превосходная плотность, пониженное поглощение влаги и химическая стойкость к углеводородам, растворителям и нейтральным химическим веществам — это лишь некоторые из качеств вещества Делрин.

Что такое ПИК

Семейство материалов PAEK включает высокоэффективный инженерный термопласт, известный как PEEK или полиэфирэфиркетон. Полукристаллический материал, обладающий исключительной прочностью, износостойкостью и стойкостью к истиранию и сохраняющий свои качества даже при высоких температурах, используется для изготовления различных промышленных деталей и компонентов.

Марки PEEK сравнимы с PPS по химической и водостойкости. С другой стороны, PEEK имеет температуру плавления 343°C и может выдерживать температуру до 250°C, не теряя при этом своих физических свойств. Его также можно использовать в горячей воде или паре. PEEK — это высокоэффективный пластик, который можно найти в виде гранул, нитей, стержней или прутков для обработки на станках с ЧПУ. Обычно это либо медицинский, либо промышленный уровень.

Что такое тефлон/ПТФЭ?

Тетрафторэтилен (ТФЭ) представляет собой фторполимер и термопласт. Тефлон — торговая марка американской химической корпорации Chemours, подразделения промышленного гиганта DuPont (ныне DowDuPont).

Он устойчив практически ко всем промышленным химикатам и растворителям, выдерживает чрезвычайно высокие температуры и является превосходным изолятором. Его часто используют для предметов, которым требуется антипригарная поверхность из-за низкого коэффициента трения, что делает его отличным выбором в ситуациях, когда компоненты будут двигаться друг относительно друга.

Тефлон, который является полимером тетрафторэтилена (ПТФЭ), обладает исключительными диэлектрическими свойствами, которые стабильны при частоте и температуре. Он не искрит легко и не способствует распространению пламени. Насыпная плотность тефлона исключительно высока. Некоторые из его особенностей включают в себя:

• высококачественные тепло- и электроизоляционные возможности
• низкий коэффициент трения
• устойчив к химическим веществам
• класс воспламеняемости UL94-VO

Соображения по выбору пластмасс для обработки на станках с ЧПУ

На обрабатываемость материала влияют его физические характеристики. В результате результаты, которые вы можете получить от заготовки, будут различаться в зависимости от материала. Размер и форма вашей заготовки могут измениться во время работы с пластиком, как во время, так и после механической обработки. Таким образом, инженеры-проектировщики должны учитывать качество материалов, чтобы гарантировать возможность изготовления их проектов. При обработке пластмасс на станке с ЧПУ следует учитывать следующее.

Тепловое расширение

При высоких температурах почти каждое вещество расширяется и увеличивает объем. Инструменты, используемые при прецизионном фрезеровании на станках с ЧПУ, выделяют тепло при контакте с материалом. По сравнению с металлами пластмассы имеют больший коэффициент теплового расширения. В результате они могут испытывать больший сдвиг размеров в результате механической обработки. Поэтому понимание того, как каждый пластик реагирует на тепло, получаемое при механической обработке, крайне важно. Очень важно учитывать, какому нагреву будет подвергаться пластик. Эти переменные будут влиять на способность соблюдать размерные ограничения. Температура теплового отклонения материала также показывает, когда он начнет легко деформироваться под воздействием высоких температур. Возможно, вам придется принять это во внимание при выборе окончательных материалов, чтобы убедиться, что деталь подходит для конкретного применения.

Прочность и твердость

Вы можете принять во внимание характеристики прочности и твердости пластика, чтобы убедиться, что он выдержит требования предполагаемого использования. Однако поведение материала во время обработки также зависит от этих характеристик. Прочность материала на растяжение может влиять на то, как он создает стружку, которая может изменить конечную полировку поверхности. Твердость также может влиять на то, как образуется стружка, и для особенно мягких материалов может произойти выемка, если оператор не примет необходимых мер. Кроме того, срок службы используемого инструмента может зависеть от твердости и прочности материала на растяжение. При обработке металлов и керамики это, как правило, более важный фактор, который следует учитывать.

Влияние влаги и химикатов

Некоторые полимеры могут поглощать влагу из воздуха или охлаждающей жидкости или испытывать негативное воздействие определенных веществ. Для их хранения могут потребоваться даже кондиционируемые помещения или герметичные контейнеры. Размеры материала могут колебаться из-за влаги и химических реакций, что затрудняет поддержание точных допусков. Они могут даже привести к потере полимерами всей своей стабильности и прочности.

Эстетика

Элементы дизайна, такие как внешний вид и связанные с ним характеристики, такие как пропускание света, могут иметь решающее значение. В таком случае у вас меньше вариантов пластиковых материалов. На протяжении всего процесса обработки следует избегать шероховатой обработки поверхности, чтобы предотвратить любое негативное влияние на прозрачность или пропускание света.

Функция пластиковой детали

Функция детали всегда определяет, как она построена. Таким образом, материал, который вы должны использовать для процедуры обработки пластика на станке с ЧПУ, в конечном итоге будет зависеть от назначения вашего продукта. Среда, в которой будет использоваться пластиковый компонент с ЧПУ, будет иметь наибольшее влияние на выбор материала. Например, Derlin является идеальным вариантом, если ваше пластиковое изделие будет работать в среде с низкими или нулевыми требованиями к трению. Это связано с общеизвестным низким трением материала, что делает его подходящим для этой процедуры.

Требования к постобработке

Для повышения эстетической ценности некоторым изделиям могут потребоваться процедуры постобработки. Однако не все пластики могут легко сочетаться со всеми видами отделки. Так что, выбирая пластик для обработки на станках с ЧПУ, учитывайте и это.

Преимущества и недостатки обработки делрина, тефлона и PEEK

Обработка Делрина

Металлы прекрасно заменяются делрином при изготовлении деталей. Однако у него есть свои преимущества и недостатки, как и у любого другого материала, используемого в производстве. Его преимущества и недостатки заключаются в следующем:

Преимущества

• Легкий вес

Делрин легче металлов. Однако, будучи легким, он обладает высокой прочностью на разрыв и может выдерживать как однократные, так и многократные ударные нагрузки.

• Возможность механической обработки

Delrin обладает особыми качествами, которые делают его простым в обращении и обработке как традиционным, так и передовым оборудованием. Он также обеспечивает большую текучесть, чем другие смолы, что позволяет более равномерно заполнять тонкие стенки формы.

• Силы

Полимер Делрин устойчив к износу. Благодаря своей жесткости и высокой механической прочности, он может использоваться для создания широкого спектра высокоэффективных компонентов из Делрина с длительным сроком службы.

• низкий коэффициент трения

Delrin может использоваться для создания подвижных и скользящих компонентов, которые не требуют обслуживания. Его присущая смазывающая способность также делает его разумным выбором для компонентов, которые работают с небольшим трением или без него.

• Высокая устойчивость к нагрузкам и стрессам

Делрин обладает превосходными упругими свойствами по сравнению с металлами. Кроме того, благодаря высокой прочности и способности к восстановлению формы, он хорошо подходит для защелок и пряжек.

• Устойчив к влаге

Делрин можно использовать во влажной среде, поскольку он не впитывает влагу. Кроме того, он устойчив к различным химическим растворителям, а также к органическим растворителям, таким как бензин. Он устойчив к коррозии благодаря своей устойчивости к влаге. Для многих промышленных операций это идеальный материал.

Недостатки

Делрин имеет еще несколько недостатков, которые не позволяют его полноценно использовать в производстве продукции. Некоторые из его недостатков перечислены ниже:

• Ограниченная кислотостойкость

Сильным преимуществом материала Delrin является его устойчивость к растворителям. Однако он подвержен воздействию некоторых кислот, таких как хлор и минеральные кислоты. Из-за этого даже крайне низкий уровень хлора в питьевой воде может привести к разрыву водопроводных труб.

• Хранение пищевых продуктов

Изготовление контейнеров для хранения продуктов — не самое удачное применение делрина. Это связано с тем, что делрин загрязняет продукты при смешивании с кислыми пищевыми ингредиентами.

• слабый клей

Делрину трудно соединяться друг с другом из-за его химического состава. Для скрепления делрина использовались клеи, такие как полиуретан и эпоксидные смолы. Но для этого необходима помощь специалистов по клеям, что повышает цену.

• легковоспламеняющийся

Вещество делрин горючее. Только огнетушитель класса А может потушить пламя горящего вещества.

Обработка PEEK

Обработка PEEK имеет несколько преимуществ, которые можно разделить на две группы: внутренние преимущества материала PEEK и особые технологические преимущества использования станка с ЧПУ для производства материала PEEK.

Преимущества

Обработка PEEK имеет следующие преимущества материала:

• большая стойкость к химическим веществам.

Материал PEEK обладает превосходной устойчивостью к коррозионным веществам. Он демонстрирует стойкость, сравнимую с никелевой сталью, и сохраняет свою некоррозионную химическую структуру с большинством металлов даже при высоких температурах. В нормальных условиях этот пластик может быть растворен только в концентрированной серной кислоте.

• Высокая радиационная стойкость и низкое водопоглощение.

Компоненты машины или инструмента, изготовленные из PEEK, сохраняют свою химическую структуру и характеристики во влажной среде. Лучше всего он работает во влажной среде, в горячей воде под давлением или в паре из-за его устойчивости к гидролизу даже при более высоких температурах.

Кроме того, компоненты PEEK могут работать в присутствии сильного ионизирующего излучения. Он более устойчив к гамма-излучению, чем полистирол, о чем уже говорилось.

• Высокий уровень эффективности и надежности даже при высоких температурах.

Благодаря своим превосходным технологическим свойствам, материал PEEK обеспечивает исключительную обрабатываемость при прецизионной фрезеровке пластмасс на станках с ЧПУ. Несмотря на то, что это термопластичный материал с высокой термостойкостью, его можно обрабатывать с помощью различных методов обработки материалов.

Эти методы включают в себя прядение расплава, литье под давлением и экструзионное формование. Такая совместимость гарантируется сильными характеристиками ПЭЭК по термическому распаду и высокой температурной обрабатываемостью. Кроме того, этот термопластик является самозатухающим веществом во время пожара; он выделяет мало или совсем не выделяет опасных газов или дыма.

• выдающиеся механические характеристики

Полиэфирэфиркетон (PEEK) и другие высокотемпературные термопласты обладают высокой ударопрочностью и сохраняют свою форму при высоких температурах. Они отличаются высокой стабильностью размеров и низким коэффициентом линейного расширения. Из всех полимеров PEEK обладает наибольшей способностью выдерживать нагрузки и усталость. Кроме того, он обладает исключительными свойствами сопротивления ползучести (способность вещества медленно деформироваться в течение длительного периода воздействия нагрузки). Это свойство делает его хорошим материалом для работы при высоких нагрузках при механической обработке.

Кроме того, PEEK обеспечивает превосходную износостойкость и низкий коэффициент трения. Благодаря этому он может продолжать сохранять превосходную износостойкость при различных внешних физических условиях, включая давление, шероховатость поверхности, температуру и скорость по отношению к контактной поверхности.

• существуют биосовместимые сорта.
• неуязвим для биоразложения

Недостатки

Обработка PEEK имеет ряд недостатков. Некоторые из них включают

Чтобы уменьшить внутреннее напряжение и переломы, вызванные жарой, необходима особая осторожность.

• требуется для отжига
• Неэффективная теплоотдача.
• Он может треснуть, если просверлить слишком далеко.

Обработка тефлона/ПТФЭ

Тефлон имеет следующие преимущества материала при механической обработке:

• Низкое сопротивление и антипригарное покрытие.
• хорошая устойчивость к погодным условиям
• устойчив к температурам до 500°F
• чрезвычайно хорошие электроизоляционные качества.
• устойчив к химическим веществам.
• высокая ударопрочность.

Преимущества процесса

• мягкий и плотный, что упрощает обработку.
• Деформация деталей и засорение инструмента предотвращаются благодаря превосходной термической стабильности.

Недостатки обработки тефлона:

• существенный коэффициент расширения.
• ползучий стресс.
• Жестких допусков трудно достичь
• низкое механическое качество.
• Риск образования заусенцев из-за эластичности материала.

1.0 Применение и советы по обработке делрина, тефлона и PEEK.

1.1 Применение обработки тефлона

Тефлон не является наиболее подходящим материалом для обработки на станках с ЧПУ, но благодаря своим преимуществам, таким как термостойкость и низкий коэффициент трения, он находит широкое применение. Для изоляции проводов используется около половины общего количества ПТФЭ, производимого во всем мире, однако станки с ЧПУ не используются для создания проводов или их изоляции. Антипригарные покрытия тефлона для алюминиевой посуды, пожалуй, еще одно наиболее известное его применение; в этом случае тефлон в жидкой форме распыляется или прокатывается по протравленной металлической поверхности. Посуда с тефлоновым покрытием не часто подвергается механической обработке.

Однако с тефлоном можно работать на станках с ЧПУ, если он твердый. Шестерни, втулки, фитинги и клапаны являются примерами промышленных тефлоновых деталей, которые можно обрабатывать.

Gears

 В таких областях, как медицина, пищевая промышленность, исследования и аэрокосмическая промышленность, к распространенным деталям из ПТФЭ, обработанным на станках с ЧПУ, относятся втулки, фитинги, подшипники и клапаны.

Советы по обработке тефлона

Тефлон нелегко заменить другими широко используемыми материалами из-за его свойств и особенностей конструкции, необходимых для соответствия характеристикам ПТФЭ. При соблюдении достаточной осторожности и мер предосторожности как конструктором, так и токарем, тефлон подходит для широкого спектра деталей и компонентов. Более жесткие допуски могут быть сложными без предварительной снятия напряжений; типичный достижимый допуск для деталей из тефлона составляет примерно 0.13 мм. Наилучшая чистота поверхности и допуски могут быть достигнуты при обработке тефлона на станках с ЧПУ с использованием высокоточных инструментов в сочетании с водорастворимыми охлаждающими жидкостями, такими как сжатый воздух и аэрозольные баллоны. Кроме того, предпочтительны охлаждающие жидкости без запаха. Удаление заусенцев является важным фактором, который необходимо учитывать при обработке тефлона. Поскольку ПТФЭ очень мягкий, даже небольшие, точные режущие инструменты могут оставлять нежелательные следы, которые необходимо удалить после обработки. Заусенцы можно удалить с помощью стандартных процедур чистовой обработки поверхности, таких как шлифовка, но более сложный подход включает в себя замораживание обработанного тефлона, чтобы сделать его менее податливым во время процедуры удаления заусенцев.

Контрольный список.

• Используйте абразивные режущие инструменты.
• Обильно используйте водорастворимую охлаждающую жидкость.
• Постарайтесь поддерживать среднюю или низкую толерантность.
• Заранее разработайте план снятия заусенцев.

1.2 Применение обработки PEEK

PEEK — это материал, который можно использовать для различных целей, некоторые из которых могут быть обработаны с помощью ЧПУ более эффективно, чем другими методами производства. Пластик PEEK, доступный как в медицинском, так и в промышленном исполнении, используется в стоматологии, здравоохранении, аэрокосмической, автомобильной, химической, электронной и энергетической сферах.

Советы по обработке PEEK

Для достижения оптимальных результатов необходимо соблюдать важные процедуры до, во время и после обработки.

• Отжиг.

Стержни из PEEK подвергаются процедуре отжига, чтобы снять напряжение и уменьшить вероятность деформаций и трещин на поверхности во время фрезерования. PEEK, прошедший отжиг, с меньшей вероятностью деформируется. В зависимости от продолжительности процесса обработки может потребоваться несколько процессов отжига.

• режущие устройства.

PEEK часто можно обрабатывать режущими инструментами из карбида кремния. Алмазные инструменты следует использовать, если PEEK имеет армирование из углеродного волокна или если необходимы чрезвычайно жесткие допуски.

Кроме того, загрязнение можно предотвратить, избегая использования режущих инструментов по металлам.

• сухой или скользкий

Чтобы избежать деформации или поломки во время обработки, поскольку PEEK не рассеивает тепло, его необходимо охлаждать. Например, при обработке медицинских изделий можно использовать стандартный жидкий охлаждающий агент; однако в этом случае требуется охлаждение материала PEEK сжатым воздухом. Это связано с тем, что жидкий охлаждающий агент может повлиять на биосовместимость PEEK.

• Бурение.

PEEK имеет меньшее удлинение, чем другие полимеры, что может привести к трещинам при сверлении глубоких отверстий.

• Используйте соответствующие параметры обработки.

Использование правильных параметров обработки при сверлении, фрезеровании и токарной обработке важно, если вы хотите без проблем производить компоненты из PEEK.

1.3 Применение обработки делрина

Обрабатываемые компоненты Delrin широко используются в различных станках с ЧПУ, включая бытовую электронику. Делрин часто используется в следующих технологических процессах:

Шестерни, корпуса, пружины, крыльчатки вентиляторов, клапаны, подшипники, ролики и скребки могут быть изготовлены из делрина.

Подшипников

Среди компонентов Delrin, используемых в электронной технике, есть изоляторы, разъемы, катушки и соединения, а также детали бытовой электроники, такие как крышки клавиатур.

Системы дверных замков, шарнирный корпус и блоки датчиков уровня топлива — все детали автомобиля изготовлены из делрина.

Среди предметов медицинского назначения «Делрин» — ингаляторы, инсулиновые ручки и медицинское оборудование.

присутствуют как хирургический степлер, так и медиатор.

Советы по обработке делрина

Delrin не нуждается в каких-либо чрезвычайных мерах безопасности, поскольку это один из полимеров, наиболее поддающихся обработке. Тем не менее, некоторые конструктивные факторы и методы производства работают на нем лучше, чем другие.

• Специальный дизайн для Делрина.

При проектировании изделий для обработки делрином старайтесь поддерживать постоянную толщину стенок и при необходимости включать скругления и ребра. Большие компоненты могут быть более склонны к деформации.

• Делрин следует хранить отдельно.

Использование режущих инструментов, которые никогда не использовались для резки алюминия или других металлов, — лучший способ предотвратить загрязнение.

• Будьте наблюдательны.

Делрин можно более эффективно обрабатывать, используя острые режущие инструменты с большим задним углом; Использование смазочно-охлаждающей смазки также может быть полезным.

• не слишком плотно.

Поскольку Delrin не особенно жесткий, следует проявлять осторожность при зажиме заготовки. Постоянно применяйте легкие зажимные давления.

• Сохранять спокойствие.

Делрин уязвим для источников тепла, температура которых превышает 121°C. Помимо того, что охлаждающие жидкости на воздушной основе работают лучше, чем жидкие охлаждающие жидкости, они ускоряют удаление стружки.

• Содержите инструмент в порядке.

Обработанный на станке делрин образует контролируемую и однородную стружку, поэтому удаление стружки должно производиться быстро, чтобы предотвратить образование липких отложений на инструменте.

2.0 Заключение

Из пластиковых полимеров изготавливается множество товаров промышленного и бытового назначения. Для некоторых изделий требуется высокая точность, аккуратность, жесткие допуски и т.д. Поэтому обработка пластика на станках с ЧПУ является популярным вариантом для многих, кто хочет использовать высококачественные и долговечные пластиковые полимеры.