Guia de Usinagem Vespel: Tipos de Materiais, Benefícios e Melhores Práticas

Usinagem Vespel

Vespel é um Material Poliimida Desenvolvido e produzido pela empresa de engenharia americana DuPont de Nemours, Inc., este plástico de alto desempenho é amplamente utilizado nas indústrias automotiva, aeroespacial, de saúde e eletrônica. O Vespel é um material importante em usinagem CNC de plástico Devido à sua capacidade de manter a resistência em altas temperaturas, excelente resistência ao desgaste e estabilidade química.

Apesar Material Vespel Embora o Vespel apresente boa usinabilidade, certos fatores de usinagem devem ser cuidadosamente considerados para evitar imprecisões dimensionais, defeitos de fabricação e custos indiretos. Isso requer uma compreensão do Vespel e de seu comportamento de usinagem.

Este artigo abordará em detalhes as propriedades, os tipos, os processos de usinagem e as preferências de aplicação do plástico Vespel.

O que é o plástico Vespel? 

Plástico Vespel

Vespel refere-se a um tipo de plástico poliimida desenvolvido pela DuPont; basicamente, é uma marca registrada (Vespel®). O que o diferencia do material poliimida comum é que o Vespel atinge ligações moleculares mais fortes durante a polimerização. Às vezes, cargas (grafite, dissulfeto de molibdênio, etc.) também são usadas durante a formulação.

Devido às cadeias moleculares estáveis, o Vespel oferece alta resistência, maior vida útil à fadiga, estabilidade térmica (até 300 °C), resistência ao desgaste e neutralidade química. Essa combinação de propriedades o torna uma ótima opção de material para usinagem CNC de plástico Quando as peças forem expostas a calor extremo (normalmente ≥250 °C), alta tensão e precisarem de uma longa vida útil.

Além disso, o material DuPont Vespel está disponível na seguinte forma.

• Barras
• tubos
• Rods
• Anéis
• Placas, etc. 

Propriedades do plástico Vespel

Embora o Vespel apresente muitas características de termoplásticos, ele não pode ser remodelado após o derretimento. (Você pode ler termofixo vs. termoplástico aqui.) Outras propriedades incluem resistência, lubrificação e 

• Estabilidade térmica: Em comparação com os termoplásticos típicos, o Vespel suporta temperaturas mais elevadas sem perder suas propriedades físicas e mecânicas. 
• Resistência química: Este material resiste a muitos solventes, ácidos, álcalis, óleos e soluções químicas orgânicas. 
• Estabilidade dimensional: O Vespel oferece boa usinabilidade e pode ser usinado em formas complexas com alta precisão. 
• Desgaseificação: O Vespel apresenta baixíssima liberação de gases em altas temperaturas. 
• Absorção de água: O Vespel absorve muito pouca umidade e apresenta bom desempenho em condições de vácuo. 
• Lubricidade: O Vespel apresenta boa lubricidade, produzindo baixo atrito quando em contato com outra peça/material ou sob ação deslizante.

Tipos de materiais Vespel

O Vespel possui diferentes tipos/graus, classificados com base na composição do material, quantidade de carga e capacidade térmica. Cada tipo oferece uma propriedade ligeiramente única; por exemplo, o Vespel SP-3 proporciona a menor liberação de gases, e o SP-21 é ideal para peças sujeitas a alto desgaste. 

Vamos detalhar um pouco mais os tipos comuns de material Vespel, incluindo SP-1, SP-3, SP-21 e SP-22. 

Vespel® SP-1

SP-1 é uma forma de poliimida pura, sem quaisquer cargas em sua composição. Este tipo de Vespel proporciona excelentes propriedades de isolamento elétrico e térmico. Consequentemente, é altamente durável e oferece resistência e tenacidade.  

Quando usar: Quando a vida útil das peças e a resistência estrutural são mais importantes do que o baixo atrito.

Vespel® SP-3

A formulação do Vespel SP-3 contém aproximadamente 15% de dissulfeto de molibdênio (MoS₂) em peso como carga. Entre os diferentes tipos de vespel para usinagem, ele oferece mínima liberação de gases, o que é benéfico nas aplicações aeroespaciais e de automação industrial. 

Quando usar: Itens de baixo desgaste para ambientes secos e com vácuo.

Vespel® SP-21

O enchimento de grafite no Vespel SP-21 confere-lhe alta resistência ao desgaste e ao atrito, sendo benéfico para aplicações que envolvem mecanismos deslizantes. Consequentemente, mantém a estabilidade térmica e possui uma longa vida útil. 

Quando usar: Quando o baixo atrito é crucial para a aplicação e o desempenho das peças, ou quando o desgaste é a principal preocupação. 

Vespel® SP-22

O Vespel SP 22 é o tipo mais comum em usinagem, contendo uma alta quantidade de grafite (~40%), o que reduz ainda mais o atrito. De fato, ele proporciona um equilíbrio entre resistência ao desgaste e estabilidade térmica. 

Quando usar: Quando a estabilidade dimensional é uma preocupação, ou seja, quando as tolerâncias são importantes para a funcionalidade e o desempenho.

Outros tipos 

Além desses, existem vários outros tipos de plástico Vespel, incluindo SP-22, SP202, SP-211, ST2010, SCP50094 e SCP5000.

Processos de usinagem Vespel 

Processos de usinagem Vespel

Com base na geometria, na precisão desejada e nos requisitos de produção, um ou mais processos, incluindo fresagem, torneamento, furação, rosqueamento e retificação, são utilizados. 

• Moagem: A fresagem CNC produz formas 3D complexas a partir do Vespel bruto. A fresagem concordante é a preferida para este material, sendo compatíveis os avanços transversal e descendente. Selecione uma velocidade de corte em torno de 40 a 50 SFM com RPM moderado. 
• Girando: O torneamento é utilizado para usinar formas simétricas, como mancais e vedações cilíndricas. Consequentemente, o torneamento também envolve furação, faceamento e corte.  
• Perfuração: A principal preocupação durante a perfuração com broca Vespel é o risco de travamento, que ocorre quando a parede do furo e a ferramenta ficam presas uma na outra. Para evitar isso, recomenda-se o uso de brocas modificadas. Você pode usar uma broca helicoidal padrão, mas a profundidade do furo não deve ser superior à metade do seu diâmetro.   
• Rosqueamento: As roscas externas podem ser feitas com ferramentas de corte de rosca (fresa de metal duro de ponto único), enquanto as roscas internas podem ser feitas por rosqueamento.  
• Esmerilhamento: A retificação remove pequenas quantidades de material da superfície das peças da máquina com um disco abrasivo. Para retificar o Vespel, podem ser utilizadas retificadoras sem centros ou de disco duplo com abrasivo de óxido de alumínio (H8, grão 46).

Benefícios da usinagem de plástico Vespel 

Da facilidade de usinagem ao desempenho semelhante ao do metal, o Vespel oferece diversas vantagens, tornando-o uma escolha preferencial para usinagem de plásticos de engenharia Vespel é um material plástico utilizado em diversos setores industriais. É um dos plásticos com baixa emissão de gases e alta resistência à fluência. Consequentemente, o Vespel também apresenta excelente resistência ao desgaste e durabilidade.

Vejamos abaixo os principais benefícios da usinagem Vespel.

Baixa desgaseificação

Refere-se à emissão mínima de compostos voláteis durante a usinagem e em diversos ambientes de aplicação, o que é essencial para a saúde e a segurança operacional. 

estabilidade dimensional 

As propriedades térmicas do Vespel são benéficas não apenas para as aplicações finais, mas também para o próprio processo de usinagem. O Vespel não se expande com o calor gerado pelo atrito entre a ferramenta e a peça, evitando assim a perda de sua consistência dimensional. Ao mesmo tempo, as peças usinadas em Vespel mantêm a precisão dimensional ao longo do tempo. 

Resistência ao desgaste e a produtos químicos 

As cadeias moleculares rígidas e termicamente estáveis ​​do Vespel resultam em alta resistência ao desgaste, rasgos, abrasão e corrosão, mesmo sob altas tensões e cargas rotacionais. Além disso, o Vespel não reage com diversos produtos químicos, incluindo óleos, combustíveis, alguns ácidos e bases, álcoois e solventes orgânicos.

Alta resistência à fluência

O Vespel oferece excelente resistência à fluência, o que significa que resiste à deformação causada por alta pressão. Isso é benéfico em aplicações de alto desempenho onde os componentes enfrentam cargas contínuas, como vedações de motores e peças de compressores. Quando a condição de operação muda, ele não perde as propriedades físicas e mecânicas originais. 

Lubricidade

A matriz polimérica estável e os materiais de enchimento do Vespel proporcionam alta lubricidade, mesmo sob contato deslizante contínuo. Em algumas condições, não necessita de lubrificação externa. 

Durabilidade e resistência a altas temperaturas

Embora a vida útil do material Vespel varie bastante, os tipos padrão (duros/rígidos) podem durar mais de 20 anos. Além disso, possui maior resistência à temperatura e mantém propriedades como resistência à flexão e à tração até 260 °C.

Aplicações da usinagem Vespel 

Peças usinadas de Vespel

O Vespel é um material durável e de baixo atrito. Além disso, as peças de Vespel usinadas por CNC apresentam bom desempenho mesmo sob alta tensão mecânica, tensão térmica, funcionamento a seco ou condições de vácuo. Portanto, o Vespel é utilizado em diversos setores industriais. 

A tabela abaixo descreve os setores que utilizam a usinagem Vespel e exemplos de aplicação, incluindo aeroespacial, automotivo, energia, automação industrial, eletrônica, semicondutores e defesa.

Quais são os desafios da usinagem Vespel? 

Embora o Vespel apresente alta usinabilidade, existem alguns desafios na usinagem desse material. Entre eles, estão a contaminação durante a usinagem, o desperdício excessivo de material, o acúmulo de calor na aresta de corte e a estabilidade dimensional.

Vamos analisar os principais desafios de usinagem do Vespel.

Contaminação por usinagem

Devido à sua natureza eletrostática ativa, o Vespel consegue reter partículas microscópicas durante o processo de usinagem, como resíduos de fluido refrigerante e poeira.

Desperdício de Material

Como o Vespel é um polímero caro, o desperdício excessivo de material impacta significativamente o custo final dos itens fabricados. Portanto, otimize o percurso da ferramenta no programa CAM para reduzir o desperdício de material.

Gerenciamento termal 

A baixa condutividade do Vespel não permite a dissipação eficiente do calor da área de usinagem. Isso causa acúmulo de calor na aresta de corte.

estabilidade dimensional

Principalmente durante a usinagem de peças complexas de paredes finas, podem ocorrer distorções induzidas por tensão. Portanto, o vespespel deve ser usinado e estabilizado adequadamente.

Melhores práticas para usinagem do material Vespel 

Usinagem CNC Vespel

Para enfrentar os desafios da usinagem em Vespel e evitar possíveis defeitos, é preciso seguir algumas estratégias específicas, como fixação correta da peça, uso das ferramentas adequadas, aplicação de fluido de corte, ajustes do ângulo de ataque e folga da aresta de corte na furação.

A seguir, apresentamos algumas práticas de usinagem do Vespel baseadas na experiência da indústria e nas recomendações da DuPont™ (a própria fabricante do material). 

• Força de trabalho de retenção: Você pode usar pinças OD e ID para fixar o Vespel, mas certifique-se de não apertá-las demais; caso contrário, elas se deformarão. 
• Material da ferramenta: Utilize carboneto de tungstênio para pequenas produções e ferramentas de diamante para usinagem de Vespel em alto volume. 
• Geração de Calor: Selecione as taxas de avanço e velocidades corretas para evitar o superaquecimento da peça de trabalho. 
• Torneamento de paredes finas: Ao tornear peças de parede fina em Vespel, ajuste o ângulo de inclinação para 0–5° positivos.
• Raio da ponta da ferramenta: Durante o torneamento, o raio da ponta da ferramenta deve estar na faixa de 0.08 a 0.20 mm.
• Profundidade de fresagem: Para passes de acabamento em fresadoras Vespel, defina a profundidade de corte para um máximo de 0.5 mm.
• Rebarbação: Utilize sistemas de rebarbação rotativos ou vibratórios para remover lascas e imperfeições menores. 
• Perfuração de furos profundos: Se a profundidade de furo necessária for superior à metade do diâmetro da broca, escolha brocas modificadas com uma folga na borda de 30°.

Leia mais: Usinagem CNC de termoplásticos

Resumindo

Embora o Vespel apresente diversas vantagens e aplicações industriais, certamente não é um material fácil de usinar. Se necessário, siga as considerações relativas às ferramentas, ao avanço, ao pós-processamento e a outros aspectos durante os processos de usinagem para evitar possíveis problemas e defeitos. Além disso, existem muitos tipos de usinagem para Vespel, sendo essencial escolher o mais adequado às necessidades da sua aplicação. 

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Perguntas Frequentes

Quão difícil é Vespel?

O Vespel é considerado um polímero duro; a classe SP-1 oferece uma dureza de aproximadamente Rockwell E45–60.

O Vespel absorve água?

Sim, mas a uma taxa muito baixa. O Vespel é um material com baixa absorção de água, o que o torna compatível com condições de alta umidade. 

Por que Vespel é tão caro?

O custo do Vespel está associado ao seu processo de fabricação, que envolve química de pós complexa e sinterização em altas temperaturas.