Лучший пластик для механической обработки: руководство по выбору материала.

Лучший пластик для механической обработки

К лучшим пластмассам для механической обработки относятся АБС-пластик, нейлон, Vespel®, акрил, полиэтилен (ПЭ), полипропилен, поликарбонат, фенол и ПТФЭ (тефлон). Также стоит рассмотреть ацетал (ПОМ/Делрин), ПНД, полиэтилентерефталат (ПЭТ) и ПВХ (поливинилхлорид).

При выборе типа пластика для использования в ЧПУ обработка пластика В рамках проекта крайне важно знать пригодность и совместимость каждого варианта. В частности, пластик должен быть прост в изготовлении и соответствовать функциональным требованиям требуемой детали. 

К другим важным факторам относятся устойчивость к воздействию различных факторов – тепла, температуры, царапин и т. д. – и желаемая гладкость поверхности. Поскольку каждый из этих видов пластика обладает уникальными свойствами, производитель может выбрать тот, который соответствует конкретным требованиям. 

В этом руководстве рассматриваются основные пластмассы, используемые в станках с ЧПУ. В нем описаны основные характеристики, включая преимущества, ограничения, обрабатываемость и распространенные области применения. 

 

Ацеталь (ПОМ/Делрин)

Ацетал — один из наиболее обрабатываемых конструкционных пластиков. Ключевыми характеристиками, способствующими этому, являются относительно высокая теплопроводность, полукристаллическая структура и высокая стабильность размеров. Высокая теплопроводность означает, что зона резания пластика редко превышает точку термической деградации в процессе обработки. Стабильность размеров в значительной степени обеспечивается влагопоглощением материала, составляющим менее 0.25% за 24 часа. 

Деталь из делрина/ПОМ (ацетала)

Преимущества и недостатки обработки ацетала (ПОМ/Делрин).

Преимущества обработки ацетала (ПОМ/Делрин)	Недостатки обработки ацетала (ПОМ/Делрин)
Низкое влагопоглощение Высокая обрабатываемость  Электрическая изоляция Износостойкий и ударопрочный  Устойчивость к ползучести и воздействию химических веществ	Термочувствительность с максимальной рабочей температурой приблизительно 100 °C [1] воспламеняемость  Плохая реакция на клеи

Области применения 

Детали, изготовленные из ацетала методом механической обработки, широко используются в механических компонентах, таких как шестерни, ролики, пружины и корпуса. Из ацетала также изготавливаются шарнирные корпуса, датчики уровня топлива и системы дверных замков в автомобильной промышленности. 

 

Нейлон/полиамид (ПА) 

Нейлон/полиамид (ПА) появился в 1930-х годах после обширных исследований полиэфиров и полиамидов. Два распространенных сорта нейлона — это нейлон 6 и нейлон 6/6. Нейлон 6 обычно используется в высокопрочных изделиях, где требуется низкая плотность. Нейлон 6/6 часто используется в областях применения, требующих более высокой жесткости, прочности и износостойкости. Он, как правило, впитывает меньше влаги, чем нейлон 6. 

Нейлон (ПА)

За и против 

Плюсы	Минусы
Высокая усталостная устойчивость Высокая износостойкость Высокое соотношение прочности к массе	Чувствительный к влаге Инструмент засоряется, если его не охладить.

Области применения: Подшипники, шестерни, втулки, несущие кронштейны 

 

АБС-пластик (Акрилонитрил-бутадиен-стирол)

Обработка АБС-пластика проходит чисто даже на высоких скоростях. Износ инструмента минимален. Однако оператору следует учитывать склонность материала к размягчению при нагревании. Две основные стратегии решения этой проблемы — точный контроль подачи и охлаждение. 

Фрезерование на станке с ЧПУ АБС-пластика

За и против

Плюсы	Минусы
Бюджетный Легко обрабатывать Хорошая ударная вязкость	Ограниченная термостойкость (размягчается примерно при 80°C) [1] Может деформироваться при перегреве.  Плохая атмосферостойкость

Области примененияПрототипы, корпуса 

 

Поликарбонат (ПК):  

Поликарбонат входит в список лучших пластмасс для механической обработки, поскольку он обеспечивает непревзойденный баланс оптической прозрачности и ударопрочности. Обработка такого пластика требует контролируемой скорости и острого инструмента. Распространенной проблемой при механической обработке является плавление.

Обработка поликарбоната

За и против 

Плюсы	Минусы
Оптическая четкость  Сила удара  Некоторые марки обладают огнестойкими свойствами.	Растрескивание под напряжением при воздействии растворителей Может загустеть или расплавиться во время механической обработки.  Дороже, чем обработка акрила на станках с ЧПУ или обработка АБС-пластика на станках с ЧПУ.

Области примененияЭлектрические корпуса, линзы, защитные кожухи 

 

Акрил/поли(метилметакрилат) (ПММА)

Детали из акрила, обработанные на станке с ЧПУ

ПММА — один из наиболее оптически прозрачных и поддающихся механической обработке пластиков. Обработка этого материала требует острого инструмента и низкой скорости подачи, поскольку он легко трескается и скалывается. 

Плюсы и минусы ПММА

Преимущества ПММА	Недостатки ПММА
Отличная оптическая четкость  Более экономически выгоден, чем поликарбонат  Погода устойчивостью	Сколы/трещины  Хрупкость  Низкая термостойкость, максимальная температура составляет приблизительно 80 °C.1]

Области примененияЗащитные чехлы, вывески, витрины

 

HDPE (полиэтилен высокой плотности)

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) легко поддается механической обработке и обладает хорошей химической и влагостойкостью. Однако из-за своей относительно мягкой структуры он не рекомендуется для работы с жесткими допусками. Вместо этого его следует рассматривать для тяжелых условий эксплуатации. 

Преимущества и недостатки полиэтилена высокой плотности (HDPE) 

Преимущества полиэтилена высокой плотности (HDPE)	Недостатки полиэтилена высокой плотности (HDPE)
Хорошая ударопрочность  Малый вес  Химически и водостойкий	Мягкость поверхности Ограниченная размерная стабильность

Области примененияМорские запчасти, резервуары, емкости для химических веществ. 

Высокоточный обработанный полиэтилен высокой плотности (HDPE)

 

ПЭТ (полиэтилентерефталат)

ПЭТ — ещё один вид пластика, который легко поддаётся механической обработке. Кроме того, этот материал обладает низким влагопоглощением, хорошей химической стойкостью и стабильностью размеров. Некоторые марки ПЭТ можно использовать для контакта с пищевыми продуктами, если они соответствуют соответствующим требованиям FDA. 

Преимущества и недостатки деталей из ПЭТ, изготовленных механическим способом. 

Плюсы	Минусы
Хорошая сила  Низкое влагопоглощение Некоторые сорта соответствуют требованиям FDA.	Умеренная термостойкость  Можно пройти процедуру отбеливания под воздействием стресса.

Области применениямедицинские приборы, оборудование для пищевой промышленности  

 

Полипропилен (ПП / PP):

Несмотря на свою легкость (плотность 0.89–0.92 г/см³), полипропилен (ПП) обладает хорошей износостойкостью, ударопрочностью и химической стойкостью. Благодаря относительно хорошей термостойкости и электроизоляционным свойствам, ПП может использоваться в широком спектре общепромышленных применений. 

Преимущества и недостатки деталей, изготовленных из полипропилена методом механической обработки.

Плюсы	Минусы
Небольшой вес  Ударопрочность  Усталостная прочность  Отличная химическая стойкость	Низкая устойчивость к ошибкам Образование липких пленок и деформация в процессе обработки Низкая жесткость

Области применения: Гибкие шарниры, химические резервуары, лабораторное оборудование 

 

Фенольный пластик

Фенольный пластик, часто ассоциируемый с бакелитом, представляет собой твердый и хрупкий материал. Этот термореактивный пластик склонен к образованию коротких фрагментов стружки, сопровождаемых мелкой пылью, в процессе обработки. Следует отметить, что особенности образования стружки могут варьироваться в зависимости от марки фенольного пластика, условий обработки и структуры ламината. Фенольные смолы обладают превосходной термической стабильностью и электроизоляционными свойствами. Как и ожидалось, при обработке фенольными смолами режущие инструменты изнашиваются быстро. 

Фенольные детали

Преимущества и недостатки деталей, изготовленных из фенольного пластика методом механической обработки.

Плюсы	Минусы
Стабильность размеров даже при нагревании. Превосходная электрическая изоляция  Хорошая износостойкость	Абразивный материал – ускоряет износ инструмента.  ломкий

Области применения:  фенольная обработка Идеально подходит для изоляции прокладок, кулачков, шестерен, втулок и шайб.

 

ПВХ Пластиковые

Детали из ПВХ-пластика, изготовленные механическим способом, отличаются прочностью и химической стойкостью. При профессиональном изготовлении эти детали находят применение в самых разных отраслях, включая сантехнику и системы подачи химических веществ. 

Преимущества и недостатки деталей из ПВХ, изготовленных механическим способом. 

Плюсы	Минусы
Коррозионная и химическая стойкость  Самозатухающий  Легко обрабатывать	ломкий  Плохая термостойкость Ограниченная грузоподъемность

Области примененияСантехническая арматура, вентили 

 

Vespel® (полиимид компании DuPont)

Несмотря на сложность механической обработки, Vespel® позволяет производить детали с жесткими допусками, термостойкостью и долговечностью. Этот неармированный полиимид имеет температуру стеклования (Tg) приблизительно 249°C.2Благодаря этому данный пластик является одним из лучших для обработки в ответственных областях применения. 

обработанные детали Vespel

Плюсы и минусы Обработка Vespel части

Плюсы	Минусы
Высокая фрикционная и износостойкость. Превосходная термическая стабильность  Хорошая химическая стойкость  Изотропные характеристики обработки Высокая стабильность размеров	Производство сложных материалов – спекание под высоким давлением  Обрабатываемость зависит от марки стали.

Области применения: Оборонительное и космическое оборудование 

 

Полистирол (ПС)

Полистирол (PS) обладает превосходной оптической прозрачностью и высокой жесткостью. Его жесткость может быть повышена за счет использования каучука – ударопрочного полистирола (HIPS). Этот экономичный термопластик сочетает в себе эти свойства с хорошей стабильностью размеров и доступностью в различных формах для складского хранения.

Преимущества и недостатки деталей из полистирола, изготовленных механическим способом. 

Плюсы	Минусы
Хорошая стабильность размеров  Хорошая обрабатываемость  Естественная жесткость  Бюджетный	ломкий  Плохая термостойкость  Ограниченная химическая стойкость и износостойкость

Области применения: Материал полистирол Редко используется в станках с ЧПУ; идеально подходит для литья под давлением. 

При выборе лучшего пластика для механической обработки из этого списка помните, что полистирол (PS) включен для полноты картины. Команды по закупкам, впервые работающие с пластиками, могут указать его из-за широкой доступности, не зная, что его плохие тепловые характеристики и высокая хрупкость создают серьезные проблемы при механической обработке.

Сводная таблица выбора лучшего пластика для механической обработки.

Ниже представлена ​​таблица выбора материалов с указанием основных инженерных требований.

пластик	Размерная стабильность	Износостойкость	Химическая стойкость	Machinability	Тепловое сопротивление	Относительная стоимость
Ацеталь (ПОМ/Делрин)	Высокий	Высокий	Высокий	Прекрасно	Средняя	Низкий
Нейлон (ПА)	Средняя	Высокий	Хорошо противостоит топливу и маслам; плохо противостоит кислотам.	Хорошо	Умеренная температура – ​​для предотвращения образования камеди необходимо охлаждение.	От низкого до среднего
ABS	Низкий	Средняя	Плохая атмосферостойкость	Прекрасно	Низкий	Низкий
Поликарбонат (PC)	Средняя	Хорошо	Не очень	Средняя	Умеренная – прилипание, плавление	От среднего до высокого
Акрил (ПММА)	Средняя	Низкий	Погода устойчивостью	Средняя	Низкая скорость подачи и острая обработка.	Средняя
ПНД (HDPE),	Низкий	Хорошо	Хорошо	Хорошо, допуски не слишком жесткие.	От низкого до среднего	Низкий
ПЭТ (PET)	Хорошо	Хорошо	Хорошо	Хорошо		Средняя
Полипропилен (ПП / PP):	Низкий	Высокий	Прекрасно	Умеренное – деформация и склеивание		Низкий
фенольный	Высокий	Хорошо	Хорошо противостоит маслам и растворителям.	Не очень		Средняя
ПВХ	Средняя	Средняя	Хорошо	Хорошо		Низкий
Vespel®	Высокий	Высокий	Устойчив к большинству видов топлива и растворителей.	Уровень сложности: от низкого до среднего и сложного, зависит от оценки.		Высокий
Полистирол (ПС)	Хорошо	Низкий	Не очень	Хороший, но не обрабатывается регулярно.	Низкий	Низкий

Технологические процессы обработки пластмасс 

При выборе подходящего из представленных пластиков для вашего проекта по механической обработке, обратите внимание на распространенные процессы обработки: токарная обработка, расточка, сверление, фрезерование, нарезание резьбы и развертывание. 

Токарная и расточная обработка пластмасс

Эти токарные операции обрабатывают внутренние диаметры и позволяют изготавливать цилиндрические детали. Токарная обработка использует неподвижный одноточечный инструмент на вращающейся заготовке для изготовления втулок и валов. Расточка точно расширяет существующие отверстия. Чтобы пластик выдерживал такие операции, он должен обладать высокой стабильностью размеров – силы резания могут быть слишком велики. Ацетал и ПТФЭ относятся к числу пластиков с наилучшей стабильностью размеров. Метод удаления стружки должен быть достаточно быстрым и эффективным, чтобы предотвратить плавление. При настройке скорости вращения шпинделя также следует учитывать термостойкость пластика. 

Сверление пластика 

Сверление пластика позволяет получить прямые круглые отверстия в материале. Накопление тепла от трения в пластике может привести к расплавлению и деформации краев отверстий в АБС-пластике, полистироле и других пластмассах, если скорость сверления не контролируется должным образом. Наилучшей практикой является использование сверления с прерывистым движением режущей кромки, что улучшает удаление стружки и отвод тепла. Непрерывное сверление не представляет сложности для ПЭТ и других пластмасс с более высокими температурами плавления. 

Фрезерование пластика 

Фрезерование — это процесс, при котором вращающаяся многоточечная фреза используется для создания углублений, трехмерных геометрических форм и плоских поверхностей на пластике. Это очень универсальный процесс, применимый как к твердым, так и к мягким пластикам. Для конкретного вида пластика важна стратегия фрезерования. Например, для вязких пластиков, таких как полиэтилен высокой плотности (HDPE), требуются острые инструменты и более высокие скорости резки, чтобы предотвратить размазывание материала и улучшить качество поверхности. 

Пластиковый стук 

Нарезание резьбы — это процесс создания внутренней резьбы в предварительно просверленном отверстии. Этот метод широко используется для пластмасс с высокой стабильностью размеров, включая ацетал и фенол. Поскольку более мягкие пластмассы склонны к деформации и срыву резьбы, вместо них используются металлические вставки. 

Резьбовая металлическая вставка в пластике

Пластиковая рассверливающая решетка 

Развертывание помогает добиться точного конечного диаметра просверленного отверстия – путем расширения и сглаживания. Это необходимо при изготовлении втулок и опор подшипников, особенно в деталях из ацетала, где предсказуемые диаметры отверстий имеют важное значение в узлах. 

Каждый из этих процессов предъявляет свои особые механические и термические требования. Для обеспечения оптимальной производительности обрабатываемых деталей к каждому виду пластика следует подобрать подходящий процесс механической обработки. 

При составлении плана обработки убедитесь, что свойства пластика соответствуют параметрам процесса. Например, термочувствительность материала должна определять скорость подачи, скорость резания и скорость охлаждения.

Заключение 

Лучшие пластмассы для механической обработки обладают необходимыми свойствами, такими как обрабатываемость, термическая стабильность, механические характеристики и другие параметры, в зависимости от реальных требований. От безупречной точности ацетала, обеспечивающей жесткие допуски, до непревзойденной ударопрочности поликарбоната — каждая из этих пластмасс обладает уникальными свойствами, подходящими для промышленного применения. Для менеджеров по закупкам, ищущих надежных партнеров-производителей, и инженеров, ускоряющих разработку спецификаций на пластмассовые материалы, существуют нюансы, которые может понять только опытная компания по переработке пластмасс. 

Ваша пластиковая деталь должна быть обработана правильно с первого раза. Для безупречного перехода от проектирования к производству пластиковых деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, поделитесь своими чертежами с инженерной командой Boda. Вы также можете ознакомиться с нашим услуги по обработке пластика Для получения более подробной информации о высокоточной механической обработке различных типов пластмасс.  

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Какой пластик лучше всего подходит для механической обработки?

Выбор оптимального пластика для механической обработки зависит от требований к применению, таких как прочность на растяжение, термостойкость, химическая стойкость, ударная прочность и другие параметры. Каждый пластик обладает своими уникальными свойствами; универсального решения не существует. 

Ресурсы 

[1]https://ideambox.com/assets/downloads/engineering-materials-datasheet.pdf

[2]https://www.materialdatacenter.com/ms/en/tradenames/Vespel/DuPont/VESPEL%C2%AE+TP-8311/7e482917/835