Guía de mecanizado de Vespel: Tipos de materiales, beneficios y mejores prácticas

Mecanizado de Vespel

Vespel es un Material de poliimida Desarrollado y producido por la empresa de ingeniería estadounidense DuPont de Nemours, Inc. Este plástico de alto rendimiento se utiliza ampliamente en las industrias automotriz, aeroespacial, sanitaria y electrónica. El Vespel es un material importante en mecanizado CNC de plástico debido a su capacidad de mantener la resistencia a altas temperaturas, excelente resistencia al desgaste y estabilidad química.

Aunque Material de la vesícula Si bien muestra buena maquinabilidad, ciertos factores de mecanizado deben considerarse cuidadosamente para evitar imprecisiones dimensionales, defectos de fabricación y costos generales. Esto requiere comprender Vespel y su comportamiento de mecanizado.

Este artículo explicará las propiedades, tipos, procesos de mecanizado y preferencias de aplicación del plástico Vespel.

¿Qué es Vespel Plastic? 

Plástico Vespel

Vespel se refiere a un tipo de plástico de poliimida diseñado por DuPont; básicamente, es una marca registrada (Vespel®). Lo que lo diferencia del material de poliimida convencional es que Vespel logra enlaces moleculares más fuertes durante la polimerización. En ocasiones, también se utilizan rellenos (grafito, disulfuro de molibdeno, etc.) durante la formulación.

Gracias a sus cadenas moleculares estables, Vespel ofrece alta resistencia, mayor resistencia a la fatiga, estabilidad térmica (hasta 300 °C), resistencia al desgaste y neutralidad química. Esta combinación de propiedades lo convierte en un material ideal para mecanizado CNC de plástico cuando las piezas estarán expuestas a calor extremo (normalmente ≥250 °C), alto estrés y necesitarán una larga vida útil.

Además, el material de DuPont Vespel está disponible en el siguiente formato:

• Bares
• Tubos
• Varillas
• Anillos
• Placas, etc. 

Propiedades del plástico Vespel

Aunque Vespel muestra muchas características de los termoplásticos, no se puede remodelar después de fundirse. (Puedes leer termoestable vs. termoplástico aquí.) Otras propiedades incluyen resistencia, lubricidad y 

• Estabilidad térmica: En comparación con los termoplásticos típicos, Vespel soporta temperaturas más altas sin perder propiedades físicas y mecánicas. 
• Resistencia química: Este material resiste muchos disolventes, ácidos, álcalis, aceites y soluciones químicas orgánicas. 
• Estabilidad dimensional: Vespel ofrece una buena maquinabilidad y se puede mecanizar en formas complejas con gran precisión. 
• Desgasificación: Vespel muestra una desgasificación muy baja a altas temperaturas. 
• Absorción de agua: Vespel absorbe muy poca humedad y funciona bien en condiciones de vacío. 
• Lubricidad: Vespel exhibe buena lubricidad, produciendo baja fricción cuando está en contacto con otra pieza/material o bajo acción de deslizamiento.

Tipos de materiales de Vespel

Vespel tiene diferentes tipos/grados, clasificados según la composición del material, la cantidad de relleno y la capacidad térmica. Cada tipo ofrece una propiedad ligeramente única; por ejemplo, Vespel SP-3 proporciona la menor desgasificación, y SP-21 es ideal para piezas susceptibles a un alto desgaste. 

Analicemos con más detalle los tipos comunes de material de Vespel, incluidos SP-1, SP-3, SP-21 y SP-22. 

vespel® SP-1

SP-1 es una poliimida pura sin rellenos. Este tipo de Vespel ofrece excelentes propiedades de aislamiento eléctrico y térmico. Por lo tanto, es muy durable y ofrece una excelente resistencia y tenacidad.  

Cuándo usar: Cuando la vida útil de las piezas y la resistencia estructural son más esenciales que la baja fricción.

vespel® SP-3

La formulación de Vespel SP-3 contiene aproximadamente un 15 % en peso de disulfuro de molibdeno (MoS₂) como relleno. Entre los diferentes tipos de Vespel para mecanizado, ofrece una mínima desgasificación, lo cual resulta beneficioso en la automatización aeroespacial e industrial. 

Cuándo usar: Artículos de bajo desgaste para condiciones secas y al vacío.

vespel® SP-21

El relleno de grafito del Vespel SP-21 le confiere una alta resistencia al desgaste y a la fricción, ideal para aplicaciones con mecanismos deslizantes. Por consiguiente, mantiene la estabilidad térmica y una larga vida útil. 

Cuándo usar: Cuando la baja fricción es crucial para la aplicación y el rendimiento de las piezas, o el desgaste es la principal preocupación. 

vespel® SP-22

Vespel SP 22 es el tipo más común en mecanizado, con un alto contenido de grafito (~40%), lo que reduce aún más la fricción. De hecho, proporciona un equilibrio entre resistencia al desgaste y estabilidad térmica. 

Cuándo usar: Cuando la estabilidad dimensional es una preocupación, es decir, las tolerancias importan para la funcionalidad y el rendimiento.

Otros tipos 

Además de estos, existen otros tipos de plástico Vespel, incluidos SP-22, SP202, SP-211, ST2010, SCP50094 y SCP5000.

Procesos de mecanizado de Vespel 

Procesos de mecanizado de Vespel

En función de la geometría, la precisión deseada y los requisitos de producción, se utilizan uno o más procesos, incluidos fresado, torneado, taladrado, roscado y rectificado. 

• Molienda: El fresado CNC produce formas 3D complejas a partir de Vespel en bruto. El fresado progresivo es el preferido para este material, y tanto el avance transversal como el descendente son compatibles. Elija una velocidad de corte de entre 40 y 50 SFM a RPM moderadas. 
• Torneado: El torneado se utiliza para mecanizar formas simétricas, como rodamientos y sellos cilíndricos. Por lo tanto, también implica el mandrilado, el refrentado y el tronzado.  
• Perforación: La principal consideración durante la perforación Vespel es el riesgo de agarrotamiento, que se produce cuando la pared del orificio y la herramienta se bloquean. Para solucionarlo, se recomiendan brocas modificadas. Puede usar una broca helicoidal estándar, pero la profundidad del orificio no debe superar la mitad de su diámetro.   
• Enhebrado: Las roscas externas se pueden realizar con herramientas de corte de roscas (fresa de carburo de punta única), mientras que las roscas internas se pueden realizar con roscado.  
• Molienda: El rectificado elimina el material fino de la superficie de las piezas de la máquina con una muela abrasiva. Puede utilizar amoladoras sin centro o de disco doble con abrasivo de óxido de aluminio (H8, grano 46) para rectificar Vespel.

Beneficios del mecanizado de plástico Vespel 

Desde la maquinabilidad hasta el rendimiento similar al del metal, Vespel ofrece varios beneficios, lo que lo convierte en la opción preferida para mecanizado de plásticos de ingeniería Piezas para diversas industrias. Es uno de los materiales plásticos con baja desgasificación y alta resistencia a la fluencia. Por consiguiente, Vespel también ofrece excelente resistencia al desgaste y durabilidad.

Veamos a continuación los beneficios clave del mecanizado Vespel.

Desgasificación baja

Se refiere a la emisión mínima de compuestos volátiles durante el mecanizado y en diversos entornos de aplicación, lo cual es esencial para la salud y la seguridad operativa. 

Estabilidad dimensional 

Las propiedades térmicas de Vespel no solo son beneficiosas para las aplicaciones finales, sino también para el propio proceso de mecanizado. Vespel no se expande con el calor generado por la fricción entre la herramienta y la pieza, por lo que pierde su consistencia dimensional. Además, las piezas mecanizadas de Vespel conservan su precisión dimensional con el paso del tiempo. 

Resistencia al desgaste y a los productos químicos 

Las cadenas moleculares rígidas y térmicamente estables de Vespel le confieren una alta resistencia al desgaste, la abrasión y la corrosión, incluso bajo altas tensiones y cargas rotacionales. Además, Vespel no reacciona con diversos productos químicos, como aceites, combustibles, algunos ácidos y álcalis, alcoholes y disolventes orgánicos.

Alta resistencia a la fluencia

Vespel ofrece una excelente resistencia a la fluencia, lo que significa que resiste la deformación causada por alta presión. Esto resulta beneficioso en aplicaciones de alto rendimiento donde los componentes se someten a cargas continuas, como sellos de motores y piezas de compresores. Al cambiar las condiciones de operación, no pierde sus propiedades físicas y mecánicas originales. 

Lubricidad

La matriz polimérica estable y los rellenos de Vespel proporcionan una alta lubricidad, incluso en contacto deslizante continuo. En ciertas condiciones, no requiere lubricación externa. 

Durabilidad y resistencia a altas temperaturas

Aunque la vida útil del material Vespel varía considerablemente, los grados estándar de Vespel (duro/rígido) pueden durar más de 20 años. Además, ofrece mayor resistencia a la temperatura y conserva propiedades como la resistencia a la flexión y a la tracción hasta 260 °C.

Aplicaciones del mecanizado Vespel 

Piezas mecanizadas de Vespel

Vespel es un material duradero y de baja fricción. Además, las piezas Vespel mecanizadas por CNC funcionan sin problemas incluso bajo altas tensiones mecánicas, térmicas, en seco o en condiciones de vacío. Por ello, numerosas industrias utilizan Vespel. 

La siguiente tabla describe las industrias que utilizan el mecanizado Vespel y ejemplos de aplicaciones, incluidos la industria aeroespacial, automotriz, energética, de automatización industrial, electrónica, semiconductores y defensa.

¿Cuáles son los desafíos del mecanizado de Vespel? 

Si bien el Vespel presenta una alta maquinabilidad, el mecanizado de este material presenta ciertos desafíos, como la contaminación, el desperdicio excesivo de material, la acumulación de calor en el filo y la estabilidad dimensional.

Veamos los desafíos clave del mecanizado de Vespel.

Contaminación del mecanizado

Debido a su naturaleza electrostática activa, Vespel puede atrapar partículas microscópicas durante el mecanizado, como residuos de refrigerante y polvo.

Desperdicio de materiales

Dado que Vespel es un polímero costoso, el desperdicio excesivo de material impacta significativamente el costo final de los artículos fabricados. Por lo tanto, optimice la trayectoria de la herramienta en el programa CAM para reducir el desperdicio de material.

Transferencia térmica 

La baja conductividad del Vespel impide una disipación eficiente del calor del área de mecanizado, lo que provoca la acumulación de calor en el filo.

Estabilidad dimensional

Especialmente al mecanizar piezas complejas de paredes delgadas, pueden presentarse distorsiones inducidas por tensión. Por lo tanto, el vespespel debe mecanizarse y estabilizarse adecuadamente.

Mejores prácticas para el mecanizado de material Vespel 

Mecanizado CNC Vespel

Para abordar los desafíos del mecanizado de Vespel y evitar posibles defectos, debe seguir algunas estrategias específicas, como la sujeción correcta, el uso de las herramientas adecuadas, la aplicación de refrigerante, los ajustes del ángulo de ataque y el espacio libre del borde en la perforación.

A continuación se presentan algunas prácticas de mecanizado de Vespel basadas en la experiencia de la industria y las recomendaciones de DuPont™ (el propio productor del material). 

• Fuerza de sujeción: Puede utilizar pinzas OD e ID para sujetar Vespel, pero asegúrese de que no estén demasiado apretadas; de lo contrario, se deformarán. 
• Material de la herramienta: Utilice carburo de tungsteno para tiradas pequeñas y herramientas de diamante para el mecanizado de Vespel de gran volumen. 
• Generación de calor: Elija los avances y velocidades correctos para evitar el sobrecalentamiento de la pieza de trabajo. 
• Torneado de paredes delgadas: Al girar las formas de paredes delgadas de Vespel, ajuste el ángulo de inclinación a un rango positivo de 0 a 5°.
• Radio de la punta de la herramienta: Al tornear, el radio de la punta de la herramienta debe estar en el rango de 0.08 a 0.20 mm.
• Profundidad de fresado: Para pasadas de acabado en fresado Vespel, ajuste la profundidad de corte a un máximo de 0.5 mm.
• Desbarbado: Utilice configuraciones de desbarbado rotatorio o vibratorio para eliminar pequeñas astillas e imperfecciones. 
• Perforación de pozos profundos: Si la profundidad del orificio requerida es mayor que la mitad del diámetro de la broca, elija brocas modificadas con un espacio libre entre los labios de 30°.

Leer más: Mecanizado CNC de termoplásticos

Recapitulación

Si bien el Vespel ofrece diversas ventajas y aplicaciones industriales, no es un material fácil de mecanizar. Si es necesario, tenga en cuenta las herramientas, el avance, el posprocesamiento y otras consideraciones durante el mecanizado para evitar posibles problemas y defectos. Además, existen muchos tipos de mecanizado de Vespel, y es fundamental elegir el adecuado para sus necesidades. 

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FAQ’s

¿Qué tan difícil es Vespel?

Vespel se considera un polímero duro; el grado SP-1 ofrece una dureza de aproximadamente Rockwell E45–60.

¿Vespel absorbe agua?

Sí, pero a un ritmo mínimo. Vespel es un material con baja absorción de agua, lo que lo hace compatible con condiciones de humedad. 

¿Por qué Vespel es tan caro?

El coste de Vespel está asociado a su proceso de fabricación, que implica una química de polvo compleja y sinterización a altas temperaturas.