CNC-bewerking op PEI: materiaalsoorten, processen en aandachtspunten

PEI CNC-bewerking

PEI CNC-bewerking zet ruwe PEI-staven, -profielen of -platen om in functionele componenten door middel van snijden, frezen, draaien, boren en andere geschikte bewerkingen met behulp van een CAD-model en CNC-programma. Bij de bewerking van PEI wordt gebruikgemaakt van scherpe hardmetalen gereedschappen en een snelheid/voeding die is afgestemd op het type bewerking. 

De PEI CNC-bewerkingscomponenten Het materiaal biedt thermische weerstand, elektrische isolatie, chemische stabiliteit, hoge mechanische sterkte, stijfheid en dimensionale stabiliteit. Het is echter niet altijd de voorkeursmateriaal bij bewerkingen vanwege de hoge materiaalkosten, brosheid en bewerkingsmoeilijkheden. 

PEI 1000 is het ongevulde materiaal dat algemeen gebruikt wordt in CNC-bewerkingen. Er bestaan ​​echter specifieke PEI-kwaliteiten voor bepaalde bewerkingstoepassingen, zoals PEI GF20, PEI GF30 / ULTEM 2300 en PEI van medische kwaliteit. 

Key Takeaways

➤ Er zijn verschillende PEI-kwaliteiten beschikbaar voor bewerking: PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 en ULTEM 4000. 

➤ PEI 1000/1010 wordt gebruikt voor algemene bewerkingen; glasvezelversterkte legeringen worden gebruikt voor onderdelen die stijfheid en vormvastheid vereisen; en ULTEM 4000 wordt gebruikt voor wrijvingsarme onderdelen. 

➤ PEI is brozer dan gewone thermoplasten, waardoor warmteafvoer, afbrokkeling van de randen, spanningsscheuren en warmteophoping uitdagingen vormen. 

➤ Om bewerkingsfouten bij PEI te voorkomen, gebruik scherpe hardmetalen gereedschappen, optimale voeding en snelheid, en zorg voor een goede koelvloeistofstroom.

➤ Als u op zoek bent naar op maat gemaakte PEI-onderdelen, geef dan de polymeerkwaliteit, het versterkingsniveau, de kleur en de van toepassing zijnde certificeringen (UL94, FAR 25.853, ISO 10993, FDA-certificering voor contact met levensmiddelen) op.

Wat is PEI-kunststof?

PEI behoort tot de supertechnische kunststoffen en wordt in de industrie gewaardeerd om zijn uitstekende mechanische, thermische en elektrische eigenschappen. Het is ook bekend als Ultem, een dominant commercieel merk van PEI-polymeer geproduceerd door Sabic®Zowel transparante als ondoorzichtige varianten van Ultem zijn beschikbaar voor CNC-bewerking. Andere commerciële PEI's zijn TECAPEI™, SUSTAPEI™ en TEMPALUX®.

Chemische structuur van PEI-plastic:

Polyetherimide (PEI) structuur

De chemische structuur van PEI bevat drie belangrijke componenten: imidegroepen (>C=O), etherbindingen en aromatische ringen. De afwisselende aromatische ringen zijn verbonden door een ether en een cyclische amidegroep. De algemene chemische formule voor herhalende ketens is C₃₇ H₂₄ O₆ N₂. 

Wat zijn de eigenschappen van PEI-kunststoffen?

PEI-kunststofmaterialen

Uitstekende mechanische sterkte, stijfheid, chemische stabiliteit, thermische weerstand, superieure diëlektrische sterkte, weerstand tegen spanningsscheuren, brandvertragendheid en dimensionale stabiliteit zijn de belangrijkste eigenschappen van PEI-kunststoffen. Daarom worden ze beschouwd als onderdeel van de familie van hoogwaardige technische thermoplasten en worden ze gebruikt in zware omstandigheden. 

Laten we de eigenschappen van PEI-plastic eens nader bekijken. 

Mechanische sterkte

PEI is een zeer sterk plastic met uitstekende buig- en slagvastheidseigenschappen. Volgens ASTM D 638Ongevuld PEI heeft een treksterkte van 120 MPa (17,500 PSI). 

Hardheid

PEI is een sterk en hard plastic. Het is bestand tegen slijtage, schuren en krassen. 

Lichtgewicht 

Vanwege de hoge sterkte en het lichte gewicht wordt PEI door CNC-fabrikanten vaak gebruikt als metaalvervanger. Ongevulde varianten hebben echter nog steeds een lagere sterkte-gewichtsverhouding dan aluminiumlegeringen.

Hittebestendigheid

PEI heeft een glasovergangstemperatuur van 217 °C en CNC-gefreesde PEI-onderdelen kunnen cyclische thermische belastingen tot 200 °C weerstaan. Het materiaal behoudt zijn eigenschappen en afmetingen, zelfs wanneer de onderdelen gedurende lange tijd aan hoge temperaturen worden blootgesteld.

Elektrische isolatie

PEI heeft een hoge diëlektrische sterkte ( 33 kV/mmHet is bestand tegen elektrische schokken met hoge spanning en is een goede materiaalkeuze voor isolatiedoeleinden. 

Vlamweerstand

Het heeft van nature vlamvertragende eigenschappen en produceert minimale dampen, met minimale rook of gassen.

Chemische stabiliteit

PEI-kunststoffen vertonen een hoge weerstand tegen zuren, basen, oliën en bepaalde organische oplosmiddelen.

Dimensiestabiliteit

De PEI-kunststofonderdelen behouden hun geometrie, afmetingen en eigenschappen in de loop der tijd, zelfs onder hitte en spanning.

Vormbaarheid/Verwerkbaarheid

Ruwe PEI-kunststofmaterialen kunnen door middel van CNC-bewerking, extrusie, spuitgieten, blaasvormen en thermovormen tot functionele onderdelen worden gevormd.

PEI-plastic eigenschappentabel 

Laten we de numerieke waarden van verschillende eigenschappen van PEI-plastic (ongevuld) in de onderstaande tabel bekijken [1][2][3].

PEI-materiaalsoorten die worden gebruikt bij CNC-bewerking 

PEI 1000, PEI 1010, PEI GF 20, PEI GF 30 en UlTEM 4000 zijn de belangrijkste PEI-kwaliteiten die worden gebruikt bij CNC-bewerking. Sommige hiervan zijn met composieten gevulde kwaliteiten en bieden verbeterde eigenschappen in vergelijking met ongevulde kwaliteiten.

PEI 1000 (ULTEM 1000)

Het is een ongevuld PEI-polymeer dat wordt gebruikt voor algemene precisiebewerking, elektrische isolatie en onderdelen die bestand zijn tegen hoge temperaturen. Relatief gezien hebben PEI 1000-kwaliteiten een lagere slijtagegevoeligheid en kunnen ze worden bewerkt met HSS/hardmetalen gereedschap.  

Application Voorbeelden: Middelzware en zware auto-onderdelen, steriliseerbare trays voor medisch gebruik, isolatoren voor RF/microgolfcircuits en componenten voor voedselverwerking.

PEI 1010 (ULTEM 1010)

Het is tevens een ongevulde PEI-kwaliteit, wat het onderscheidt van PEI 1000 doordat PEI 1010 is samengesteld voor een hogere smeltvloei. Daardoor is het geschikter voor het spuitgieten van dunwandige componenten. Voor het overige zijn de mechanische, elektrische en thermische eigenschappen vrijwel hetzelfde.

Application Voorbeelden: De bewerkingsmogelijkheden zijn vergelijkbaar met die van PEI 1000.

PEI GF 20 (ULTEM 2200)

PEI-legeringen met 20% glasvezelversterking (ULTEM 2200-serie) verhogen de stijfheid, dimensionale stabiliteit en buigmodulus van het materiaal. Ze zijn ook beter bestand tegen kromtrekken. Voor het bewerken van glasvezelversterkte legeringen zijn echter diamantgecoate gereedschappen met lagere snijsnelheden nodig. 

Application Voorbeelden: Lichtgewicht beugels, industriële positioneringsblokken en instrumentbehuizingen.  

PEI GF 30 ( ULTEM 2300 )

PEI-kunststoffen met 30% glasvezelversterking verbeteren de stijfheid, dimensionale stabiliteit en chemische inertheid verder, terwijl de rek bij breuk wordt verlaagd. Het wordt gekozen voor structurele componenten in de lucht- en ruimtevaart, de verwerking van halfgeleiders en de industriële productie. Het bewerken van PEI GF 30 is lastiger en snelle gereedschapslijtage is het belangrijkste nadeel.

Application Voorbeelden: Vliegtuigbeugels en -bevestigingen, elektrische isolatoren, assemblagegereedschappen voor auto's, waferhouders voor halfgeleiderverwerkingsapparatuur en mechanische gereedschapsplaten. 

ULTEM 4000

ULTEM 4000 is samengesteld uit Glasvezel, PTFE en met grafiet gevuld PEIHet is ontwikkeld voor slijtvaste en wrijvingsarme toepassingen. Hoewel het relatief duurder is dan andere kwaliteiten, biedt het hydrolytische stabiliteit, dimensionale stabiliteit en een hoge sterkte over een breed temperatuurbereik.

Application Voorbeelden: Schuifcomponenten, robotonderdelen, geleiderails, mechanische nokken en rollen, lagers, bussen en tandwielen. 

CNC-bewerkingsprocessen op PEI: frezen, draaien, boren, kotteren, draadsnijden 

PEI-materialen kunnen worden bewerkt met CNC-frezen, draaien, boren, kotteren, draadsnijden en andere bewerkingsprocessen, afhankelijk van de gewenste vorm en eigenschappen. Omdat het een stijf plastic is, moeten de snijsnelheid, de voeding en het gereedschap worden gekozen op basis van de eigenschappen van het PEI-werkstuk.

PEI CNC-frezen

CNC-gefreesd PEI-onderdeel 

Frezen wordt gebruikt om complexe contouren, profielen, sleuven, uitsparingen en andere 3D-vormen te creëren. CNC-bewerkingsbedrijven geven de voorkeur aan meefrezen voor PEI-werkstukken.

• tooling: Gereedschap van hardmetaal of diamant, 2-4 snijkanten en een positieve spaanhoek van 10-20°.
• Snelheid en voeding: 0-400 m/min (ongeveer 20% lager voor glasvezelversterkte soorten) en een voeding van 0.05-0.15 mm/tand

PEI CNC-draaien

PEI CNC-draaien

Het draaien van PEI-materialen gebeurt op draaibanken of draaicentra. Het wordt gebruikt voor het vormen van cilindrische geometrieën, zoals assen, bussen en stangen.

• tooling: Volhardmetalen/PCD-gereedschappen met een positieve spaanhoek van 5-10° en een vrijloophoek van 8-12°.
• Snelheid en voeding: 150-300 m/min en 0.1-0.3 mm/omwenteling

PEI CNC-boren 

Het boren met kleine gaatjes (peck drilling) wordt aanbevolen voor het maken van gaten in PEI-materialen. Zonder een boorvolgorde kunnen gaten worden gemaakt die 3 keer zo diep zijn als de gatdiameter (3 x D) door continu te boren voordat met kleine gaatjes wordt begonnen. 

• tooling: Scherpe spiraalboren van kobalt/carbide met gepolijste spiraalgroeven. 
• Snelheid en voeding: 80-150 m/min en 0.05-0.15 mm/omwenteling 

PEI CNC-boren 

Met behulp van boren worden voorgeboorde gaten in PEI-werkstukken vergroot en afgewerkt, waardoor een nauwkeurige diameter, rondheid en afwerking mogelijk zijn.

• tooling:  Stijve, enkelpunts hardmetalen boorstangen
• Snelheid en voeding: 150-300 m/min en lichte aanvoer met langzamere afwerkingsbewegingen

PEI CNC-draadsnijden 

PEI-schroef 

Voor het aanbrengen van uitwendige schroefdraad op cilindrische PEI-werkstukken wordt een enkelpuntsgereedschap gebruikt, terwijl tappen geschikt is voor inwendige schroefdraad.

• tooling: Enkelpunts hardmetalen wisselplaat voor draadsnijden op een draaibank
• Snelheid en voeding: Dat hangt af van de spoed van het schroefdraadontwerp.

Probeer Prolean nu!

Overwegingen bij CNC-bewerking op PEI 

PEI-materiaal is amorf en stijver dan gewone thermoplasten, waardoor je tijdens de bewerking rekening moet houden met extra factoren zoals warmteontwikkeling, afbrokkeling van de randen, spanningsscheuren en efficiënt spaanafvoer. 

Warmteopwekking

PEI-materialen zijn zeer hittebestendig en slijtvast. Door de lage warmtegeleiding van PEI en de wrijving tussen gereedschap en werkstuk, wordt de warmte die tijdens de bewerking ontstaat niet gemakkelijk afgevoerd. Dit kan leiden tot materiaalsmelting, verhoogde interne spanningen en een verminderde vormvastheid. 

Bij ongevuld PEIBij PEI ontstaat warmte door afschuiving en plastische vervorming van het materiaal, wat resulteert in matige maar zeer gelokaliseerde thermische belastingen in de snijzone. Vanwege de relatief lage geleidbaarheid van PEI blijft een groot deel van deze warmte geconcentreerd nabij het bewerkte oppervlak. Daarentegen... met glas gevulde PEI Dit genereert aanzienlijk meer warmte door de schurende glasvezels en de hogere wrijving, maar er wordt ook een aanzienlijke hoeveelheid warmte overgedragen op het snijgereedschap. 

Oplossing:

• Gebruik scherpe gereedschappen 
• Zorg voor de vereiste toevoer van koelvloeistof op waterbasis of luchtkoeling naar het bewerkingsgebied.
• Houd rekening met de ruimte voor een goede koelvloeistofdoorstroming bij dunwandige of andere gevoelige onderdelen. 

Randafbrokkeling

PEI is een bros, stijf plastic en daardoor gevoelig voor afbrokkeling aan de randen, vooral bij het bewerken van scherpe hoeken, dunne randen en kleine gaten. 

Oplossing:

• Houd rekening met de hoekradius bij het ontwerpen van de Ultem-bewerkte onderdelen.
• Vermijd agressief snijden en hoge aanvoersnelheden.
• Vermijd scherpe overgangen 

Spanningsscheuren 

Stijfheid, broosheid en overmatige hitte kunnen tijdens de bewerking van PEI-werkstukken interne restspanningen veroorzaken, wat tot spanningsscheuren kan leiden. 

Oplossing:

• Pas het gloeiproces toe om spanningen te verlichten vóór de bewerking. 
• Koelvloeistof en smeermiddel aanbrengen 

Chipbeheer 

PEI produceert lange, continue, draderige spanen bij een lagere aanvoersnelheid. Dit kan leiden tot het oprollen van de spanen en plaatselijke verhitting. 

Oplossing:

• Houd rekening met de gereedschapsgeometrie en de bewerkingsparameters.
• Gebruik regelmatig koelvloeistof of vacuümzuiging. 
• Gebruik de klimfreesmethode en het stapsgewijs boren (tijdens het maken van gaten).

Wat zijn de toepassingen van PEI CNC-bewerking?

PEI-bewerkingstoepassingen

Bewerkte onderdelen van PEI of Ultem worden in diverse industrieën gebruikt en vereisen hoge temperatuurbestendigheid, mechanische prestaties, chemische stabiliteit, diëlektrische sterkte en dimensionale stabiliteit. 

Laten we eens kijken naar de toepassingen van PEI-bewerking in automobiel-, ruimtevaart-, medische, elektronica- en industriële machines industrieën.

• Automotive: Koelsystemen voor elektrische voertuigen, onderdelen onder de motorkap, spiegelkappen, LED-assemblageonderdelen, brandstofsysteemkleppen en -koppelingen, ECU-behuizingen, interieurafwerking, structurele clips.
• Aerospace: FAR 25.853 FST Voldoet aan de eisen voor vliegtuiginterieurcomponenten, luchtkanalen, voedingseenheden, instrumentenbehuizingen en stoelonderdelen.
• Medisch: Behuizingen voor diagnostische apparatuur, handgrepen voor chirurgische instrumenten, vloeistofverdeelstukken,
  Behuizingen voor intraorale scanners, endoscooponderdelen en sterilisatiebakken.
• Elektronica: Connectorbehuizingen, isolatoren, componenten voor beeldschermen, printplaatdragers, 5G/RF-antennefiltereenheden en halfgeleiderwafeldragers. 
• Industriële machines: Klepzittingen, geleiderails, positioneringsringen, mallen en hulpstukken, structurele steunen voor bewegende machineonderdelen, componenten voor chemische processen, industriële lagers en bussen, pomphuizen.

Is CNC-bewerking van PEI anders dan PEI als 3D-printmateriaal?

Beide zijn polyetherimide-materialen, maar het verschil tussen "CNC PEI versus 3D-geprinte PEI" zit hem in de productiemethode. PEI-materialen die voor bewerking worden gebruikt, worden geproduceerd uit massief, spanningsgecontroleerd PEI-materiaal en zijn verkrijgbaar in plaat-, vel-, staaf- of blokvorm. PEI-materialen voor 3D-printen daarentegen worden vervaardigd via additieve processen en zijn verkrijgbaar als filamenten.

De FDM-methode (Fused Deposition Modelling) is geschikt voor het printen van onderdelen en prototypes van PEI-materiaal. Enkele voorbeelden van 3D-printen met PEI zijn prototypes van inlaatspruitstukken voor automobieltoepassingen, sensorbehuizingen en End-of-Arm Robotic Tooling (EOAT). 

CNC-gefreesde PEI-onderdelen: een inkoopperspectief 

Als u CNC-gefreesde PEI-onderdelen of prototypes wilt bestellen op basis van uw CAD-ontwerp, is het niet voldoende om in de offerteaanvraag alleen "PEI-kunststofmateriaal" te vermelden om accurate informatie te krijgen. U moet de polymeerkwaliteit, de versterking, de kleur en de relevante specificaties specificeren.

Voor kritische onderdelen is het raadzaam om de vereiste materiaalcertificeringen, de traceerbaarheid van de leverancier en relevante testgegevens te vermelden. Enkele van de toepasselijke certificeringen voor gespecialiseerde CNC-bewerking van PEI-onderdelen zijn UL94, FAR 25.853, ISO 10993 en FDA/voedselcontactvereisten.

Probeer Prolean nu!

Welke opties voor oppervlakteafwerking zijn er voor door Ultem bewerkte onderdelen? 

Na machinale bewerking kan een oppervlakteruwheid van 3.2 µm worden bereikt; deze wordt echter sterk beïnvloed door de PEI-kwaliteit, het gereedschap en de snijparameters. Naast de machinale afwerking kunnen Ultem-onderdelen verder worden afgewerkt met straalpolijsten, trommelpolijsten, damp polijsten en het aanbrengen van een hechtlaag. 

• Parelstralen: Het zorgt voor een egaal oppervlak (matte/satijnen textuur) en is geschikt voor cosmetische doeleinden. 
• Damppolijsten: Het is geschikt voor afdichtingsoppervlakken, optische vensters en halfgeleidertoepassingen. Een fijn, door damppolijsten verkregen oppervlak kan een Ra-waarde van 1.6 tot 0.4 µm opleveren.
• tuimelen: Bij trommelpolijsten worden machinaal bewerkte Ultem-onderdelen behandeld met schurende media in een roterende en vibrerende kamer, waardoor een gladde afwerking ontstaat. 
• Lijmverf: Met name voor cosmetische doeleinden, branding en UV-bescherming kunnen machinaal bewerkte Ultem-onderdelen worden geverfd door middel van spuiten of dompelen.

Heeft u gefreesde PEI-onderdelen en prototypes nodig? Stuur ons uw ontwerp. 

Zoals we besproken hebben, vereist de precisiebewerking van PEI een diepgaand begrip van materiaaleigenschappen en diverse cruciale overwegingen, die alleen kunnen worden aangepakt door technische expertise en ervaring in de industrie. ProleanTech heeft meer dan 10 jaar ervaring in de kunststofbewerking en een eigen CNC-werkplaats met meerassige (3, 5 en meer) CNC-apparatuur. 

Het PEI-bewerkingsservice Dit omvat alles, van DFM-feedback en bewerking tot nabewerking. We kunnen prototypes, gebruiksklare en montageklare componenten leveren op basis van uw CAD-ontwerp.