PEI數控加工：材料等級、製程及注意事項

PEI CNC加工

PEI CNC加工利用CAD模型和CNC程序，透過切割、銑削、車削、鑽孔和其他適當的加工方式，將PEI棒材、條材或板材加工成功能性零件。 PEI加工採用鋒利的硬質合金刀具，並根據加工類型調整切削速度和進給量。 

这 PEI CNC加工零件 它具有良好的耐熱性、電絕緣性、化學穩定性、高機械強度、剛性和尺寸穩定性。然而，由於材料成本高、脆性大且加工難度高，它在機械加工中並非總是首選材料。 

PEI 1000 是用於通用數控加工的未填充材料。但是，也有一些特定等級的 PEI 專用於特定的加工應用，例如 PEI GF20、PEI GF30 / ULTEM 2300 和醫用級 PEI。 

關鍵要點

➤ 可用於加工的不同 PEI 等級：PEI 1000、PEI 1010、PEI GF 20、PEI GF 30 和 ULTEM 4000。 

➤ PEI 1000/1010 用於一般加工；玻璃纖維增強型鋼材用於需要剛性和尺寸穩定性的零件；ULTEM 4000 用於低摩擦零件。 

➤ PEI 比普通熱塑性塑膠更脆，因此散熱、邊緣崩裂、應力開裂和熱量積聚都是挑戰。 

➤ 為避免 PEI 加工失敗，請使用鋒利的硬質合金刀具，最佳進給速度，並確保適當的冷卻液流量。

➤ 如果您需要購買客製化的 PEI 加工零件，請指定聚合物等級、增強等級、顏色和適用的認證（UL94、FAR 25.853、ISO 10993、FDA 食品接觸）。

什麼是PEI塑膠材料？

PEI（聚乙烯亞胺）是一種超級工程塑膠材料，因其優異的機械、熱學和電學性能而在製造業中備受重視。它也被稱為… 烏爾特姆是由一家公司生產的聚乙烯亞胺（PEI）聚合物的主要商業品牌。 沙比克®Ultem 有透明和不透明兩種形式，均可用於 CNC 加工。其他商用 PEI 材料包括 TECAPEI™、SUSTAPEI™ 和 TEMPALUX®。

PEI塑膠的化學結構：

聚醚醯亞胺（PEI）結構

PEI的化學結構包含三個主要組成部分：醯亞胺基（>C=O）、醚鍵和芳香環。交替的芳香環透過醚鍵和環狀醯胺鍵連接。重複鏈的通式為： C₃₇ H₂₄ O₆ N₂。 

PEI塑膠有哪些特性？

PEI塑膠材料

聚乙烯亞胺（PEI）塑膠的主要特性包括優異的機械強度、剛性、化學穩定性、耐熱性、卓越的介電強度、抗應力開裂性、阻燃性和尺寸穩定性。因此，它們被認為是優質工程熱塑性塑膠的一部分，並廣泛應用於嚴苛的工況下。 

讓我們來詳細了解PEI塑膠的特性。 

機械強度

PEI是一種高強度塑料，具有優異的彎曲強度和抗衝擊強度。根據… ASTM D 638未填充的 PEI 的拉伸強度為 120 MPa (17,500 PSI)。 

硬度

PEI是一種堅固耐用的硬質塑料，具有耐磨、耐刮擦和抗磨損的特性。 

輕量化  

由於聚乙烯亞胺（PEI）具有高強度和輕質的特點，CNC工具機製造商經常用它來取代金屬。然而，未填充的PEI的強度重量比仍低於鋁合金。

耐熱性

PEI的玻璃化轉變溫度為217°C，CNC加工的PEI零件可承受高達200°C的循環熱負荷。即使部件長時間暴露在高溫下，也能保持其性能和尺寸。

電氣絕緣

PEI具有高介電強度（ 33千伏/毫米它能承受高壓電擊，是滿足絕緣需求的良好材料選擇。 

阻燃性

它本身俱有阻燃性能，產生的煙霧和氣體極少。

化學穩定性

PEI塑膠具有很高的耐酸、耐鹼、耐油和耐某些有機溶劑特性。

尺寸穩定性

PEI塑膠零件即使在高溫和壓力下，也能隨著時間的推移保持其幾何形狀、尺寸和特徵。

成形性/加工性

PEI塑膠原料可透過CNC加工、擠出成型、注塑成型、吹塑成型和熱成型等製程製成功能性零件。

PEI塑膠性能表 

讓我們來看看下表中不同PEI塑膠性能（未填充）的數值[1][2][3].

用於CNC加工的PEI材料等級 

PEI 1000、PEI 1010、PEI GF 20、PEI GF 30 和 UlTEM 4000 是數控加工中常用的主要 PEI 牌號。其中一些是複合材料填充牌號，與未填充牌號相比，性能更優。

PEI 1000（ULTEM 1000）

它是一種未填充的聚乙烯亞胺（PEI）聚合物，用於一般精密加工、電氣絕緣和高溫零件製造。相對而言，PEI 1000 牌號的磨損性較低，可使用高速鋼/硬質合金刀具進行加工。  

應用實例： 中等負載及內裝汽車零件、醫用可消毒托盤、射頻/微波電路絕緣體及食品加工組件。

PEI 1010（ULTEM 1010）

它也是一種未填充的PEI等級產品，與PEI 1000的區別在於PEI 1010的配方具有更高的熔體流動性。因此，它更適合用於成型薄壁部件。除此之外，其機械性質、電氣性能和熱性能基本上相同。

應用實例： 加工應用與 PEI 1000 類似。

PEI GF 20（ULTEM 2200）

PEI 20% 玻璃纖維增強型（ULTEM 2200 系列）鋼材可提高材料的剛度、尺寸穩定性和彎曲模量，並具有良好的抗捲曲性能。但加工玻璃纖維增強型鋼材時，需要使用切削速度較低的鑽石塗層刀具。 

應用實例： 輕型支架、工業定位塊和儀器外殼。  

PEI GF 30（ULTEM 2300）

30%玻璃纖維增強聚乙烯亞胺（PEI）塑膠進一步提高了剛性、尺寸穩定性和化學惰性，同時降低了斷裂伸長率。它被選用於航空航太、半導體加工和工業製造等領域的結構部件。加工30%玻璃纖維增強聚乙烯亞胺（PEI GF 30）更具挑戰性，刀具磨損快是其主要缺點。

應用實例： 飛機支架和夾具、電氣絕緣體、汽車組裝夾具、半導體加工設備的晶圓卡盤和機械工具板。 

超強4000

ULTEM 4000 由以下部分組成： 玻璃纖維、聚四氟乙烯和石墨填充的聚乙烯亞胺它專為耐磨和低摩擦應用而設計。雖然價格比其他牌號的產品略高，但它具有優異的耐水解性、尺寸穩定性和在寬溫度範圍內保持高強度的特性。

應用實例： 滑動部件、機器人零件、導軌、機械凸輪和滾輪、軸承、襯套和齒輪。 

PEI數控加工製程：銑削、車削、鑽孔、鏜孔、螺紋加工 

PEI材料可採用CNC銑削、車削、鑽孔、鏜孔、攻牙等多種加工工藝進行加工，具體取決於所需加工的形狀和特徵。由於PEI是一種硬質塑料，因此必須根據PEI工件的特性來選擇切削速度、進給率和刀具。

PEI數控銑削

CNC銑削PEI零件 

銑削用於加工複雜的輪廓、型材、槽、凹槽和其他三維特徵。數控工具機加工車間通常採用順銑製程加工聚乙烯醇縮甲醛（PEI）工件。

• 工具： 硬質合金或鑽石塗層刀具，2-4 刃，10-20° 正前角。
• 速度與進給： 速度範圍為 0-400 公尺/分鐘（玻璃纖維增強型刀片速度降低約 20%），進給量為 0.05-0.15 毫米/齒

PEICNC車削

PEI CNC車削

PEI材料的車削加工是在車床或車削中心上進行的。它用於加工圓柱形幾何形狀，例如軸、襯套和桿。

• 工具： 整體硬質合金/PCD刀具，前角為5-10°，後角為8-12°
• 速度與進給： 轉速 150-300 公尺/分鐘，轉速 0.1-0.3 毫米/轉

PEICNC鑽孔 

建議採用啄鑽法在PEI材料上鑽孔。如果沒有預先設定的鑽孔順序，可以先採用連續鑽孔法，然後再進行啄鑽，這樣可以鑽出深度為孔徑3倍（3 x D）的孔。 

• 工具： 鋒利的鈷/硬質合金麻花鑽，附拋光槽。 
• 速度和進給： 轉速 80-150 公尺/分鐘，轉速 0.05-0.15 毫米/轉 

PEI數控鏜孔 

鏜孔用於擴大和精加工 PEI 工件上的預鑽孔，從而實現精確的直徑、圓度和表面光潔度。

• 工具：  剛性單點硬質合金鏜桿
• 速度和進給： 進給速度為 150-300 公尺/分鐘，輕進給，最後幾道工序速度較慢。

PEI CNC螺紋加工 

PEI螺絲 

單點工具用於在 PEI 圓柱形工件上製造外螺紋，而攻牙則適用於內螺紋。

• 工具： 用於車床螺紋加工的單點硬質合金刀片
• 速度和進給： 這取決於螺紋設計的螺距。

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PEICNC加工注意事項 

PEI 材料是無定形的，比普通熱塑性塑膠更硬，因此在加工過程中需要考慮其他因素，例如熱量積聚、邊緣崩裂、應力開裂和有效的切屑管理。 

發熱

PEI材料具有很高的耐熱性和耐磨性。由於PEI的導熱係數低，加上刀具與工件之間的摩擦，加工過程中產生的熱量不易散發，會導致材料熔化、內應力增大，並影響尺寸穩定性。 

對於 未填入的PEI材料的剪切和塑性變形會產生熱量，導致切削區域出現中等但高度局部的熱負荷。由於PEI的導熱性相對較低，大部分熱量會集中在加工表面附近。相比之下， 玻璃填充聚乙烯亞胺 由於磨料玻璃纖維和更高的摩擦力，會產生更多的熱量，但同時也有大量的熱量傳遞到切削刀具中。 

解決方案：

• 使用鋒利的工具 
• 確保水基或氣吹冷卻劑依需求流量流入加工區域。
• 考慮薄壁或其他敏感部件的冷卻劑流動空間。 

邊緣崩裂

PEI 是一種脆性、剛性塑料，因此容易出現邊緣崩裂，尤其是在加工尖角、薄邊和小孔時。 

解決方案：

• 設計Ultem加工零件時要考慮拐角半徑。
• 避免猛烈切割和過高的進給速度
• 避免劇烈的過渡。 

應力開裂 

PEI工件加工過程中，剛性、脆性和過熱會導致內部殘餘應力，進而導致應力開裂。 

解決方案：

• 在加工前進行退火處理以消除應力。 
• 添加冷卻液和潤滑油 

晶片管理 

PEI在進料速度較慢時會產生長而連續的絲狀切屑。這可能導致切屑纏繞和局部過熱。 

解決方案：

• 考慮刀具幾何形狀和加工參數
• 頻繁使用冷卻液或真空吸力 
• 採用逆銑方式，並進行啄鑽（同時鑽孔）。

PEICNC加工有哪些應用？

PEI加工應用

PEI 或 Ultem 加工零件廣泛應用於各個行業，這些行業對耐高溫性、機械性能、化學穩定性、介電強度和尺寸穩定性都有要求。 

讓我們來看看PEI加工的應用 汽車、航空航太、醫療、電子和工業機械 行業。

• 汽車： 電動車冷卻系統、引擎室組件、後視鏡罩、LED組件零件、燃油系統閥門和接頭、ECU外殼、內裝件、結構式卡扣。
• 航空航天： FAR 25.853 FST 符合規範的飛機內部組件、管道、電源組件、儀表外殼和座椅組件。
• 醫療： 診斷設備外殼、手術器械把手、流體歧管、
  口內掃描器外殼、內視鏡組件和消毒托盤。
• 電子產品： 連接器外殼、絕緣體、顯示器設備組件、電路板載體、5G/RF天線濾波器單元和半導體晶圓載體。 
• 工業機械： 閥座、導軌、定位環、夾具和工裝、運動機械部件的結構支撐、化學加工部件、工業軸承和襯套、泵殼。

CNC加工的PEI材料與PEI 3D列印材料有何不同？

兩者都是聚醚酰亞胺材料，但「CNC加工PEI與3D列印PEI」的區別在於它們的生產方式。用於機械加工的PEI材料由實心、應力可控的PEI坯料製成，有板材、片材、棒材或塊材等形式。而3D列印PEI材料則透過積層製造工藝製備，以絲材形式供應。

熔融沈積成型（FDM）技術適用於列印PEI材料零件和原型。 PEI 3D列印的一些應用實例包括汽車進氣歧管原型、感測器外殼和機械手臂末端執行器（EOAT）。 

CNC加工PEI零件：採購視角 

如果您希望根據CAD設計購買CNC加工的PEI零件或原型，僅在詢價單中註明「PEI塑膠材質」不足以獲得準確資訊。您必須明確說明聚合物等級、增強材料、顏色和適用規格。

對於關鍵零件，最好提及所需的材料認證、供應商可追溯性以及相關的測試數據。 適用於專業數控加工 PEI 零件的一些認證包括 UL94、FAR 25.853、ISO 10993 和 FDA/食品接觸要求。

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Ultem加工零件的表面處理選項有哪些？ 

機械加工後的表面粗糙度可達 3.2 µm；然而，其粗糙度受 PEI 等級、刀具和切削參數的影響很大。除了機械加工後的表面光潔度外，Ultem 加工件還可以進行噴砂、滾筒拋光、蒸氣拋光和塗膠等表面處理。 

• 噴砂： 它提供均勻的表面（啞光/緞面質感），適用於化妝品用途。 
• 蒸氣拋光： 它適用於密封表面、光學視窗和半導體應用。經精細蒸氣拋光處理後的表面粗糙度Ra可達1.6至0.4 µm。
• 翻滾： 在滾筒拋光過程中，經過加工的 Ultem 零件在旋轉振動的腔室內以研磨介質進行處理，產生光滑的表面。 
• 黏合塗裝： 特別是對於化妝品、品牌推廣和紫外線防護，加工後的 Ultem 零件可以透過噴塗或浸塗的方式進行塗漆。

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正如我們之前討論的，PEI的精密加工需要對材料特性有深入的了解，並需考慮許多關鍵因素，而這些只有憑藉工程專業知識和行業經驗才能解決。 ProleanTech在塑膠加工領域擁有超過10年的經驗，並配備了內部CNC加工車間，擁有多軸（3軸、5軸及以上）CNC設備。 

我們的 PEI機械加工服務 服務內容涵蓋從DFM回饋、機械加工到後處理的各個環節。我們可以根據您的CAD設計提供原型、即用型和可直接組裝的組件。