Guida alla lavorazione Vespel: tipo di materiale, vantaggi e migliori pratiche

Lavorazione Vespel

Vespel è un Materiale in poliimmide Sviluppato e prodotto da una società di ingegneria con sede negli Stati Uniti, DuPont de Nemours, Inc. Questa plastica ad alte prestazioni è ampiamente utilizzata nei settori automobilistico, aerospaziale, sanitario ed elettronico. Il Vespel è un materiale importante in lavorazione CNC plastica grazie alla sua capacità di mantenere la resistenza ad alte temperature, all'eccellente resistenza all'usura e alla stabilità chimica.

Sebbene il Materiale Vespel Sebbene il Vespel presenti una buona lavorabilità, è necessario considerare attentamente alcuni fattori di lavorazione per evitare imprecisioni dimensionali, difetti di fabbricazione e costi generali. Ciò richiede la conoscenza del Vespel e del suo comportamento di lavorazione.

In questo articolo verranno illustrate in dettaglio le proprietà, le tipologie, i processi di lavorazione e le preferenze applicative della plastica Vespel.

Cos'è la plastica Vespel? 

Plastica Vespel

Vespel si riferisce a un tipo di plastica poliimmidica sviluppata da DuPont; in pratica, è un marchio registrato (Vespel®). Ciò che lo distingue dal normale materiale poliimmidico è che Vespel crea legami molecolari più forti durante la polimerizzazione. Talvolta, durante la formulazione vengono utilizzati anche riempitivi (grafite, bisolfuro di molibdeno, ecc.).

Grazie alle catene molecolari stabili, il Vespel offre elevata resistenza, maggiore resistenza alla fatica, stabilità termica (fino a 300 °C), resistenza all'usura e neutralità chimica. Queste proprietà lo rendono un'ottima scelta per lavorazione CNC plastica quando le parti saranno esposte a calore estremo (in genere ≥250 °C), forte stress e necessitano di una lunga durata.

Inoltre, il materiale DuPont Vespel è disponibile nella seguente forma.

• I bar
• Valvole
• Canne
• Anelli
• Targhe, ecc. 

Proprietà plastiche Vespel

Sebbene il Vespel presenti molte caratteristiche dei termoplastici, non può essere rimodellato dopo la fusione. (Puoi leggere termoindurente vs. termoplastico qui.) Altre proprietà includono resistenza, lubrificazione e 

• Stabilità termica: Rispetto ai comuni materiali termoplastici, il Vespel resiste a temperature più elevate senza perdere le sue proprietà fisiche e meccaniche. 
• Resistenza chimica: Questo materiale resiste a molti solventi, acidi, alcali, oli e soluzioni chimiche organiche. 
• Stabilità dimensionale: Il Vespel offre una buona lavorabilità e può essere lavorato in forme complesse con estrema precisione. 
• Degassamento: Il Vespel presenta un degassamento molto basso alle alte temperature. 
• Assorbimento dell'acqua: Il Vespel assorbe pochissima umidità e funziona bene in condizioni di vuoto. 
• Lubrificazione: Il Vespel presenta un buon potere lubrificante, producendo un basso attrito quando entra in contatto con un'altra parte/materiale o durante lo scorrimento.

Tipi di materiali Vespel

Vespel è disponibile in diverse tipologie/qualità, classificate in base alla composizione del materiale, alla quantità di carica e alla capacità termica. Ogni tipologia offre una proprietà leggermente unica; ad esempio, Vespel SP-3 offre il degassamento più basso, mentre SP-21 è ideale per componenti soggetti a elevata usura. 

Approfondiamo ulteriormente i tipi più comuni di materiale Vespel, tra cui SP-1, SP-3, SP-21 e SP-22. 

Vespel® SP-1

SP-1 è un poliimmide puro, privo di riempitivi. Questo tipo di Vespel offre eccellenti proprietà di isolamento elettrico e termico. Di conseguenza, è altamente durevole e offre vantaggi in termini di resistenza e tenacità.  

Quando usare: Quando la durata e la resistenza strutturale dei componenti sono più importanti del basso attrito.

Vespel® SP-3

La formulazione di Vespel SP-3 contiene circa il 15% in peso di bisolfuro di molibdeno (MoS₂) come riempitivo. Tra i diversi tipi di Vespel lavorabili, offre un degasaggio minimo, vantaggioso per l'industria aerospaziale e l'automazione industriale. 

Quando usare: Articoli a bassa usura per condizioni di asciutto e vuoto.

Vespel® SP-21

Il riempimento in grafite di Vespel SP-21 lo rende altamente resistente all'usura e all'attrito, ideale per applicazioni che prevedono meccanismi scorrevoli. Di conseguenza, mantiene la stabilità termica con un'elevata durata utile. 

Quando usare: Quando un basso attrito è fondamentale per l'applicazione e le prestazioni dei componenti, oppure quando l'usura è la preoccupazione principale. 

Vespel® SP-22

Vespel SP 22 è il tipo più comune per la lavorazione meccanica, con un elevato contenuto di grafite (~40%), che riduce ulteriormente l'attrito. Offre infatti un equilibrio perfetto tra resistenza all'usura e stabilità termica. 

Quando usare: Quando la stabilità dimensionale è un problema, ovvero le tolleranze sono importanti per la funzionalità e le prestazioni.

altri tipi 

Oltre a questi, esistono molti altri tipi di plastica Vespel, tra cui SP-22, SP202, SP-211, ST2010, SCP50094 e SCP5000.

Processi di lavorazione Vespel 

Processi di lavorazione Vespel

In base alla geometria, alla precisione desiderata e ai requisiti di produzione, vengono utilizzati uno o più processi, tra cui fresatura, tornitura, foratura, filettatura e rettifica. 

• Fresatura: La fresatura CNC produce forme 3D complesse a partire da Vespel grezzo. Per questo materiale si preferisce la fresatura concorde, e sia l'avanzamento trasversale che quello trasversale sono compatibili. Scegliere una velocità di taglio compresa tra 40 e 50 SFM a un numero di giri/min moderato. 
• Turning: La tornitura è un processo che consente di lavorare forme simmetriche, come cuscinetti cilindrici e guarnizioni. Di conseguenza, la tornitura comprende anche alesatura, spianatura e troncatura.  
• Foratura: La considerazione principale durante la perforazione del Vespel è il rischio di grippaggio, che si verifica quando la parete del foro e l'utensile si bloccano tra loro. Per risolvere questo problema, si consigliano punte modificate. È possibile utilizzare una punta elicoidale standard, ma la profondità del foro non deve superare la metà del suo diametro.   
• Filettatura: Le filettature esterne possono essere realizzate con utensili per filettatura (fresa in metallo duro a punta singola), mentre le filettature interne possono essere realizzate mediante maschiatura.  
• Grinding: La rettifica rimuove piccoli residui di materiale dalla superficie dei componenti della macchina con una mola abrasiva. Per rettificare il Vespel, è possibile utilizzare smerigliatrici senza centri o a doppio disco con abrasivo in ossido di alluminio (grana H8, 46).

Vantaggi della lavorazione della plastica Vespel 

Dalla lavorabilità alle prestazioni simili al metallo, Vespel offre numerosi vantaggi, rendendolo una scelta preferita per lavorazione della plastica ingegnerizzata componenti in tutti i settori industriali. È uno dei materiali plastici con basso degasaggio ed elevata resistenza al creep. Di conseguenza, il Vespel presenta anche un'eccellente resistenza all'usura e durevolezza.

Di seguito esaminiamo i principali vantaggi della lavorazione Vespel.

Degassamento basso

Si riferisce all'emissione minima di composti volatili durante la lavorazione e in vari ambienti applicativi, il che è essenziale per la salute e la sicurezza operativa. 

stabilità dimensionale 

Le proprietà termiche del Vespel non sono vantaggiose solo per le applicazioni finali, ma anche per il processo di lavorazione stesso. Il Vespel non si espande con il calore generato dall'attrito tra utensile e pezzo, perdendo così la sua consistenza dimensionale. Allo stesso tempo, i pezzi lavorati in Vespel mantengono la precisione dimensionale nel tempo. 

Resistenza all'usura e agli agenti chimici 

Le catene molecolari rigide e termicamente stabili del Vespel garantiscono un'elevata resistenza all'usura, allo strappo, all'abrasione e alla corrosione, anche in presenza di forti sollecitazioni e carichi rotazionali. Inoltre, il Vespel non reagisce con diverse sostanze chimiche, tra cui oli, carburanti, alcuni acidi e alcali, alcoli e solventi organici.

Elevata resistenza allo scorrimento

Il Vespel offre un'eccellente resistenza al creep, ovvero resiste alle deformazioni causate da pressioni elevate. Questo è vantaggioso nelle applicazioni ad alte prestazioni in cui i componenti sono sottoposti a carichi continui, come le guarnizioni dei motori e i componenti dei compressori. Al variare delle condizioni operative, il materiale non perde le proprietà fisiche e meccaniche originali. 

Lubricità

La matrice polimerica stabile e i riempitivi del Vespel garantiscono un'elevata lubrificazione, anche in caso di contatto continuo. In alcune condizioni, non necessita di lubrificazione esterna. 

Durata e resistenza alle alte temperature

Sebbene la durata del materiale Vespel vari notevolmente, i gradi standard di Vespel (rigidi/duri) possono durare oltre 20 anni. Inoltre, presenta una maggiore resistenza alle temperature e mantiene proprietà come la resistenza alla flessione e alla trazione fino a 260 °C.

Applicazioni della lavorazione Vespel 

Parti lavorate in Vespel

Il Vespel è un materiale durevole e a basso attrito. Allo stesso tempo, i componenti in Vespel lavorati a CNC offrono prestazioni ottimali anche se sottoposti a elevate sollecitazioni meccaniche, termiche, funzionamento a secco o condizioni di vuoto. Per questo motivo, il Vespel è utilizzato in numerosi settori industriali. 

La tabella seguente illustra i settori che utilizzano la lavorazione Vespel e gli esempi di applicazione, tra cui l'industria aerospaziale, automobilistica, energetica, dell'automazione industriale, dell'elettronica, dei semiconduttori e della difesa.

Quali sono le sfide della lavorazione Vespel? 

Sebbene il Vespel abbia un'elevata lavorabilità, la lavorazione di questo materiale presenta alcune sfide, tra cui contaminazione da lavorazione, eccessivo spreco di materiale, accumulo di calore sul tagliente e stabilità dimensionale.

Diamo un'occhiata alle principali sfide della lavorazione Vespel.

Contaminazione da lavorazione

Grazie alla sua natura elettrostatica attiva, Vespel è in grado di intrappolare particelle microscopiche durante la lavorazione, come residui di refrigerante e polvere.

Spreco di materiale

Poiché il Vespel è un polimero costoso, uno spreco eccessivo di materiale influisce significativamente sul costo finale dei pezzi prodotti. Pertanto, è consigliabile ottimizzare il percorso utensile nel programma CAM per ridurre lo spreco di materiale.

Gestione termica 

La bassa conduttività del Vespel non consente un'efficiente dissipazione del calore dalla zona di lavorazione, causando un accumulo di calore sul tagliente.

stabilità dimensionale

Soprattutto durante la lavorazione di componenti complessi con pareti sottili, il vespespel può presentare distorsioni indotte da stress. Pertanto, deve essere lavorato e stabilizzato correttamente.

Migliori pratiche per la lavorazione del materiale Vespel 

Lavorazione CNC Vespel

Per affrontare le sfide della lavorazione Vespel ed evitare potenziali difetti, è necessario seguire alcune strategie specifiche, come il corretto serraggio del pezzo, l'uso degli utensili giusti, l'applicazione del refrigerante, la regolazione dell'angolo di spoglia e il gioco del labbro durante la foratura.

Di seguito sono riportate alcune pratiche di lavorazione Vespel basate sull'esperienza del settore e sulle raccomandazioni di DuPont™ (il produttore del materiale stesso). 

• Forza di serraggio: È possibile utilizzare pinze OD e ID per il fissaggio del Vespel, ma assicurarsi che non siano troppo strette, altrimenti si deformeranno. 
• Materiale dello strumento: Utilizzare carburo di tungsteno per piccole tirature e utensili diamantati per lavorazioni Vespel di grandi volumi. 
• Generazione di calore: Scegliere gli avanzamenti e le velocità corretti per evitare il surriscaldamento del pezzo in lavorazione. 
• Tornitura a parete sottile: Durante la tornitura di forme a parete sottile in Vespel, impostare l'angolo di spoglia su un valore positivo di 0–5°.
• Raggio punta utensile: Durante la tornitura, il raggio di punta dell'utensile dovrebbe essere compreso tra 0.08 e 0.20 mm.
• Profondità di fresatura: Per le passate di finitura nella fresatura Vespel, impostare la profondità di taglio su un massimo di 0.5 mm.
• Sbavatura: Utilizzare sistemi di sbavatura rotanti o vibranti per rimuovere piccole scheggiature e imperfezioni. 
• Perforazione profonda: Se la profondità del foro richiesta è superiore alla metà del diametro della punta, scegliere punte modificate con un gioco del labbro di 30°.

Per saperne di più: Lavorazione CNC di termoplastici

Riassumendo

Sebbene il Vespel offra numerosi vantaggi e applicazioni industriali, non è sicuramente un materiale facile da lavorare. Se necessario, è importante tenere conto di utensili, alimentazione, post-lavorazione e altre considerazioni durante i processi di lavorazione per evitare potenziali problemi e difetti. Inoltre, esistono molti tipi di lavorazione del Vespel ed è essenziale scegliere quello giusto che soddisfi i requisiti della propria applicazione. 

Se hai bisogno di parti lavorate in Vespel precise e di alta qualità, Boda può essere il partner migliore con cui collaborare per il tuo progetto. Il nostro Servizi di lavorazione CNC sono progettati per fornire soluzioni complete, dal feedback DFM alle operazioni di post-lavorazione.

FAQ

Quanto è difficile il Vespel?

Il Vespel è considerato un polimero duro; il grado SP-1 offre una durezza pari a circa Rockwell E45–60.

Il Vespel assorbe l'acqua?

Sì, ma in quantità minima. Il Vespel è un materiale con un basso assorbimento d'acqua, il che lo rende compatibile con ambienti umidi. 

Perché Vespel è così costoso?

Il costo del Vespel è legato al suo processo di fabbricazione, che prevede una complessa chimica delle polveri e la sinterizzazione ad alte temperature.