Обработка на станках с ЧПУ в регионе PEI: марки материалов, процессы и особенности.

Обработка на станках с ЧПУ PEI

Обработка PEI на станках с ЧПУ позволяет превратить необработанные прутки, заготовки или пластины из PEI в функциональные компоненты с помощью резки, фрезерования, токарной обработки, сверления и других подходящих операций, используя CAD-модель и программу ЧПУ. При обработке PEI используются острые твердосплавные инструменты, а скорость и подача зависят от типа операции. 

Компоненты, изготовленные на станках с ЧПУ из полиэтиленимина (PEI). Обладают термостойкостью, электроизоляцией, химической стабильностью, высокой механической прочностью, жесткостью и стабильностью размеров. Однако при механической обработке не всегда предпочтительны из-за высокой стоимости материала, хрупкости и сложности обработки. 

PEI 1000 — это неармированный материал, используемый в станках с ЧПУ общего назначения. Однако существуют специальные марки PEI, предназначенные для конкретных видов обработки, такие как PEI GF20, PEI GF30 / ULTEM 2300 и PEI медицинского класса. 

Основные выводы

➤ Для механической обработки доступны различные марки полиэтиленимина (PEI): PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 и ULTEM 4000. 

➤ PEI 1000/1010 используется для общей механической обработки; марки, армированные стекловолокном, используются для деталей, требующих жесткости и стабильности размеров; а ULTEM 4000 используется для деталей с низким коэффициентом трения. 

➤ Полиэтиленимин (PEI) более хрупкий, чем обычные термопласты, поэтому основными проблемами являются рассеивание тепла, сколы по краям, растрескивание под напряжением и накопление тепла. 

➤ Во избежание поломок при обработке PEI используйте острый твердосплавный инструмент, оптимальную подачу и скорость, а также обеспечьте надлежащий поток охлаждающей жидкости.

➤ Если вы хотите заказать детали из полиэтиленимина (PEI) с индивидуальной обработкой, укажите марку полимера, уровень армирования, цвет и соответствующие сертификаты (UL94, FAR 25.853, ISO 10993, FDA (контакт с пищевыми продуктами)).

 

Что такое пластик PEI?

Полиэтиленимин (PEI) относится к высокотехнологичным конструкционным пластикам, ценящимся в производстве за свои превосходные механические, термические и электрические свойства. Он также известен как Ultem, доминирующий коммерческий бренд полимера PEI, производимого компанией сабик®Для обработки на станках с ЧПУ доступны как прозрачные, так и непрозрачные формы Ultem. Другие коммерчески доступные полиэтиленимины (PEI) — это TECAPEI™, SUSTAPEI™ и TEMPALUX®.

Химическая структура полиэтиленимина (PEI):

Структура полиэтеримида (PEI)

Химическая структура полиэтиленимина (ПЭИ) содержит три основных компонента: имидные группы (>C=O), эфирные связи и ароматические кольца. Чередующиеся ароматические кольца связаны эфирной и циклической амидной группами. При этом общая химическая формула для повторяющихся цепей выглядит следующим образом: C₃₇ H₂₄ О₆ Н₂. 

 

Каковы свойства полиэтиленимина (PEI)?

ПЭИ-пластиковые материалы

Основные свойства полиэтилениминов (PEI) — это превосходная механическая прочность, жесткость, химическая стабильность, термостойкость, высокая диэлектрическая прочность, устойчивость к растрескиванию под напряжением, огнестойкость и стабильность размеров. Именно поэтому они считаются частью семейства высокоэффективных конструкционных термопластов и используются в суровых условиях. 

Давайте разберем свойства пластика PEI. 

Механическая прочность

Полиэтиленимин (PEI) — это высокопрочный пластик, обладающий превосходными свойствами сопротивления изгибу и ударопрочности. Согласно данным... ASTM D 638Ненаполненный полиэтиленимин (PEI) имеет предел прочности на растяжение 120 МПа (17 500 PSI). 

Твердость

PEI — это прочный и твердый пластик. Он устойчив к износу, истиранию и царапинам. 

Небольшой вес 

Благодаря высокой прочности и малому весу полиэтиленимида (PEI), производители станков с ЧПУ часто используют его в качестве замены металла. Однако, не содержащие наполнителя марки все же обладают более низким соотношением прочности к весу, чем алюминиевые сплавы.

Термостойкость

Полиэтиленимин (PEI) имеет температуру стеклования 217 °C, и компоненты из PEI, изготовленные на станках с ЧПУ, могут выдерживать циклические термические нагрузки до 200 °C. Он сохраняет свои свойства и размеры даже при длительном воздействии повышенных температур на детали.

Электрическая изоляция

Полиэтиленимин (PEI) обладает высокой диэлектрической прочностью. 33 КВ/ммОн способен выдерживать воздействие высоковольтного электрического тока и является хорошим выбором для изоляционных работ. 

Сопротивление пламени

Он обладает присущими ему огнестойкими свойствами и выделяет минимальное количество паров, дыма и газов.

Химическая стабильность

Пластмассы на основе полиэтиленимина (PEI) обладают высокой устойчивостью к кислотам, щелочам, маслам и некоторым органическим растворителям.

Стабильность размеров

Детали из полиэтиленимида (PEI) сохраняют свою геометрию, размеры и характеристики с течением времени, даже под воздействием тепла и нагрузок.

Формуемость/Технологичность

Сырье из полиэтиленимина (PEI) может быть преобразовано в функциональные детали с помощью станков с ЧПУ, экструзии, литья под давлением, выдувного формования и термоформования.

Таблица свойств пластика PEI 

Рассмотрим числовые значения различных свойств полиэтиленимина (без наполнителя) в таблице ниже [1][2][3].

Свойства	Ед.	~Ценность	Метод/условие испытания
Температура стеклования*	° C	220	стандартами качества ISO 3156
Плотность	г / см	1.27-1.28	ISO 1183 / ASTM D792
Прочность на разрыв	МПа	114–121 МПа	ISO 527 / ASTM D638
прочность на сжатие	МПа	152 МПа	ASTM D695; деформация 10%.
Предел прочности при изгибе	МПа	138 МПа	ASTM D790
Твердость по Роквеллу	Rockwell	М112 / Р125	ASTM D785
Относительное удлинение при разрыве	%	40-80	ISO 527 / ASTM D638
Коэффициент теплового расширения (КТР)	мкм/м·°С	56 × 10⁻⁶ /°С	АСТМ Д696/ИСО 11359
Диэлектрическая прочность	кВ / мм	33	ASTM D149; кратковременное воздействие, толщина 1/8 дюйма.
Диэлектрическая постоянная	-	3.15	ASTM D150 при 1 кГц*

 

Марки материала PEI, используемые в станках с ЧПУ. 

PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 и UlTEM 4000 — основные марки полиэтиленимида (PEI), используемые в станках с ЧПУ. Некоторые из них являются композитными наполнителями и обеспечивают улучшенные свойства по сравнению с ненаполненными марками.

PEI 1000 (ULTEM 1000)

Это неармированный полимер PEI, используемый для высокоточной обработки, электротехнической изоляции и высокотемпературных деталей. По сравнению с другими марками, полимеры PEI 1000 обладают меньшей абразивностью и могут обрабатываться инструментами из быстрорежущей стали/твердого сплава.  

Примеры применения: Детали для автомобилей средней грузоподъемности и салона, медицинские стерилизуемые лотки, изоляторы для радиочастотных/микроволновых цепей и компоненты для пищевой промышленности.

PEI 1010 (ULTEM 1010)

Это также неармированный полиэтиленимид (PEI), что отличает его от PEI 1000, поскольку PEI 1010 разработан для более высокой текучести расплава. Поэтому он больше подходит для формования тонкостенных компонентов. В остальном механические, электрические и термические свойства практически одинаковы.

Примеры применения: Области применения в механической обработке аналогичны PEI 1000.

PEI GF 20 (ULTEM 2200)

Полиэтиленимин (PEI) с 20% содержанием стекловолокна (серия ULTEM 2200) повышает жесткость материала, стабильность размеров и модуль упругости при изгибе. Он также устойчив к деформации. Однако для обработки материалов, содержащих стекловолокно, необходимы инструменты с алмазным покрытием и более низкими скоростями резания. 

Примеры применения: Легкие кронштейны, промышленные позиционирующие блоки и корпуса для приборов.  

PEI GF 30 (ULTEM 2300)

Пластмассы PEI с 30% содержанием стекловолокна дополнительно улучшают жесткость, стабильность размеров и химическую инертность, одновременно снижая относительное удлинение при разрыве. Они выбираются для конструкционных компонентов в аэрокосмической отрасли, при обработке полупроводников и в промышленном производстве. Обработка PEI GF 30 представляет собой более сложную задачу, и основным компромиссом является быстрый износ инструмента.

Примеры применения: Кронштейны и приспособления для авиационной промышленности, электрические изоляторы, приспособления для автомобильной сборки, зажимные патроны для полупроводникового оборудования, а также механические инструментальные плиты. 

УЛЬТЕМ 4000

ULTEM 4000 состоит из Стекловолокно, ПТФЭ и полиэтиленимин, наполненный графитом.Он разработан для износостойких и низкофрикционных применений. Несмотря на относительно более высокую стоимость по сравнению с другими марками, он обладает гидролитической стабильностью, стабильностью размеров и высокой прочностью в широком диапазоне температур.

Примеры применения: Скользящие компоненты, детали робототехники, направляющие рельсы, механические кулачки и ролики, подшипники, втулки и шестерни. 

 

Технологии обработки на станках с ЧПУ на острове Принс-Эдвард: фрезерование, токарная обработка, сверление, расточка, нарезание резьбы. 

Материалы PEI могут обрабатываться с помощью фрезерования, токарной обработки, сверления, расточки, нарезания резьбы и других видов механической обработки на станках с ЧПУ, в зависимости от желаемой формы и характеристик. Поскольку это жесткий пластик, скорость резания, подача и инструмент должны выбираться в зависимости от свойств заготовки из PEI.

Фрезерование на станках с ЧПУ PEI

Деталь из полиэтиленимина, изготовленная на станке с ЧПУ. 

Фрезерование используется для создания сложных контуров, профилей, пазов, углублений и других трехмерных элементов. В цехах с ЧПУ для обработки заготовок из PEI-пленки предпочитают попутное фрезерование.

• оснастка: Инструмент с твердосплавным или алмазным покрытием, 2-4 канавки и положительный угол заточки 10-20°.
• Скорость и подача: Скорость вращения 0-400 м/мин (примерно на 20% ниже для марок стали с добавлением стекловолокна) и подача 0.05-0.15 мм/зуб.

Токарная обработка на станках с ЧПУ на острове Принс-Эдвард

Токарная обработка на станках с ЧПУ на острове Принс-Эдвард

Обработка материалов PEI на токарном станке или токарном центре осуществляется с помощью токарных станков или обрабатывающих центров. Она используется для придания формы цилиндрическим формам, таким как валы, втулки и стержни.

• оснастка: Инструменты из твердого сплава/поликристаллического алмаза с положительным передним углом 5-10° и углом зазора 8-12°.
• Скорость и подача: 150-300 м/мин и 0.1-0.3 мм/об

Сверление на станках с ЧПУ PEI 

Для создания отверстий в материалах PEI рекомендуется использовать прерывистое сверление. Без предварительной сверлильной обработки можно получить отверстия глубиной в 3 раза превышающей диаметр отверстия (3 x D), используя непрерывный метод сверления перед прерывистым сверлением. 

• оснастка: Острые кобальтово-карбидные спиральные сверла с полированными канавками. 
• Скорость и подача: 80-150 м/мин и 0.05-0.15 мм/об 

Станки с ЧПУ PEI для расточной обработки 

Расточка используется для расширения и чистовой обработки предварительно просверленных отверстий в заготовках из полиэтиленимина (PEI), обеспечивая точный диаметр, округлость и качество поверхности.

• оснастка:  Жесткие одноточечные твердосплавные расточные оправки
• Скорость и подача: 150-300 м/мин и легкая подача с более медленными чистовыми проходами.

Резьбонарезной станок PEI с ЧПУ 

винт PEI 

Для нарезания наружной резьбы на цилиндрических заготовках из полиэтиленимида (PEI) используется одноточечный инструмент, тогда как для нарезания внутренней резьбы подходит нарезание резьбы метчиком.

• оснастка: Одноточечная твердосплавная пластина для нарезания резьбы на токарном станке
• Скорость и подача: Это зависит от шага резьбы.

Особенности обработки на станках с ЧПУ в регионе PEI 

Материал PEI является аморфным и более жестким, чем обычные термопласты, поэтому при механической обработке необходимо учитывать дополнительные факторы, такие как накопление тепла, сколы кромок, растрескивание под напряжением и эффективное удаление стружки. 

Производство тепла

Полиэтиленимин (PEI) обладает высокой термостойкостью и абразивными свойствами. Из-за низкой теплопроводности PEI и трения инструмента о заготовку тепло, выделяемое при обработке, плохо рассеивается. Это может привести к расплавлению материала, увеличению внутренних напряжений и ухудшению стабильности размеров. 

До незаполненный PEIТепло генерируется в результате сдвига материала и пластической деформации, что приводит к умеренным, но сильно локализованным тепловым нагрузкам в зоне резания. Из-за относительно низкой теплопроводности PEI большая часть этого тепла остается сконцентрированной вблизи обработанной поверхности. В отличие от этого, стеклонаполненный PEI Из-за абразивного стекловолокна и повышенного трения выделяется значительно больше тепла, но при этом значительное количество тепла также передается режущему инструменту. 

Решение:

• Используйте острые инструменты 
• Обеспечьте необходимый поток охлаждающей жидкости на водной основе или сжатого воздуха в зону обработки.
• Учитывайте наличие достаточного пространства для надлежащего потока охлаждающей жидкости в тонкостенных или других чувствительных элементах. 

Сколы кромок

PEI — хрупкий, жесткий пластик, поэтому он склонен к сколам по краям, особенно при обработке острых углов, тонких кромок и небольших отверстий. 

Решение:

• При проектировании деталей из материала Ultem, изготовленных методом механической обработки, следует учитывать радиусы скругления углов.
• Избегайте агрессивной резки и высоких скоростей подачи.
• Избегайте резких переходов 

Растрескивание под напряжением 

Жесткость, хрупкость и избыточный нагрев могут приводить к возникновению внутренних остаточных напряжений в процессе обработки заготовок из полиэтиленимина (PEI), вызывая образование трещин. 

Решение:

• Перед механической обработкой проведите процесс отжига для снятия напряжений. 
• Нанесите охлаждающую жидкость и смазку. 

Управление чипом 

При использовании PEI образуются длинные, непрерывные, нитевидные стружки при более низкой скорости подачи. Это может привести к наматыванию стружки и локальному нагреву. 

Решение:

• Учитывайте геометрию инструмента и параметры обработки.
• Часто подавайте охлаждающую жидкость или используйте вакуумное отсасывание. 
• Используйте метод попутного фрезерования и прерывистое сверление (при создании отверстий).

 

Каковы области применения обработки PEI на станках с ЧПУ?

Применение обработки PEI

Детали, изготовленные методом механической обработки с использованием PEI или Ultem, применяются в различных отраслях промышленности, требующих высокой термостойкости, механических характеристик, химической стабильности, диэлектрической прочности и стабильности размеров. 

Рассмотрим области применения обработки PEI в автомобильная, аэрокосмическая, медицинская, электронная и промышленная техника промышленности.

• Автомобили: Системы охлаждения электромобилей, компоненты под капотом, накладки на зеркала, детали светодиодных модулей, клапаны и фитинги топливной системы, корпуса ЭБУ, элементы внутренней отделки, крепежные элементы.
• Aerospace: FAR 25.853 FST Изготовлены на заказ компоненты интерьера самолета, воздуховоды, компоненты блоков питания, корпуса приборов и элементы сидений.
• Медицина: Корпуса диагностического оборудования, рукоятки хирургических инструментов, коллекторы для подачи жидкости,
  Корпуса внутриротовых сканеров, компоненты эндоскопов и стерилизационные лотки.
• Электроника: Корпуса разъемов, изоляторы, компоненты дисплейных устройств, держатели печатных плат, фильтрующие блоки для антенн 5G/RF и держатели полупроводниковых пластин. 
• Промышленное оборудование: Седла клапанов, направляющие рейки, позиционирующие кольца, приспособления и шаблоны, несущие конструкции для подвижных частей машин, компоненты для химической промышленности, промышленные подшипники и втулки, корпуса насосов.

 

Отличается ли обработка PEI на станках с ЧПУ от использования PEI в качестве материала для 3D-печати?

Оба материала являются полиэтеримидами, но разница между «PEI для ЧПУ и PEI для 3D-печати» заключается в способе их производства. Материалы PEI, используемые в механической обработке, изготавливаются из твердого, контролируемого по напряжению материала PEI и доступны в виде пластин, листов, стержней или блоков. С другой стороны, материалы PEI для 3D-печати создаются с помощью аддитивных процессов и доступны в виде филаментов.

Метод послойного наплавления (FDM) подходит для печати деталей и прототипов из полиэтиленимида (PEI). Примерами 3D-печати из PEI являются прототипы впускных коллекторов для автомобильной промышленности, корпуса датчиков и роботизированные манипуляторы (EOAT). 

 

Детали из полиэтиленимина, обработанные на станках с ЧПУ: взгляд с точки зрения закупок. 

Если вы хотите заказать детали или прототипы из полиэтиленимина (PEI), изготовленные на станках с ЧПУ по вашему CAD-проекту, простого указания «пластиковый материал PEI» в запросе предложений недостаточно для получения точной информации. Необходимо указать марку полимера, армирующий материал, цвет и соответствующие технические характеристики.

Для критически важных компонентов целесообразно указать необходимые сертификаты на материалы, отслеживаемость поставщиков и соответствующие данные испытаний. К числу применимых сертификатов для специализированной обработки деталей из полиэтиленимида (PEI) на станках с ЧПУ относятся UL94, FAR 25.853, ISO 10993, а также требования FDA/для материалов, контактирующих с пищевыми продуктами.

Какие варианты обработки поверхности доступны для деталей, изготовленных из материала Ultem? 

После механической обработки шероховатость поверхности может достигать 3.2 мкм; однако она сильно зависит от марки полиэтиленимида (PEI), инструмента и параметров резки. Помимо механической обработки, детали из Ultem могут быть дополнительно обработаны пескоструйной обработкой, галтовкой, полировкой паром и нанесением клея. 

• Бисероструйная обработка: Обеспечивает однородную поверхность (матовую/сатиновую текстуру) и подходит для косметических целей. 
• Полировка паром: Подходит для герметизирующих поверхностей, оптических окон и полупроводниковых применений. Поверхность, отполированная методом парофазной полировки, может обеспечить шероховатость Ra от 1.6 до 0.4 мкм.
• Акробатика: В процессе галтовки обработанные детали из материала Ultem подвергаются воздействию абразивных материалов внутри вращающейся и вибрирующей камеры, что обеспечивает гладкую поверхность. 
• Клейкая живопись: В частности, для придания эстетичного вида, нанесения фирменной символики и защиты от ультрафиолетового излучения, обработанные детали из Ultem можно окрашивать методом распыления или погружения.

Нужны детали и прототипы, изготовленные методом PEI-обработки? Пришлите нам свой проект. 

Как мы уже обсуждали, прецизионная обработка полиэтиленимина (PEI) требует глубокого понимания свойств материала и ряда важных аспектов, которые могут быть учтены только благодаря инженерным знаниям и опыту работы в отрасли. Компания Boda имеет более чем 10-летний опыт работы в области обработки пластмасс и собственный цех с ЧПУ-оборудованием, оснащенным многоосевыми (3, 5 и более) станками с ЧПУ. 

Наши Услуги по механической обработке PEI Это включает в себя все этапы, от анализа технологичности производства и обработки до постобработки. Мы можем предоставить прототипы, готовые к использованию и сборке компоненты на основе вашего CAD-проекта.