PEI CNC加工：材料グレード、加工プロセス、および考慮事項

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PEI CNC加工

PEIのCNC加工では、CADモデルとCNCプログラムを用いて、切削、フライス加工、旋削加工、穴あけ加工などの適切な操作を行い、PEIの棒材、バー材、または板材を機能部品に加工します。PEIの加工には、鋭利な超硬工具を使用し、加工の種類に応じて速度と送り速度を調整します。

その PEI CNC加工部品耐熱性、電気絶縁性、化学的安定性、高い機械的強度、剛性、寸法安定性を備えている。しかし、材料コストが高いこと、脆いこと、加工が難しいことから、機械加工には必ずしも適しているとは限らない。

PEI 1000は、汎用CNC加工に使用される無充填材料です。しかし、PEI GF20、PEI GF30 / ULTEM 2300、医療グレードPEIなど、特定の加工用途に特化したグレードのPEIも存在します。

主要なポイント（要点）

➤ 機械加工用に、PEI 1000、PEI 1010、PEI GF 20、PEI GF 30、およびULTEM 4000といった異なるグレードのPEIが用意されています。

➤ PEI 1000/1010は一般的な機械加工に使用され、ガラス繊維強化グレードは剛性と寸法安定性が求められる部品に使用され、ULTEM 4000は低摩擦部品に使用されます。

➤ PEIは通常の熱可塑性樹脂よりも脆いため、放熱性、端の欠け、応力亀裂、熱の蓄積が課題となります。

➤ PEI加工の失敗を避けるには、切れ味の良い超硬工具を使用し、最適な送り速度と回転速度を確保し、適切なクーラントの流れを確保してください。

➤ カスタムPEI加工部品の調達をご希望の場合は、ポリマーグレード、補強レベル、色、および該当する認証（UL94、FAR 25.853、ISO 10993、FDA食品接触）を指定してください。

PEIプラスチック素材とは何ですか？

PEIは、優れた機械的、熱的、電気的特性により製造業で高く評価されている超エンジニアリングプラスチック材料の一つです。ウルテムは、PEIポリマーの主要商業ブランドであり、サビック ® Ultemには透明タイプと不透明タイプの両方があり、CNC加工に対応しています。その他の市販のPEIとしては、TECAPEI™、SUSTAPEI™、TEMPALUX®などがあります。

PEIプラスチックの化学構造：

ポリエーテルイミド（PEI）構造

PEIの化学構造は、イミド基（>𝐶=𝑂）、エーテル結合、芳香環の3つの主要成分から構成されています。交互に並んだ芳香環は、エーテル結合と環状アミド基で連結されています。一方、繰り返し鎖の一般的な化学式は、 C₃₇ H₂₄ O₆ N₂。

PEIプラスチックの特性とは？

PEIプラスチック材料

PEI樹脂の主な特性は、優れた機械的強度、剛性、化学的安定性、耐熱性、高い誘電強度、耐応力亀裂性、難燃性、寸法安定性です。そのため、PEI樹脂は高性能エンジニアリング熱可塑性樹脂の一種とみなされ、過酷な条件下で使用されています。

PEIプラスチックの特性を詳しく見ていきましょう。

機械的強度

PEIは、優れた曲げ強度と耐衝撃性を備えた高強度プラスチックです。 ASTM D 638 未充填のPEIの引張強度は120MPa（17,500PSI）です。

硬度

PEIは丈夫で硬いプラスチックです。摩耗、擦り傷、引っかき傷に強い性質を持っています。

軽量

PEIは強度が高く軽量であるため、CNC加工メーカーは金属の代替材料としてよく利用します。しかし、未充填グレードの場合、アルミニウム合金に比べて強度対重量比は低くなります。

優れた耐熱性能

PEIのガラス転移温度は217℃であり、CNC加工されたPEI部品は200℃までの周期的な熱負荷に耐えることができます。部品が長時間高温にさらされても、その特性と寸法は維持されます。

電気絶縁

PEIは高い誘電強度（ 33KV/mm 高電圧の電気ショックにも耐えることができ、絶縁要件を満たす優れた材料です。

難燃性

本来的に難燃性を備えており、発生する煙やガスも最小限です。

化学的安定性

PEI樹脂は、酸、アルカリ、油、および特定の有機溶剤に対して高い耐性を示す。

寸法安定性

PEI樹脂製の部品は、熱や応力が加わっても、その形状、寸法、および特性を長期間維持します。

成形性／加工性

PEIプラスチックの原料は、CNC加工、押出成形、射出成形、ブロー成形、熱成形などの方法で、機能的な部品に成形することができる。

PEIプラスチック特性表

下の表で、さまざまなPEIプラスチック特性の数値（未記入）を見てみましょう。 1 ][ 2 ][ 3 ].

プロパティ

ユニット

～価値

試験方法／条件

ガラス転移温度*

℃で

220

ISO 3156

密度

g /cm³

1.27-1.28

ISO 1183 / ASTM D792

抗張力

メガパスカル

114〜121 MPa

ISO 527 / ASTM D638

圧縮強度

152 MPaで

ASTM D695; 10%ひずみ

曲げ強度

138 MPaで

ASTM D790

ロックウェル硬度

ロックウェル

M112 / R125

ASTM D785

破断伸び

%

40-80

熱膨張係数（CTE）

μm/m・℃

56 × 10⁻⁶ /°C

ASTM D696 / ISO 11359

絶縁耐力

kV / mm

33

ASTM D149; 短時間、厚さ1/8インチ

誘電率

-

3.15

ASTM D150（1kHz）*

CNC加工に使用されるPEI材料グレード

PEI 1000、PEI 1010、PEI GF 20、PEI GF 30、およびUlTEM 4000は、CNC加工で使用される主なPEIグレードです。これらのグレードの中には、複合材を充填したグレードもあり、充填材を含まないグレードに比べて優れた特性を備えています。

PEI 1000 ( ULTEM 1000)

これは、一般的な精密機械加工、電気絶縁、および高温部品に使用される、充填剤を含まないPEIポリマーです。PEI 1000グレードは比較的摩耗性が低く、HSS/超硬工具での加工が可能です。

アプリケーション例：中荷重用および自動車内装部品、医療用滅菌トレイ、RF/マイクロ波回路絶縁体、食品加工部品。

PEI 1010 (ULTEM 1010)

また、PEI 1010は無充填PEIグレードであり、PEI 1000との違いは、PEI 1010の方が溶融流動性が高いように配合されている点です。そのため、薄肉部品の成形により適しています。それ以外の機械的特性、電気的特性、熱的特性は基本的に同じです。

アプリケーション例：機械加工用途はPEI 1000と同様です。

PEI GF 20 (ULTEM 2200)

PEI 20%ガラス繊維強化材（ULTEM 2200シリーズ）は、材料の剛性、寸法安定性、曲げ弾性率が向上します。また、反りにも強いという特長があります。ただし、ガラス繊維強化材を加工するには、切削速度の遅いダイヤモンドコーティング工具が必要です。

アプリケーション例：軽量ブラケット、工業用位置決めブロック、および計測機器ハウジング。

PEI GF 30 (ULTEM 2300)

30%ガラス繊維強化PEI樹脂は、剛性、寸法安定性、化学的不活性をさらに向上させると同時に、破断伸度を低下させます。航空宇宙、半導体ハンドリング、および工業製造における構造部品に採用されています。PEI GF 30の機械加工はより困難であり、工具の摩耗が速いことが主なトレードオフとなります。

アプリケーション例：航空機用ブラケットおよび固定具、電気絶縁体、自動車組立用固定具、半導体処理装置用ウェハーチャック、および機械加工用治具プレート。

ウルテム4000

ULTEM 4000は以下で構成されています。ガラス繊維、PTFE、およびグラファイト充填PEI 耐摩耗性と低摩擦性が求められる用途向けに設計されています。他のグレードに比べて価格はやや高めですが、幅広い温度範囲において、加水分解安定性、寸法安定性、および高い強度を提供します。

アプリケーション例：摺動部品、ロボット部品、ガイドレール、機械式カムおよびローラー、ベアリング、ブッシュ、ギア。

PEIのCNC加工プロセス：フライス加工、旋削加工、穴あけ加工、ボーリング加工、ねじ切り加工

PEI材料は、作成したい形状や特徴に応じて、CNCフライス加工、旋削加工、穴あけ加工、ボーリング加工、ねじ切り加工、その他の機械加工プロセスで加工できます。PEIは硬質なプラスチックであるため、切削速度、送り速度、工具はPEIワークピースの特性に基づいて選択する必要があります。

PEI CNCフライス加工

CNCフライス加工されたPEI部品

フライス加工は、複雑な輪郭、形状、溝、ポケット、その他の3D形状を作成するために使用されます。CNC加工工場では、PEIワークピースの加工にアップカットフライス加工を好んで使用します。

ツーリング：超硬合金またはダイヤモンドコーティングされた工具、2～4枚のフルート、および10～20°の正のすくい角。
速度と送り: 切削速度：0～400m/分（ガラス繊維強化材の場合は約20%低下）、送り速度：0.05～0.15mm/歯

PEI CNC旋盤加工

PEI CNC旋盤加工

PEI材料の旋削加工は、旋盤または旋削センターで行われます。これは、シャフト、ブッシュ、ロッドなどの円筒形状を成形するために使用されます。

ツーリング：すくい角5～10°、逃げ角8～12°の超硬ソリッド/PCD工具
速度と送り: 150～300 m/分、0.1～0.3 mm/回転

PEI CNCドリル加工

PEI素材に穴を開けるには、ペックドリル加工が推奨されます。穴あけ順序を指定しない場合、ペックドリル加工の前に連続ドリル加工を行うことで、穴径の3倍の深さ（3×D）の穴を開けることができます。

ツーリング：研磨された溝を備えた、切れ味の良いコバルト／超硬合金製ツイストドリル。
速度と送り: 80～150 m/分、0.05～0.15 mm/回転

PEI CNCボーリング

ボーリング加工は、PEIワークピースに事前に開けられた穴を拡大および仕上げるために使用され、正確な直径、真円度、および表面仕上げを実現します。

ツーリング：剛性の高い単点超硬ボーリングバー
速度と送り: 150～300m/分の速度で、軽い送り込みと遅い仕上げパスを行う。

PEI CNCねじ切り加工

PEIネジ

PEI製の円筒形ワークピースに外ねじを加工するには単点工具が用いられる一方、内ねじにはタッピングが適している。

ツーリング：旋盤ねじ切り用シングルポイント超硬インサート
速度と送り: それはねじ山のピッチによって異なります。

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見積もり

PEI CNC加工に関する考慮事項

PEI材料は非晶質で、通常の熱可塑性樹脂よりも硬いため、加工時には、熱の蓄積、エッジの欠け、応力亀裂、効率的な切りくず処理など、追加の要素を考慮する必要があります。

発熱

PEI材料は耐熱性と耐摩耗性に優れています。PEIの熱伝導率が低く、工具と被削材との摩擦によって発生する熱は容易に放散されません。そのため、材料が溶融したり、内部応力が増加したり、寸法安定性に影響を与えたりする可能性があります。

『Brooklyn Galaxy』のために、倪氏はブルックリン美術館のコレクションからXNUMX点の名品を選び、そのイメージを極めて詳細に描き込みました。これらの作品は、彼の作品とともに中国ギャラリーに展示されています。彼はXNUMX年にこの作品の制作を開始しましたが、最初の硬貨には、当館が所蔵する未充足のPEI 熱は材料のせん断と塑性変形によって発生し、切削領域に中程度だが局所的な熱負荷をもたらします。PEIの熱伝導率が比較的低いため、この熱の大部分は加工面付近に集中したままになります。対照的に、ガラス繊維強化PEI 研磨性のガラス繊維と高い摩擦力により、かなりの量の熱が発生するが、同時にかなりの量の熱が切削工具にも伝達される。

解決策：

鋭利な工具を使用する
加工領域に、水系または空気噴射式のクーラントが適切な流量で供給されるようにしてください。
薄肉部品やその他の繊細な部品の場合、適切な冷却液の流れを確保するためのスペースを考慮してください。

エッジ欠け

PEIは脆く硬いプラスチックであるため、特に鋭角な部分、薄い縁、小さな穴を加工する際に、端が欠けやすい。

Ultem製の機械加工部品を設計する際には、角の半径を考慮してください。
過度な切削や高送り速度は避けてください。
急激な変化を避ける

応力亀裂

PEI加工部品の機械加工中に、剛性、脆性、および過剰な熱によって内部残留応力が発生し、応力亀裂につながる可能性がある。

機械加工前に、応力緩和のために焼きなまし処理を施す。
冷却液と潤滑剤を塗布する

チップ管理

PEIは、供給速度が遅い場合、長くて連続した糸状の切削屑を生成する。これは、切削屑の巻き付きや局所的な発熱を引き起こす可能性がある。

工具の形状と加工パラメータを考慮する
頻繁に冷却液を注入するか、真空吸引を行う
上向き切削加工法を用い、穴あけ加工は断続切削で行う。

PEI CNC加工の用途は何ですか？

Ultem製の様々な機械加工部品。PEI加工の様々な産業分野における応用例を示す。

PEI加工用途

PEIまたはUltem製の機械加工部品は、耐高温性、機械的性能、化学的安定性、絶縁耐力、寸法安定性が求められる様々な産業で使用されています。

PEI加工の応用例を見てみましょう。自動車、航空宇宙、医療、電子機器、産業機械産業。

オートモーティブ・ソリューション : EV冷却システム、ボンネット下部品、ミラーカバー、LEDアセンブリ部品、燃料システムバルブおよび継手、ECU筐体、内装トリム、構造クリップ。
航空宇宙： FAR 25.853 FST 航空機の内装部品、ダクト、電源ユニット部品、計器ハウジング、座席部品に適合している。
医療：診断機器ハウジング、手術器具ハンドル、流体マニホールド、口腔内スキャナーの筐体、内視鏡部品、および滅菌トレイ。
エレクトロニクス：コネクタハウジング、絶縁体、ディスプレイデバイス部品、回路基板キャリア、5G/RFアンテナフィルタユニット、および半導体ウェハキャリア。
産業機械：バルブシート、ガイドレール、位置決めリング、治具・固定具、可動機械部品の構造支持部材、化学処理部品、工業用ベアリング・ブッシング、ポンプハウジング。

CNC加工用PEIと3Dプリンティング用PEIは異なるものですか？

どちらもポリエーテルイミド材料ですが、「CNC PEI」と「3Dプリンティング用PEI」の違いは、その製造方法にあります。機械加工に使用されるPEI材料は、応力制御された固体PEI原料から製造され、板状、シート状、棒状、またはブロック状で入手可能です。一方、3Dプリンティング用PEI材料は、積層造形プロセスによって製造され、フィラメント状で入手可能です。

溶融堆積モデリング（FDM）方式は、PEI材料を用いた部品やプロトタイプの3Dプリントに適しています。PEI 3Dプリントの例としては、自動車用途の吸気マニホールドのプロトタイプ、センサーハウジング、ロボットアーム先端ツール（EOAT）などが挙げられます。

CNC加工PEI部品：調達の観点から

CAD設計に基づいてCNC加工されたPEI部品または試作品を調達する場合、見積依頼書に「PEIプラスチック材料」とだけ記載するだけでは正確な情報を得るには不十分です。ポリマーグレード、補強材、色、および該当する仕様を明記する必要があります。

重要な部品については、必要な材料認証、サプライヤーのトレーサビリティ、および関連する試験データを記載するのが最善です。特殊なCNC加工によるPEI部品に適用可能な認証には、UL94、FAR 25.853、ISO 10993、およびFDA/食品接触要件などがあります。

Ultem加工部品の表面仕上げオプションにはどのようなものがありますか？

機械加工仕上げでは、表面粗さを3.2µmまで低減できますが、これはPEIグレード、工具、切削条件によって大きく左右されます。機械加工仕上げの他に、ウルテム製の機械加工部品は、ビーズブラスト、タンブリング、蒸気研磨、接着剤塗装などの仕上げ加工を施すことができます。

ビーズブラスト: 均一な表面（マット／サテンの質感）を提供し、化粧品用途に適しています。
蒸気研磨: 封止面、光学窓、半導体用途に適しています。微細な蒸気研磨面は、Ra 1.6～0.4 µmの表面粗さを実現できます。
タンブリング：タンブリング処理では、機械加工されたウルテム部品を回転・振動するチャンバー内で研磨材を用いて処理し、滑らかな表面仕上げを実現します。
接着剤塗装：特に外観、ブランドイメージ、紫外線保護の目的で、機械加工されたウルテム部品は、スプレー塗装または浸漬塗装によって塗装することができます。

PEI加工部品や試作品が必要ですか？設計図をお送りください。

ご説明したとおり、PEIの精密加工には、材料特性に関する深い理解といくつかの重要な考慮事項が必要であり、これらはエンジニアリングの専門知識と業界経験によってのみ対処可能です。Bodaは、プラスチック加工において10年以上の経験を持ち、多軸（3軸、5軸、それ以上）CNC装置を備えた社内CNC加工工場を保有しています。

現場の声を力強いメッセージへ。 PEI機械加工サービス DFM（設計製造性）に関するフィードバックや機械加工から後処理まで、あらゆる工程を網羅しています。お客様のCAD設計に基づき、試作品、すぐに使用できる部品、組み立て済みの部品をご提供できます。