Bearbetning av Delrin-, PEEK- och Teflon/PTFE-plaster: Tips, fördelar och tillämpningar

Beskrivning

Plast är avgörande för den nuvarande tillverkningssektorn eftersom de är allmänt tillgängliga, de flesta av dem är billiga och de fungerar bra med populära produktionstekniker som formsprutning, 3D-utskrift och CNC-precisionsfräsning.

CNC-bearbetning är en subtraktiv tillverkningsteknik som innebär att man försiktigt avlägsnar material från ett massivt materialblock med hjälp av roterande verktyg och borrar för att forma komponenten.

När det gäller att producera plastkomponenter är CNC-bearbetning mer exakt än formsprutning.

Dessutom är CNC-bearbetning, jämfört med många andra tillverkningstekniker, mer kompatibel med en större mängd olika plaster, vilket gör det till ett attraktivt alternativ för många produktteam att producera delar genom bearbetning.

Plastbearbetning

Vad är Derlin

En acetalpolymer känd under handelsnamnet Delrin används flitigt inom CNC-bearbetning på grund av dess anmärkningsvärda egenskaper. Ämnet, som även kallas POM (polyoximetylen) eller Delrin-plast, kan vidarebearbetas med hjälp av procedurer som formsprutning och 3D-utskrift. Det finns många kvaliteter av Delrin som var och en har en unik kombination av egenskaper.

Tack vare sin höga draghållfasthet, låga friktion och höga slitstyrka, kryp- och vridmotståndskraft, samt allmänna seghet och långa livslängd, fungerar Delrin-plast som ett utmärkt alternativ till metall. Överlägsen densitet, minskad fuktabsorption och kemisk resistens mot kolväten, lösningsmedel och neutrala kemikalier är bara några av egenskaperna hos Delrin-substansen.

Vad är PEEK

PAEK-materialfamiljen inkluderar den högpresterande tekniska termoplasten PEEK, eller polyetereterketon. Det halvkristallina materialet, som har enastående styrka, slitstyrka och nötningsbeständighet, och bibehåller sina egenskaper även vid höga temperaturer, används för en mängd olika industriella delar och komponenter.

PEEK-kvaliteter är jämförbara med PPS när det gäller kemisk och vattenbeständighet. PEEK, å andra sidan, har en smältpunkt på 343 °C och kan motstå temperaturer upp till 250 °C utan att permanent förlora sina fysiska egenskaper. Den kan också användas i varmt vatten eller ånga. PEEK är en högpresterande plast som kan finnas i form av granulat, filament och stänger för CNC-bearbetning. Vanligtvis är den antingen av medicinsk eller industriell kvalitet.

Vad är teflon/PTFE

Tetrafluoretylen (TFE) är en fluorpolymer och termoplast. Teflon är ett varumärke som tillhör det amerikanska kemiföretaget Chemours, en division av industrigiganten DuPont (nu DowDuPont).

Den är resistent mot nästan alla industrikemikalier och lösningsmedel, tål extremt höga temperaturer och är en utmärkt isolator. Den används ofta för föremål som behöver en anti-klibbbeläggning på grund av dess låga friktionskoefficient, vilket gör den till ett utmärkt val i situationer där komponenter skulle röra sig mot varandra.

Teflon, som är en polymer av tetrafluoretylen (PTFE), har exceptionella dielektriska egenskaper som är stabila med frekvens och temperatur. Det gnistrar inte lätt och främjar inte spridning av flammor. Teflons skrymdensitet är exceptionellt hög. Några av dess egenskaper inkluderar:

• högkvalitativa termiska och elektriska isoleringsegenskaper
• låg friktionskoefficient
• resistent mot kemikalier
• flamklassificering enligt UL94-VO

Att tänka på vid val av CNC-bearbetning av plast

Ett materials bearbetbarhet påverkas av dess fysiska egenskaper. Resultaten du kan få från ditt arbetsstycke kommer därför att variera beroende på materialet. Storleken och formen på ditt arbetsstycke kan förändras när du arbetar med plast, antingen under eller till och med efter bearbetning. Konstruktionsingenjörer måste därför beakta materialegenskaper för att garantera att deras konstruktioner kan tillverkas. Följande bör beaktas vid CNC-bearbetning av plast.

Termisk expansion

Vid höga temperaturer expanderar nästan alla ämnen och antar volym. Verktygen som används vid precisions-CNC-fräsning genererar värme när de kommer i kontakt med materialet. Jämfört med metaller har plaster en högre värmeutvidgningskoefficient. Som ett resultat kan de uppleva en större storleksförskjutning till följd av bearbetning. Att förstå hur varje plast reagerar på värmeinmatning från bearbetning är därför viktigt. Det är viktigt att tänka på hur mycket värme plasten kommer att utsättas för. Förmågan att följa dimensionsbegränsningar påverkas av dessa variabler. Materialets värmeavböjningstemperatur visar också när det börjar deformeras lätt när det utsätts för höga temperaturer. Du kan behöva ta hänsyn till detta när du väljer dina slutliga material för att säkerställa att delen är lämplig för applikationen.

Styrka och hårdhet

Du kan ta hänsyn till en plasts hållfasthets- och hårdhetsegenskaper för att säkerställa att den klarar kraven för dess avsedda användning. Emellertid påverkas även ett materials beteende under bearbetning av dessa egenskaper. Ett materials draghållfasthet kan påverka hur det skapar flisor, vilket kan förändra den slutliga ytpoleringen. Hårdhet kan också påverka hur flisor utvecklas, och för särskilt mjuka material kan urholkning uppstå om operatören inte vidtar nödvändiga åtgärder. Dessutom kan verktygets livslängd påverkas av materialets hårdhet och draghållfasthet. Vid bearbetning av metaller och keramik är detta vanligtvis en viktigare faktor att ta hänsyn till.

Effekter av fukt och kemikalier

Vissa polymerer kan absorbera fukt från luften eller kylvätskan eller påverkas negativt av specifika ämnen. Även luftkonditionerade utrymmen eller slutna behållare kan krävas för att förvara dem. Materialets dimensioner kan variera till följd av fukt och kemiska reaktioner, vilket gör det svårare att upprätthålla exakta toleranser. De kan till och med göra att polymererna förlorar all sin stabilitet och styrka.

estetik

Designelement som utseende och relaterade egenskaper som ljusgenomsläpplighet kan vara avgörande. I sådana fall har du färre alternativ för plastmaterial. En grov ytfinish måste undvikas under hela bearbetningsprocessen för att förhindra negativa effekter på transparens eller ljusgenomsläpplighet.

Plastkomponentens funktion

En dels funktion avgör alltid hur den är konstruerad. Därför beror materialet du bör använda för CNC-bearbetningen av plast i slutändan på syftet med din produkt. Miljön där CNC-plastkomponenten kommer att användas kommer att ha störst inverkan på materialvalet. Derlin är till exempel det perfekta alternativet om ditt plastföremål ska användas i en miljö med låga eller inga friktionskrav. Detta beror på materialets välkända låga friktion, vilket gör det lämpligt för proceduren.

Krav för efterbehandlingar

För att förbättra sitt estetiska värde kan vissa delar behöva efterbehandling. Alla plaster är dock inte lika lätta att matcha med alla typer av ytbehandlingar. Så ta hänsyn till detta när du väljer plast för CNC-bearbetning.

Fördelar och nackdelar med bearbetning av Delrin, Teflon och PEEK

Bearbetning Delrin

Metaller kan perfekt ersättas av Delrin vid tillverkning av delar. Det har dock fördelar och nackdelar, precis som alla andra material som används i produktionen. Dess fördelar och nackdelar är följande:

Fördelar

• lättvikt

Delrin är lättare än metaller. Men samtidigt som det är lätt har det hög draghållfasthet och kan motstå stötar både gång på gång.

• Möjlighet att bearbetas

Delrin har speciella egenskaper som gör det enkelt att hantera och bearbeta med både traditionell och avancerad utrustning. Det erbjuder också högre flödeshastigheter än andra hartser, vilket möjliggör en jämnare fyllning av formens tunna väggar.

• Styrka

Polymer Delrin är slitstark. Tack vare sin styvhet och höga mekaniska hållfasthet kan den användas för att skapa en mängd olika högpresterande Delrin-komponenter med lång livslängd.

• låg friktionskoefficient

Delrin kan användas för att skapa rörliga och glidande komponenter som inte behöver underhållas. Dess inneboende smörjförmåga gör det också till ett smart val för komponenter som arbetar med liten eller ingen friktion.

• Hög kapacitet för belastning och stress

Delrin har överlägsna återfjädringsegenskaper jämfört med metaller. Dessutom fungerar det bra för snäppfästen och spännen tack vare sin höga belastning och återfjädringskapacitet.

• Motståndskraftig mot fukt

Delrin kan användas i fuktiga miljöer eftersom det inte absorberar fukt. Dessutom är det resistent mot olika kemiska lösningsmedel såväl som organiska lösningsmedel som bensin. Det är korrosionsbeständigt tack vare sin fuktbeständighet. För många industriella operationer är det ett perfekt material.

Nackdelar

Delrin har ytterligare några nackdelar som förhindrar dess fulla användning i produkttillverkning. Flera av dess nackdelar listas nedan:

• Begränsad syrabeständighet

Lösningsmedelsbeständighet är en stark egenskap hos Delrin-materialet. Det kan dock skadas av vissa syror, såsom klor och mineralsyror. På grund av detta kan även extremt låga klornivåer i dricksvatten leda till att vattenledningarna går sönder.

• Livsmedelsförvaring

Att tillverka förvaringsbehållare för mat är inte den bästa användningen för Delrin. Detta beror på att Delrin förorenar mat när det blandas med sura livsmedelsingredienser.

• ett svagt lim

Delrin har problem med att fästa vid varandra på grund av sin kemiska sammansättning. För att binda Delrin har man använt lim som polyuretan och epoxi. Men för att göra det krävs hjälp av limspecialister, vilket höjer priset.

• Brännbar

Ämnet delrin är brännbart. Endast en brandsläckare av klass A kan släcka lågorna från det brinnande ämnet.

Bearbetning av PEEK

PEEK-bearbetning har flera fördelar, som kan delas in i två grupper: de inneboende materialfördelarna med PEEK och de specifika processfördelarna med att använda en CNC-maskin för att tillverka PEEK-material.

Fördelar

Bearbetning av PEEK har följande materialfördelar:

• stor motståndskraft mot kemikalier.

PEEK-materialet erbjuder utmärkt motståndskraft mot korrosiva ämnen. Det erbjuder motstånd jämförbart med nickelstål och kan bibehålla sin icke-korrosiva kemiska struktur med de flesta metaller, även vid höga temperaturer. Endast stark svavelsyra kan lösa upp denna plast under normala omständigheter.

• Hög strålningsbeständighet och låg vattenabsorption.

Maskin- eller instrumentkomponenter som är tillverkade av PEEK behåller sin kemiska struktur och sina egenskaper i fuktiga miljöer. Det fungerar bäst i fuktiga miljöer, med varmt vatten eller ånga tack vare dess hydrolysbeständighet även vid högre temperaturer.

Dessutom kan PEEK-komponenter fungera i närvaro av stark joniserande strålning. Det är mer resistent mot gammastrålning än polystyren, vilket redan nämnts.

• Hög effektivitet och tillförlitlighet även vid höga temperaturer.

Tack vare sina utmärkta bearbetningsegenskaper säkerställer PEEK-materialet exceptionell bearbetbarhet vid CNC-precisionsfräsning av plast. Trots att det är ett mycket temperaturbeständigt termoplastmaterial kan det behandlas med flera materialbearbetningstekniker.

Dessa tekniker inkluderar smältspinning, formsprutning och extruderingsgjutning. Denna kompatibilitet garanteras av PEEKs starka termiska genombrottsegenskaper och högtemperaturbearbetbarhet. Dessutom är denna termoplast ett självsläckande ämne vid brand; den avger lite eller ingen farlig gas eller rök.

• enastående mekaniska egenskaper

PEEK och andra högtemperaturtermoplaster ger stark slagtålighet och behåller sin form vid höga temperaturer. Den har hög dimensionsstabilitet och en låg linjär expansionskoefficient. Av alla polymerer har PEEK den starkaste förmågan att motstå stress och utmattning. Dessutom har den exceptionella krypmotståndsegenskaper (ett ämnes förmåga att deformeras långsamt under en lång tids exponering för stress). Denna egenskap gör det till ett bra material som kan hantera hög bearbetningsbelastning.

Dessutom erbjuder PEEK enastående slitstyrka och låg friktionskoefficient. Tack vare detta kan den bibehålla utmärkt slitstyrka under en mängd olika yttre fysiska omständigheter, inklusive tryck, ytjämnhet, temperatur och hastighet i förhållande till kontaktytan.

• biokompatibla kvaliteter finns.
• osårbar för biologisk nedbrytning

Nackdelar

Bearbetning av PEEK har ett antal nackdelar. Några av dessa inkluderar

För att minska inre spänningar och sprickor orsakade av värme krävs särskild försiktighet.

• krävs för att glödga
• Ineffektiv värmeöverföring.
• Den kan spricka om man borrar för djupt.

Bearbetning av Teflon/PTFE

Teflon har följande materialfördelar vid bearbetning:

• Lågt motstånd och non-stick.
• god motståndskraft mot väderförhållanden
• tål temperaturer upp till 500°F
• extremt goda elektriska isoleringsegenskaper.
• resistenta mot kemikalier.
• hög slagtålighet.

Processfördelar

• mjuk och tät, vilket gör den enkel att bearbeta.
• Deformation av delar och igensättning av verktyg undviks genom utmärkt termisk stabilitet.

Nackdelar med bearbetning av teflon:

• betydande expansionskoefficient.
• krypande stress.
• Snäva toleranser är svåra att uppnå
• låg mekanisk kvalitet.
• Risk för gradskador på grund av materialets smidighet.

1.0 Användningsområden och tips för bearbetning av Delrin, Teflon och PEEK

1.1 Tillämpningar av bearbetning av Teflon

Teflon är inte det mest anpassningsbara materialet för CNC-bearbetning, men på grund av dess fördelaktiga egenskaper, såsom värmestabilitet och låg friktionskoefficient, har det några betydande nischanvändningar. Trådisolering använder ungefär hälften av den totala mängden PTFE som produceras världen över, men CNC-maskiner används inte för att skapa ledningar eller dess isolering. Teflons non-stick-beläggningar för aluminiumkokkärl är kanske dess andra mest kända tillämpning; i detta fall sprayas eller rullas teflon i flytande form över den etsade metallytan. Teflonbelagda kokkärl bearbetas inte ofta.

Teflon kan dock bearbetas med CNC-bearbetning när det är solidt. Kugghjul, bussningar, kopplingar och ventiler är exempel på industriella teflondelar som kan bearbetas.

Gears

 Inom områden som medicin, livsmedelsbearbetning, forskning och flyg- och rymdindustrin inkluderar vanliga CNC-frästa PTFE-delar bussningar, kopplingar, lager och ventiler.

Bearbetningstips för Teflon

Teflon kan inte enkelt ersättas med andra vanligt förekommande material på grund av hur det beter sig och hur det måste konstrueras för att passa PTFE:s egenskaper. Om tillräcklig omsorg och försiktighet vidtas av både konstruktören och maskinisten är Teflon acceptabelt för en rad olika delar och komponenter. Snävare toleranser kan vara utmanande utan att materialet avlastas i förväg; en typisk uppnåelig tolerans för Teflon-delar är ungefär 0.13 mm. De bästa ytjämnheterna och toleranserna kan uppnås vid CNC-bearbetning av Teflon med mycket vassa verktyg i kombination med vattenlösliga kylvätskor som tryckluft och sprutdimma. Dessutom föredras kylvätskor utan aromer. Avgradning är en avgörande faktor att ta hänsyn till vid bearbetning av Teflon. Eftersom PTFE är så mjukt kan även små, precisa skärinstrument lämna oönskade spår som måste tas bort efter bearbetning. Grader kan tas bort med vanliga ytbehandlingsprocedurer som slipning, men en mer sofistikerad metod inkluderar att frysa den bearbetade Teflon för att göra den mindre böjlig under avgradningsproceduren.

Checklista.

• Använd slipande skärverktyg.
• Använd rikligt med vattenlöslig kylvätska.
• Försök att bibehålla en medelhög till lös tolerans.
• Utveckla en avgradningsplan i förväg.

1.2 Tillämpningar av bearbetning av PEEK

PEEK är ett material som kan användas för en mängd olika ändamål, av vilka vissa kan bearbetas mer effektivt med CNC än med andra produktionsmetoder. PEEK-plast, som finns i både medicinska och industriella kvaliteter, används inom områdena tandvård, sjukvård, flyg- och rymdteknik, fordonsindustrin, kemi, elektronik och energi.

Tips för PEEK-bearbetning

Viktiga procedurer måste följas före, under och efter bearbetning för att ge optimala resultat.

• Glödgning.

PEEK-stavar utsätts för en glödgningsprocedur för att frigöra spänningar och minska risken för töjningar och ytfrakturer under fräsning. PEEK som har glödgats är mindre benäget att deformeras. Beroende på hur lång tid bearbetningsprocessen tar kan flera glödgningsprocesser vara nödvändiga.

• skäranordningar.

PEEK kan ofta bearbetas med skärverktyg av kiselkarbid. Diamantverktyg bör användas om PEEK har kolfiberförstärkning eller om extremt snäva toleranser är nödvändiga.

Dessutom kan kontaminering förhindras genom att undvika att använda skärinstrument på metaller.

• torr eller hal

För att undvika deformation eller brott under bearbetning, eftersom PEEK inte avger värme, måste det kylas. Om till exempel medicinska artiklar bearbetas kan vanlig flytande kylvätska användas; i så fall krävs dock tryckluftkylning av PEEK-materialet. Detta beror på att flytande kylvätska kan påverka PEEK:s biokompatibilitet.

• Borrning.

PEEK har en mindre töjning än andra polymerer, vilket kan leda till sprickor vid borrning av djupa hål.

• Använd lämpliga bearbetningsparametrar.

Att använda rätt bearbetningsparametrar vid borrning, fräsning och svarvning är viktigt om du vill tillverka PEEK-komponenter utan problem.

1.3 Tillämpningar av bearbetning av Delrin

Maskinbearbetbara Delrin-komponenter används ofta i en mängd olika CNC-verkstäder, inklusive konsumentelektronik. Delrin används ofta i följande bearbetningstillämpningar:

Kugghjul, höljen, fjädrar, fläkthjul, ventiler, lager, rullar och skrapor kan alla vara tillverkade av delrin.

Lager

Bland Delrin-komponenterna som används i elektroniska applikationer finns isolatorer, kontakter, spolar och anslutningar, samt delar till konsumentelektronik som tangentbordsskydd.

Dörrlåssystem, gångjärnsförsedda höljen och bränsletransmitterenheter är alla fordonsdelar tillverkade av Delrin.

Inhalatorer, insulinpennor och medicinsk utrustning finns bland Delrins medicinska förnödenheter.

både en kirurgisk häftapparat och ett gitarrplektrum finns.

Tips för Delrin-bearbetning

Delrin behöver inte vidta några extrema säkerhetsåtgärder eftersom det är en av de polymerer som är mest lämpliga för bearbetning. Trots detta fungerar vissa designfaktorer och tillverkningstekniker bättre än andra.

• Delrin-specifik design.

Försök att bibehålla konstanta väggtjocklekar vid konstruktion av föremål för Delrin-bearbetning, och inkludera filéer och ribbor där det är lämpligt. Stora komponenter kan vara mer benägna att deformeras.

• Delrin bör förvaras separat.

Att använda skärverktyg som aldrig har använts för att skära aluminium eller andra metaller är det bästa sättet att förhindra kontaminering.

• Var uppmärksam.

Delrin kan bearbetas mer effektivt med vassa skärverktyg med hög släppningsvinkel; användning av skärsmörjmedel kan också vara fördelaktigt.

• inte för tätt.

Eftersom Delrin inte är särskilt styvt bör försiktighet iakttas vid arbetsuppspänning. Använd ständigt lätta klämtryck.

• Förbli lugn.

Delrin är känsligt för värmekällor högre än 121 °C. Förutom att fungera bättre än flytande kylvätskor, påskyndar luftbaserade kylvätskor spånborttagning.

• Håll instrumentet snyggt.

Delrin som har bearbetats skapar kontrollerbara och enhetliga spånor, spånborttagning måste ske snabbt för att förhindra klibbig uppbyggnad på verktyget.

2.0 Slutsats

Många kommersiella och heminredningsartiklar tillverkas med plastpolymerer. För vissa föremål krävs en hög grad av precision, noggrannhet, snäva toleranser etc. På grund av detta är CNC-plastbearbetning ett populärt alternativ för många som vill använda högkvalitativa och hållbara plastpolymerer.