介绍
塑料对于当前的制造业至关重要，因为它们普遍容易获得，大多数塑料价格低廉，而且它们与注塑成型、3D 打印和 CNC 精密铣削等流行的生产技术配合良好。
CNC加工是一种减材制造技术，它利用旋转工具和钻头，从实心材料块中小心地去除材料，从而形成零件。
在塑料零件生产方面，数控加工比注塑成型更精确。
此外，与许多其他制造技术相比，CNC 加工与更多种类的塑料兼容，这使得它成为许多产品团队通过加工生产零件的一个有吸引力的选择。
塑料加工
德林是什么？
一种名为Delrin的缩醛聚合物因其卓越的特性而被广泛应用于数控加工。这种物质也称为POM（聚甲醛）或Delrin塑料，可通过注塑成型和3D打印等工艺进行进一步加工。Delrin有多种等级，每种等级都具有独特的特性组合。
由于其高拉伸强度、低摩擦系数、高耐磨性、抗蠕变性和抗翘曲性，以及优异的韧性和耐久性，德尔林塑料是金属的理想替代品。此外，德尔林还具有密度高、吸湿性低、耐碳氢化合物、溶剂和中性化学品腐蚀等诸多优点。
什么是聚醚醚酮
PAEK材料家族包含高性能工程热塑性塑料PEEK，即聚醚醚酮。这种半结晶材料具有优异的强度、耐磨性和耐刮擦性，即使在高温下也能保持其性能，因此被广泛应用于各种工业零件和组件。
PEEK 在耐化学性和耐水性方面与 PPS 相当。PEEK 的熔点为 343°C，可承受高达 250°C 的温度而不会永久丧失其物理性能。它也可用于热水或蒸汽环境。PEEK 是一种高性能塑料，可以制成颗粒、丝材、棒材或杆材等形式，用于数控加工。通常，PEEK 分为医用级和工业级两种。
什么是聚四氟乙烯/PTFE
四氟乙烯（TFE）是一种含氟聚合物和热塑性塑料。特氟龙是美国化学公司科慕（Chemours）的商标，科慕是工业巨头杜邦公司（现为陶氏杜邦公司）的一个部门。
它几乎能耐受所有工业化学品和溶剂，耐高温，并且是一种优良的绝缘体。由于其摩擦系数低，它常用于需要防粘表面的物品，因此是部件间相互摩擦应用的理想选择。
聚四氟乙烯（PTFE）聚合物特氟龙具有优异的介电性能，其介电性能在频率和温度范围内稳定。它不易产生火花，也不会助燃。特氟龙的堆积密度极高。其部分特性包括：
- 高品质的热绝缘和电绝缘性能
- 低摩擦系数
- 耐化学品
- UL94-VO阻燃等级
选择数控加工塑料时需要考虑的因素
材料的可加工性受其物理特性的影响。因此，工件的加工结果会因材料而异。在加工塑料时，工件的尺寸和形状可能会发生变化，无论是在加工过程中还是加工后。因此，设计工程师必须考虑材料特性，以确保其设计能够被制造出来。以下是在数控加工塑料时应考虑的因素。
热膨胀
高温下，几乎所有物质都会膨胀并增加体积。精密数控铣削中使用的刀具在与材料接触时会产生热量。与金属相比，塑料的热膨胀系数更大。因此，加工过程中塑料的尺寸变化可能更大。了解每种塑料对加工热输入的响应至关重要。必须考虑塑料将承受的热量。这些变量会影响尺寸限制的遵守情况。材料的热变形温度也表明了其在高温下开始容易变形的温度。在选择最终材料时，您可能需要考虑这一点，以确保零件适合应用。
强度和硬度
您可以考虑塑料的强度和硬度特性，以确保其能够满足预期用途的要求。然而，材料在加工过程中的行为也受这些特性的影响。材料的抗拉强度会影响切屑的产生方式，进而影响最终的表面抛光效果。硬度也会影响切屑的形成，对于特别软的材料，如果操作人员不采取必要的措施，可能会出现切削过深的情况。此外，材料的硬度和抗拉强度还会影响刀具的使用寿命。在加工金属和陶瓷时，这通常是一个更为重要的考虑因素。
水分和化学物质的影响
某些聚合物会吸收空气或冷却液中的水分，或受到特定物质的负面影响。即使是空调空间或密封容器也可能需要保存它们。水分和化学反应会导致材料尺寸波动，从而难以保持精确的公差。这些因素甚至可能导致聚合物完全丧失稳定性和强度。
美化
外观等设计元素以及透光率等相关特性可能至关重要。在这种情况下，塑料材料的选择范围会缩小。在整个加工过程中，必须避免表面粗糙，以防止对透明度或透光率产生任何负面影响。
塑料部件的功能
零件的功能决定了它的制造方式。因此，塑料数控加工所用材料最终取决于产品的用途。数控塑料零件的使用环境对材料选择的影响最大。例如，如果您的塑料制品将在低摩擦或无摩擦的环境中运行，那么德尔林（Derlin）是理想之选。这是因为德尔林材料具有众所周知的低摩擦特性，使其非常适合数控加工。
后处理要求
为了提升美观度，某些部件可能需要进行后处理。然而，并非所有塑料都能轻松适配所有表面处理工艺。因此，在选择用于数控加工的塑料时，也应将这一点考虑在内。
加工 Delrin、Teflon 和 PEEK 的优缺点
加工 Delrin
在制造零件时，金属可以被聚甲醛（Delrin）完美替代。然而，就像其他所有生产材料一样，它也存在优点和缺点。其优点和缺点如下：
优势
- 重量轻
德尔林比金属轻。然而，尽管重量轻，它却具有很高的抗拉强度，能够反复承受冲击载荷。
- 可加工性
德尔林树脂具有特殊的性能，使其易于操作和加工，无论是使用传统设备还是尖端设备都能轻松应对。与其他树脂相比，它还具有更高的流动性，能够更均匀地填充模具的薄壁。
- 强度
聚合物德尔林具有耐磨损性。由于其刚性强、机械强度高，可用于制造各种高性能、长寿命的德尔林部件。
- 低摩擦系数
聚甲醛（Delrin）可用于制造无需维护的运动和滑动部件。其固有的润滑性也使其成为摩擦力极小或无摩擦部件的理想选择。
- 高应变和应力承受能力
与金属相比，聚甲醛（Delrin）具有更优异的回弹性能。此外，由于其高拉伸性和回弹性能，它非常适合用于卡扣和搭扣等应用。
- 耐潮湿
由于德尔林不吸水，因此可用于潮湿环境。此外，它还能耐受多种化学溶剂以及汽油等有机溶剂。由于其耐湿性，它也具有耐腐蚀性。对于许多工业应用而言，它是一种理想的材料。
缺点
德尔林还有一些其他缺点，限制了其在产品制造中的充分利用。以下列举了其中的一些缺点：
- 有限的耐酸性
德尔林材料的一大优点是耐溶剂性。但它会被某些酸腐蚀，例如氯和矿物酸。因此，即使饮用水中氯含量极低，也可能导致水管破裂。
- 食品安全
用德尔林（Delrin）制作食品储存容器并非最佳用途。这是因为德尔林与酸性食品成分混合时会污染食品。
- 弱粘合剂
由于化学成分的原因，聚甲醛树脂（Delrin）难以相互连接。为了粘合聚甲醛树脂，人们通常使用聚氨酯和环氧树脂等粘合剂。但这需要粘合剂专家的协助，从而增加了成本。
- 易燃的
聚甲醛（Delrin）是一种易燃物质。只有A类灭火器才能扑灭这种燃烧物的火焰。
PEEK加工
PEEK 加工具有多种优点，可分为两类：PEEK 材料本身的优点和使用 CNC 机床制造 PEEK 材料的特殊工艺优点。
优势
PEEK材料的加工具有以下优点：
- 极强的耐化学腐蚀性。
PEEK材料具有优异的耐腐蚀性，其耐腐蚀性能可与镍钢媲美，即使在高温下也能与大多数金属保持无腐蚀性的化学结构。在正常情况下，只有强硫酸才能溶解这种塑料。
- 高抗辐射性和低吸水率。
由PEEK制成的机器或仪器部件即使在潮湿环境中也能保持其化学结构和特性。由于其即使在较高温度下也具有耐水解性，因此在潮湿环境、高压热水或蒸汽中表现最佳。
此外，PEEK部件即使在强电离辐射环境下也能正常工作。如前所述，它比聚苯乙烯更耐伽马射线辐射。
- 即使在高温下也具有很高的有效性和可靠性。
由于其优异的加工性能，PEEK材料在塑料CNC精密铣削过程中具有极佳的可加工性。尽管它是一种耐高温热塑性材料，但仍可采用多种材料加工技术进行处理。
这些工艺包括熔融纺丝、注塑成型和挤出成型。PEEK优异的热分解特性和高温可加工性保证了其良好的兼容性。此外，这种热塑性塑料在火灾中具有自熄性，几乎不释放有害气体或烟雾。
- 优异的机械性能
PEEK和其他高温热塑性塑料具有极强的抗冲击性和耐高温性能。它具有高尺寸稳定性和低线膨胀系数。在所有聚合物中，PEEK的抗应力和抗疲劳能力最强。此外，它还具有优异的抗蠕变性能（物质在长时间应力作用下缓慢变形的能力）。这些特性使其成为能够承受高加工应力的理想材料。
此外，PEEK还具有出色的耐磨性和低摩擦系数。因此，即使在压力、表面粗糙度、温度以及接触面速度等各种外部物理条件下，它也能保持优异的耐磨性。
- 存在生物相容性等级。
- 不易受生物降解
缺点
加工PEEK材料存在一些缺点。其中包括：
为了减少因高温引起的内部张力和骨折，需要特别护理。
- 需要退火
- 热传递效率低下。
- 钻得太深可能会开裂。
加工聚四氟乙烯/PTFE
聚四氟乙烯在机械加工时具有以下材料优势：
- 阻力小且不粘。
- 对天气条件具有良好的适应能力
- 能耐受高达 500°F 的温度
- 极佳的电绝缘性能。
- 耐化学腐蚀。
- 高抗冲击性。
工艺优势
- 质地柔软致密，易于加工。
- 优异的热稳定性避免了零件变形和刀具堵塞。
加工聚四氟乙烯的缺点：
- 显著的膨胀系数。
- 压力逐渐累积。
- 严格的公差很难达到。
- 机械质量差。
- 由于材料柔软，存在产生毛刺的风险。
1.0 Delrin、Teflon 和 PEEK 的加工应用及技巧
1.1 特氟龙加工的应用
聚四氟乙烯（PTFE）并非最适合数控加工的材料，但由于其具有耐热性和低摩擦系数等优良特性，在一些特定领域有着重要的应用。电线绝缘层消耗了全球PTFE总产量的一半左右，然而，数控机床并不用于电线或绝缘层的生产。聚四氟乙烯的另一个最广为人知的应用或许是其用于铝制炊具的不粘涂层；在这种情况下，液态聚四氟乙烯被喷涂或滚涂在蚀刻过的金属表面上。涂有聚四氟乙烯的炊具通常无需进行机械加工。
然而，实心特氟龙可以通过数控加工进行加工。齿轮、衬套、接头和阀门等都是可以进行数控加工的工业特氟龙零件的例子。
变速箱
在医疗、食品加工、研究和航空航天等领域，常见的数控加工聚四氟乙烯零件包括衬套、接头、轴承和阀门。
特氟龙加工技巧
由于聚四氟乙烯（PTFE）的特性及其结构要求，特氟龙难以轻易替代其他常用材料。如果设计人员和加工人员都采取足够的谨慎措施，特氟龙可用于制造各种零件和组件。如果不事先对材料进行应力消除处理，则难以实现更严格的公差；特氟龙零件的典型公差约为0.13毫米。使用高精度刀具和水溶性冷却剂（例如压缩空气和喷雾）进行数控加工，可以获得最佳的表面光洁度和公差。此外，最好使用无味冷却剂。加工特氟龙时，去毛刺是一个至关重要的因素。由于PTFE非常柔软，即使是小型精密刀具也可能留下需要去除的毛刺痕迹。可以使用砂磨等标准表面处理程序去除毛刺，但更先进的方法是在去毛刺过程中冷冻加工后的特氟龙，使其柔韧性降低。
清单。
- 使用研磨性切割工具。
- 大量使用水溶性冷却液。
- 尽量保持中等偏宽松的容忍度。
- 提前制定去毛刺方案。
1.2 PEEK加工的应用
PEEK是一种用途广泛的材料，其中一些用途更适合采用CNC加工，而非其他生产方法。PEEK塑料分为医用级和工业级，广泛应用于牙科、医疗保健、航空航天、汽车、化工、电子和能源等领域。
PEEK加工技巧
为获得最佳加工效果，必须在加工前、加工中和加工后遵循重要程序。
- 退火。
PEEK棒材需经过退火处理，以释放应力，降低铣削过程中产生应变和表面裂纹的可能性。退火后的PEEK材料不易变形。根据加工时间的长短，可能需要多次退火处理。
- 切割装置。
PEEK通常可以使用碳化硅刀具进行加工。如果PEEK材料含有碳纤维增强材料，或者需要极高的加工精度，则应使用金刚石刀具。
此外，避免在金属上使用切割工具也可以防止污染。
- 干燥或湿滑
由于PEEK材料不导热，为了避免加工过程中发生变形或断裂，必须对其进行冷却。例如，如果加工的是医疗器械，可以使用标准液体冷却剂；然而，在这种情况下，必须对PEEK材料进行加压空气冷却。这是因为液体冷却剂可能会影响PEEK的生物相容性。
- 钻孔。
PEEK 的延伸率比其他聚合物低，因此在钻深孔时可能会发生断裂。
- 选择合适的加工参数。
如果想要顺利制造出 PEEK 组件，在钻孔、铣削和车削操作中使用正确的加工参数非常重要。
1.3 加工聚甲醛的应用
可加工的聚甲醛（Delrin）部件广泛应用于各种数控机床加工车间，包括消费电子产品行业。聚甲醛常用于以下加工应用：
齿轮、外壳、弹簧、风扇叶轮、阀门、轴承、滚轮和刮刀都可以用聚甲醛制成。
轴承
在电子应用中使用的 Delrin 组件包括绝缘体、连接器、线轴和连接件，以及键盘盖等消费电子产品的零件。
车门锁系统、铰链式外壳和燃油传输单元都是由 Delrin 制成的车辆部件。
吸入器、胰岛素笔和医疗设备都属于德尔林医疗用品的范畴。
现场既有手术缝合器，也有吉他拨片。
Delrin加工技巧
由于德尔林是最易于加工的聚合物之一，因此无需采取任何极端的安全预防措施。尽管如此，某些设计因素和制造工艺对其效果仍然优于其他材料。
- 德尔林专用设计。
在设计用于加工 Delrin 材料的零件时，尽量保持壁厚一致，并在适当位置添加圆角和加强筋。大型零件更容易发生翘曲。
- 聚甲醛材料应单独存放。
使用从未切割过铝或其他金属的切割工具是防止污染的最佳方法。
- 注意观察。
使用锋利、高后角切削刀具可以更有效地加工 Delrin；使用切削润滑剂也可能有所帮助。
- 不要太紧。
由于德尔林材料的刚度不高，因此在夹持工件时应格外小心。始终保持轻柔的夹紧力。
- 保持冷静。
Delrin 对温度高于 121°C 的热源不耐受。除了性能优于液体冷却剂外，空气冷却剂还能加快芯片去除速度。
- 保持仪器清洁。
经过加工的 Delrin 会产生可控且均匀的切屑，必须快速清除切屑，以防止刀具上粘性堆积。
2.0 结语
许多商业和家居用品都采用塑料聚合物制成。某些产品对精度、准确度、公差要求很高。因此，对于许多希望使用高质量、耐用塑料聚合物的人来说，CNC塑料加工是一种热门选择。
