Шприцването на PEEK се определя от три числа, които са далеч извън обичайната практика за пластмаси: точка на топене от 343 °C, изискване за сухота под 0.02% влага и форма, поддържана при 170–200 °C - по-гореща от стопилката на повечето масови смоли. Всяко друго решение при шприцването на PEEK произтича от тези три. Преса, която не може да издържи 400 °C, сушилня, която не може да достигне точка на оросяване от −40 °C, и инструмент, който не може да се нагрява равномерно, ще произведат скрап от смола, който струва многократно повече от ABS или поликарбонат.
Това ръководство проследява веригата от пелета до инспектирана част, за да могат инженерите и разработчиците на продукти да решат дали изобщо да формоват PEEK. То обхваща процеса стъпка по стъпка и причината за всеки контрол, параметрите, които действително влияят върху качеството на частта, къде формоването печели и къде тихо струва повече от машинната обработка, как да се избере клас от повредата, която частта трябва да издържи, и кои приложения оправдават инструменталната екипировка. Цифрите са от публикувани информационни листове за материалите и ръководства за обработка на стандартни класове PEEK, а не от единична тестова програма, и описват типични лабораторни условия, а не гарантирани стойности за конкретна част.
Какво е PEEK и защо се формова, както и обработва машинно
PEEK е полукристален полиетерен етер кетон. Публикуваните информационни листове за стандартни ненапълнени видове посочват температура на топене от 343 °C, начало на стъкловидния преход от 143 °C и средна точка от 150 °C, както и относителен термичен индекс за електрическа употреба от 260 °C. Допустимата непрекъсната работна температура във въздуха обикновено се посочва на 250 °C за 20 000 часа, с диапазон на непрекъсната работа от 250–260 °C. Това са типични стойности от лабораторни образци; реалните свойства на формованата част зависят от нейната геометрия, конфигурацията на инструмента и действително използваните условия на обработка, поради което самите информационни листове казват, че данните са за сравнение на материалите.
Същият полимер се предлага в две форми. Ненапълненият PEEK се доставя като гранули за шприцване и екструдиране, а същият химичен състав се предлага като прът и плоча за машинна обработка. Изборът между тях е решение, свързано с обема и геометрията, а не с материалите – химичният състав, който е устойчив на стерилизация с пара и агресивни химикали, е идентичен. Това, което се променя, е колко смола купувате, колко от нея се превръща в чипове и дали формата изобщо може да се реже.
Едно разграничение е важно още в началото. PEEK често се описва като нехигроскопичен и това е вярно в смисъл, че не се разтваря и не набъбва във вода, както найлонът. Той все пак абсорбира влага: в ръководството за обработка се отбелязва, че пелетната форма обикновено поема около 0.5% тегловни атмосферни влага, а в информационните листове се посочва абсорбция на вода при насищане от 0.45% при 23°C. Тази абсорбирана фракция е приблизително двадесет и пет пъти по-висока от границата от 0.02%, определена преди формоване, поради което сушенето не е по избор дори за полимер, който е устойчив на хидролиза по време на експлоатация.
PEEK (ПИК) Процес на леене под налягане, Стъпка по стъпка
Последователността по-долу следва установените насоки за обработка на стандартни марки PEEK. Всяка стъпка съществува поради специфична повреда, която предотвратява.
1. Съхранение и обработка
PEEK се доставя запечатан в полиетилен в здрава кутия, а ръководството за обработка препоръчва да се държи запечатан по време на транспортиране и съхранение, като кутиите се отварят само на чисто място и остатъците се запечатват отново. Запечатан, сух, далеч от слънчева светлина, материалът може да се съхранява повече от десет години. Причината е замърсяването, а не срокът на годност: при 380°C няколко зрънца от друг полимер или прашинка се превръщат в черни петънца или слаба заваръчна линия, а смолата е твърде скъпа за бракуване.
2. Сушене
Пелетите се поставят в пещ с циркулация на въздух при 120–150 °C за 3–5 часа, разпределени в тарелки с дълбочина около 2.5 cm, докато остатъчната влага падне под 0.02% (точка на оросяване от −40 °C). Като еквивалентен метод се приема или 150 °C за 3 часа, или 120 °C за 5 часа. Стандартните насоки изрично посочват, че PEEK не трябва да се използва в една пещ с други материали, освен ако не е правилно изолиран. Влагата при температура на топене води до повърхностни дефекти и загуба на молекулно тегло, така че стъпката на сушене защитава както външния вид, така и механичните характеристики.
3. Хранене на гърлото
Бункерът се поддържа под 100 °C — информационните листове за ненапълнени видове посочват под 100 °C, докато насоките за екструдиране предлагат предварително нагряване на гранулата в диапазона 140–180 °C за този процес. Целта при формоването е да се предотврати образуването на мостове или частичното топене на пелетите, преди да достигнат шнека, като същевременно се ограничи повторното абсорбиране на влага по пътя им.
4. Пластифициране
Цевта трябва да достигне 400 °C контролируемо, с точност до приблизително ±2 °C, което изключва нагревателите от лят алуминий в полза на високотемпературни сплави или керамични видове. Типични са шнекове с дължина/предавка от 18:1 до 24:1 и съотношение на компресия от 2:1 до 3:1, а на върха на шнека е необходим контролен пръстен, за да се задържи налягането при впръскване. Времето на престой трябва да бъде кратко; стопилката може да се държи при 360 °C до един час без забележимо влошаване, но след това температурите на цевта трябва да паднат до 340 °C, а забавяне, по-дълго от три часа, изисква продухване на цевта.
5. Инжектиране
Температурите на стопилка са приблизително 355–395 °C в зависимост от класа. За ненапълнен PEEK, типичният профил заден/среден/преден/дюза е 355 / 360–365 / 370 / 375 °C; клас с 30% стъклен пълнеж увеличава това до 360 / 370–375 / 380 / 385 °C, а клас с 30% въглероден пълнеж до 375 / 380–385 / 390 / 395 °C. Стабилният работен диапазон обикновено се определя като 360–400 °C. Налягането на инжектиране рядко надвишава около 14 MPa, като налягането на задържане е около 10 MPa за естествения PEEK, въпреки че прецизните части с дълги съотношения на потока към дебелината може да се нуждаят от повече от 200 MPa.
6. Температура на плесента
Повърхността на инструмента се поддържа при 170–200 °C (ръководствата за обработка често посочват 175–205 °C; информационните листове посочват 170–200 °C за ненапълнен PEEK). Това е температурата на повърхността, а не зададената стойност на контролера — при нагряване с масло загубите в тръбопровода до 40 °C са често срещани, така че зададените стойности от 260 °C са типични за постигане на 170 °C при стоманата. Причината е кристалинността: студеният инструмент закалява повърхността в аморфно състояние, което води до неравномерен цвят, тъмни или прозрачни ръбове и по-ниска якост и химическа устойчивост. Стандартните насоки гласят, че частите, формовани при препоръчителни условия, трябва да бъдат номинално 30% кристални.
7. Опаковане, охлаждане и изхвърляне
Налягането на задържане компенсира свиването, докато детайлът се охлажда спрямо горещия инструмент. Времето за охлаждане се скалира с дебелината на стената; публикуваните криви на времето за охлаждане при температура на инструмента от 180 °C показват, че по-добрият дизайн на изхвърлянето може да съкрати времето за охлаждане с около 15% за незапълнени марки. Частите се изхвърлят, докато са все още достатъчно твърди, за да се избегне деформация.
8. Отгряване
Когато размерната стабилност или облекчаването на напрежението са от значение, формованите части могат да бъдат отгрявани. Типична програма за сечение до 20 мм се повишава до 150 °C с не повече от 30 °C/ч, задържа се 3 часа, повишава се до 200 °C със същата скорост, задържа се 4 часа, след което се охлажда с не повече от 15 °C/ч. Отгряването също така завършва кристализацията и стабилизира свиването.
9. Инспекция
Финалните проверки потвърждават размерите, външния вид (тъмните ръбове и черните петънца са класическите дефекти на PEEK) и, където е посочено, кристалността чрез DSC. Първоначалното одобрение на изделието, което включва данни за кристалността, затваря цикъла по въпроса дали инструментът действително е работил достатъчно горещ.
Параметри на обработка, които определят качеството на детайлите
Параметрите, които определят дали даден PEEK детайл отговаря на чертежа си, са по-малко, отколкото предполага пълният списък с настройки на машината. Те са сушене, температура на топене, температура на формата, налягане и скорост на шприцване, размер на затвора и канала, както и допустимо свиване. Таблицата по-долу сравнява три стандартни класа по стойности, които се различават най-много между тях, взети от техните информационни листове.
| Параметър | 450 г (без пълнеж) | 450GL30 (30% стъкло) | 450CA30 (30% въглерод) |
| Вискозитет на стопилката при 400 °C | 350 Pa·s | 550 Pa·s | 675 Pa·s |
| Свиване при формоване, посока на потока | 0.90% | 0.30% | 0.10% |
| Свиване от формоване, напречно на потока | 1.3% | 0.90% | 0.50% |
| Температура на дюзата (типична) | 375 ° C | 385 ° C | 395 ° C |
| Температура на матрицата (типична) | 170-200 ° C | 180-200 ° C | 180-210 ° C |
| Минимална порта | > 1 мм | > 2 мм | > 2 мм |
| Сушене | 120–150 °C, 3–5 часа, <0.02% | един и същ | един и същ |
Свиване при формоване на три стандартни класа PEEK по и напречно на посоката на потока на стопилката, измерено върху тестови образци по ISO 294-4 при специфични за класа условия на дюзата и инструмента (незапълнен: дюза 375 °C, инструмент 190 °C; 30% стъкло: дюза 385 °C, инструмент 190 °C; 30% въглерод: дюза 395 °C, инструмент 200 °C). Стойностите са само за сравнение на материалите — действителното свиване зависи от геометрията на детайла, конфигурацията на формата и условията на обработка.
От таблицата следват три неща. Първо, пълните марки са по-твърди стопилки — 550 и 675 Pa·s спрямо 350 Pa·s — така че те се нуждаят от по-високи зададени стойности на цилиндричната форма и по-големи шибъри, за да запълнят една и съща стена. Второ, свиването намалява в посока на потока с увеличаване на съдържанието на влакна, но много по-малко напречно на потока, поради което една и съща част се свива различно по протежение и напречно на пътя на стопилката. Трето, правилото за шибъра се удвоява приблизително за компаундите: минимумът е 1 mm за ненапълнен PEEK и 2 mm за компаунди, или около две трети от дебелината на стената за дебели части, с ливарни шибъри от 1 до 1.5 пъти дебелината на формовката. Ливарните канали трябва да надвишават 3 mm при матрицата и дюзата и 3.5 mm в колектора.
Налягането на впръскване и скоростта на шнека са вторични корекции, след като те са зададени. Подходящи са шнековете с общо предназначение, а обратното налягане подобрява хомогенността на стопилката, докато типичните насоки препоръчват периферни скорости на шнека от 5–10 м/мин за ненапълнени марки и не повече от 6 м/мин за армирани, тъй като високото локално срязване прегрява стопилката. Обичайните обратни налягания от 2–8 MPa са по-ниски за пълнени марки, за да се третират влакната внимателно.
При свиване използвайте номерата от информационните листове, за да сравнявате марките, а не за рязане на стомана. В информационните листове ясно се посочва, че данните за свиването са за сравнение на материалите и че действителните стойности зависят силно от геометрията на детайлите, конфигурацията на матрицата и условията на обработка; стандартната практика добавя, че инструментите винаги трябва да се режат откъм безопасна за метала страна. Единствената надеждна корекция е първото измерване на вашата геометрия.
Предимства на шприцването с PEEK - и кога всяко от тях е валидно
Предимствата на формоването на PEEK са реални, но всяко едно от тях е условно и посочването на условието е това, което отличава полезното твърдение от рекламната линия.
Сложна геометрия с мрежова форма
Формоването произвежда вдлъбнатини, ребра, скоби и резби с един замах, където машинната обработка би изисквала множество настройки и може изобщо да не достигне до детайла. Условието: инструментът трябва да бъде правилно затворен и вентилиран. Ръководствата за отстраняване на неизправности отдават късите формовани елементи и заваръчни линии на неадекватна вентилация и дизайн на затвора, както и на настройките на машината, така че предимството в геометрията е толкова добро, колкото и дизайнът на инструмента, който стои зад него.
Икономика с голям обем
Формована част изразходва грамове смола на изстрел; машинно обработената част започва като заготовка и оставя по-голямата част от нея като стружки. Условието: инструменталната екипировка трябва да се амортизира. Под този обем цената на инструмента доминира и машинната обработка е по-евтина - пресечната точка е предмет на по-късен раздел.
Повторяеми свойства при температура
Тъй като температурата на формата е определяща за кристалността, добре контролираният горещ инструмент осигурява постоянна якост, химическа устойчивост и размерни характеристики по време на целия производствен цикъл. Условието: повърхността на инструмента трябва действително да достигне желаната температура. Инструмент, който работи на студено, произвежда части, които изглеждат завършени, но след това се развалят при натоварвания, които масовата пластмаса би издържала.
Елиминиране на вторичната обработка
Елементи, които иначе биха били изрязани след формоване, излизат от инструмента, спестявайки настройки и избягвайки причините за нарушаване на повърхността при машинна обработка. Условието: изискванията за толеранс трябва да са в рамките на възможностите за формоване. Типичните толеранси са приблизително 0.05% при стандартни условия на формоване - добре за много елементи, но не е заместител на машинната обработка, където чертежът изисква по-строги настройки.
Материална ефективност и свобода на дизайна
Формоването позволява постигане на дебелина на стените, оребряване и вътрешни елементи, които биха били трудни или невъзможни за рязане, и избягва отпадъците от заготовки, които правят машинно обработения PEEK скъп. Условието: детайлът трябва да е проектиран за формоване, с еднакви стени и адекватен наклон, което е обхванато в раздела за проектиране.
Нито едно от тези предимства не бива да се твърди за конкретна част, без да се провери нейната геометрия. Голяма, проста форма с хлабав толеранс може да не покаже нито едно от тях.
Ограничения и скрити разходи
Разходите, които изненадват начинаещите производители на PEEK формовъчни материали, рядко са само цената на смолата. Те се включват в инструмента, сметката за енергия и процента на брак.
Горещият инструмент
Поддържането на матрица при 170–200 °C изисква нагряване с масло, електрически нагреватели с патронни елементи или комбинация от тях. Електрическото нагряване е икономично и лесно за обслужване, но е склонно към образуване на горещи точки и е най-подходящо за малки компоненти; маслените нагреватели са по-трудни за проектиране, но могат да извличат топлина, което е от значение за големи размери на впръскванията и дълбоки сърца. Силно се препоръчва използването на изолационни плоскости между матрицата и плочата, а маслените тръбопроводи трябва да са къси и изолирани, тъй като са често срещани топлинни загуби до 40 °C. Всичко това добавя капитал, време за нагряване и енергия към всеки цикъл.
Време за цикъл
Горещата форма охлажда детайла по-бавно, а дебелите участъци удължават охлаждането допълнително. Публикуваните оценки на времето за охлаждане като функция на дебелината на стената при 180 °C температурата на инструмента се повишава стръмно с дебелината. Следователно, частите от PEEK не се формоват бързо, което повишава цената на детайл, дори когато използването на смола е ниско.
Тесен прозорец за обработка
Стопилката е стабилна между приблизително 360 и 400 °C, но извън този диапазон режимите на отказ се умножават: твърде студено е и стопилката замръзва на дюзата или при къси впръсквания; твърде горещо или задържано твърде дълго и тя се разгражда на крехки части и тъмни ивици. При толкова скъпа смола, всяка бракувана впръскване е реална загуба, а процентът на брак е най-висок по време на стартиране и промени в класа.
Ограничения за повторно смилане
PEEK може да се преработва, но стандартните насоки ограничават повторното смилане до максимум 30% w/w за ненапълнен полимер и 10% w/w за пълнени компаунди и предупреждават, че дори ниски нива на външни материали сериозно влияят на качеството на формоването при тези температури. Това ограничава количеството скрап от ролката, което може да се възстанови, особено при пълнени марки.
Чувствителност към замърсяване
Силно се препоръчва използването на специални лъжички, тави и оборудване за сушене, а в литературата за обработка се отбелязва, че черните петънца в естествените материали обикновено са резултат от кръстосано замърсяване или недостатъчно прочистване. Работилница, в която се използва PEEK заедно с други полимери, се нуждае от дисциплина на сегрегация, в противен случай ще се загубят части поради замърсяване.
Компромиси с горещите канали
Горещите тръби спестяват материал и разширяват прозореца за обработка, но те носят по-високи първоначални капиталови разходи, големи проблеми със замърсяване при продухване и по-висока обща поддръжка от студените тръби. Системата трябва да работи постоянно при 450 °C, с външно нагряване и без вътрешни ограничения на потока, а накрайниците на дюзите трябва да са широки, а не с щифтови затвори.
Граници на толерантност
Формоването не може да поддържа най-строгите допуски без вторични операции. Когато чертежът изисква по-добра от стандартната възможност за формоване, планирайте машинна обработка след формоването и я определете в цената.
Ценовите данни за всички горепосочени варират твърде широко в зависимост от детайла, обема и цеха, за да бъдат цитирани отговорно тук. Правилният подход е да се третират като насочващи: горещ инструмент, бавни цикли и ограничено повторно шлифоване увеличават цената на единицата и обемът, при който се извършва машинна обработка с формоване, се променя съответно.
Избор на степен на PEEK за режим на повреда
Изборът на клас е по-лесен, ако започнете от повредата, която детайлът трябва да издържи, а не от таблица със свойства. Трите стандартни класа на Victrex съответстват на три различни режима на повреда.
Модул на опън при 23 °C (ISO 527-1) и деформация при скъсване при 23 °C (ISO 527-2) за три вида Victrex PEEK, от информационните листове на доставчика. Стойностите в информационните листове описват лабораторни образци за сравнение на материалите; свойствата на формованата част зависят от нейната геометрия, конфигурация на инструмента и условия на обработка.
Незапълнен клас — за пластичност и жилавост
Информационният лист посочва 25% деформация при скъсване, модул на опън от 4,000 MPa и липса на счупване при тестовете за удар без надрез по Шарпи и Изод при 23 °C. Ненапълненият PEEK предлага най-високото удължение и жилавост в семейството, което е подходящо за компоненти на инструменти и уплътнения, където пластичността и инертността са от решаващо значение. Изберете ненапълнен, когато детайлът трябва да се огъва, да абсорбира удар или да уплътнява срещу свързваща повърхност без напукване.
Стъклопълнеж — за статична твърдост и ниско термично разширение
Тридесет процента стъкло повишава модула на опън до 11 500 MPa и осигурява температура на топлинно отклонение от 328 °C при 1.8 MPa, с коефициент на линейно термично разширение спрямо посоката на потока от 18 ppm/K под стъкления преход. В информационния лист приложенията му са описани като по-висока якост в статична система с нисък коефициент на термично разширение. Изберете го, когато детайлът трябва да запази формата си под натоварване при определена температура и да остане размерно стабилен - структурна скоба, корпус, компонент, който не трябва да се разраства в съседен елемент.
Въглеродно напълнен клас — за износване и най-висок модул
Тридесет процента въглеродни влакна осигуряват модул на опън от 28 000 MPa, най-ниското свиване в посока на потока в семейството от 0.10%, а в информационния лист е описана отлична износоустойчивост и нисък коефициент на триене в статични или динамични системи. Изберете го, когато детайлът се плъзга, трие или носи товар и твърдостта е по-важна от удължението.
Компромисите са еднакви за всички запълнени марки. Те са по-абразивни за инструменталната обработка, поради което се препоръчват винтове, защитени от износване, и биметални цилиндри, и защо размерите на затворите се удвояват. Те губят удължение - 3.0% за марка с 30% стъкло и 1.7% за марка с 30% въглерод спрямо 25% незапълнена - така че част, която трябва да се огъне, не трябва да се запълва. И се свиват анизотропно, като цифрата на напречния поток е няколко пъти по-голяма от цифрата на потока, което усложнява корекцията на инструмента. Свържете всяко твърдение със собствения информационен лист на марката; число от една марка не се прехвърля към друга.
Приложения, където е подходящо шприцване с PEEK
PEEK оправдава цената си в приложения, където температурата, химията или стерилизацията биха попречили на обикновените инженерни пластмаси. Формоването си заслужава мястото, когато тези приложения също изискват обем, сложна геометрия или повторяемост.
медицински
PEEK издържа на многократна стерилизация с пара, а публикуваните тестове с медицинско качество не показват значителна загуба на механични свойства над 1,500 цикъла на стерилизация при 134 °C, измерени върху пластмасови проби без цикли на почистване. Хирургически инструменти, пробни импланти и дентални компоненти са типични. Биосъвместимостта не е автоматична от полимера: ASTM F2026-23 определя изисквания за чист PEEK в приложенията за хирургически импланти и изрично изключва пълни, оцветени или регенерирани форми, а ръководството на FDA по ISO 10993-1 очертава биологичната оценка като процес на управление на риска. Формоването е подходящо за този сектор, когато са необходими инструменти или компоненти за еднократна употреба в обем с постоянна геометрия; машинната обработка е подходяща за специфични за пациента или импланти с малък обем.
Аерокосмически и Автомобилни новини
Леките части, които трябва да издържат на високи температури под капака или на корпуса, се възползват от непрекъснатата експлоатационна способност на PEEK около 250 °C и запазването на якостта му при температура — информационният лист 450G показва напрежение на огъване от 85 MPa при 125 °C и 19 MPa при 175 °C. Формованите части пасват на скоби, втулки и корпуси, където геометрията е сложна и обемът оправдава използването на инструмент; големи или прости части често остават обработени машинно.
Електроника и полупроводници
Електрическите свойства на PEEK се запазват в широк температурен диапазон, а размерната му стабилност е подходяща за малки прецизни компоненти, произвеждани в големи количества - класическият случай за формоване, където хиляди еднакви части излизат от един инструмент.
Енергия и нефт и газ
Химическата устойчивост на киселини, основи, въглеводороди и разтворители при повишена температура, както и устойчивостта на хидролиза в пара и морска вода, правят PEEK подходящ за уплътнения, компоненти на клапани и части за сондажи. Формоването е подходящо за малки, повтарящи се части; големите или еднократните компоненти обикновено се изработват от стандартни форми.
Промишлено оборудване
Износващите се части, лагерите и втулките се възползват от ниското триене и износоустойчивостта на въглеродно напълнения клас. Когато това са консумативи, които се подменят в големи количества, формоването се амортизира бързо.
Във всеки случай логиката е една и съща: свойството оправдава PEEK, а обемът или геометрията оправдават формоването, а не машинната обработка.
Кога да Машина PEEK вместо да го формоваме
Машинната обработка остава правилният отговор за голям дял от PEEK частите, а познаването на правилния момент спестява пари.
Машина, когато обемът е малък. Под точката, в която инструменталната екипировка се амортизира, цената на инструмента доминира и шприцването с PEEK е по-скъпият вариант. Прототипите, мостовата инструментална екипировка и еднократните приспособления са за фреза или струг, където не се полагат разходи за инструментална екипировка, а промените в дизайна струват само време за програмиране.
Машинна обработка, когато геометрията е голяма или проста. Голяма, блокова част с малко характеристики води до малки отпадъци при изрязване от заготовка, а матрицата за нея би била голяма, гореща и скъпа. Отпадъците от заготовката, които правят машинно обработения PEEK скъп, са пропорционални на това каква част от заготовката се превръща в детайла; за проста форма, по-голямата част от тях се превръщат в по-голямата част.
Обработвайте с машина, когато допустимите отклонения надвишават възможностите за формоване. Типичните допустими отклонения при формоване са около 0.05% при стандартни условия. Когато чертежът изисква по-плътни детайли или елементи, които формоването не може да оформи, планирайте машинна обработка - или цялата част, или вторична операция след формоването.
Форма, когато годишният обем амортизира инструмента. Изчислението има четири променливи: цена на инструмента, размер на детайла (който определя теглото на впръскването и времето на цикъла), цена на смолата на впръскване и избегнато отстраняване на материал за обработка. С увеличаване на обема, цената на инструмента се разпределя върху повече части и компаунди, спестяващи смола на впръскване. Пресечната точка е специфична за всяка част; начинът да се намери е да се поиска оферта, която разделя инструменталната екипировка от цената на детайла и да се сравни с оферта за обработка при същия годишен обем.
Форма, когато геометрията е сложна и мрежова. Вдлъбнатини, резби, скоби и вътрешни елементи се получават без добре проектиран инструмент и настройки на разходите при машинна обработка.
Формоване, когато повторяемостта в много части е от значение. Един инструмент произвежда идентични части изстрел след изстрел; машинната обработка зависи от постоянството на настройката. За производствена програма, повторяемостта на формоването сама по себе си е предимство за качество.
Честното рамкиране е изчисление на обем спрямо инструментална амортизация, а не емпирично правило. Всяка конкретна сума в долари би била измислена; променливите са това, което има значение.
Проектиране за PEEK: Инструментална и правила за части, които предотвратяват брака
Повечето отпадъци от PEEK са резултат от няколко дизайнерски решения, взети преди рязането на стоманата. Правилата по-долу съществуват поради високите температури на стопилката и формата, а не защото PEEK е необичайно труден за проектиране по принцип.
1. Еднородни стенни секции.
Типичните насоки дават минимална дебелина на стените от около 1 мм за ненапълнени PEEK компаунди и 1.5 мм за напълнени. Еднородните стени се охлаждат равномерно и се свиват равномерно; преходите от дебели към тънки създават вдлъбнатини, кухини и деформации, които никоя машинна настройка не може да коригира напълно.
2. Просторни, добре вентилирани порти.
Стандартната минимална дебелина на отвора е 1 мм за незапълнени части и 2 мм за компаунди, или около две трети от дебелината на стената за дебели части, като отворите за ливане са от 1 до 1.5 пъти дебелината на отливката. Минималната дебелина на отвора за ливане е около 4 мм с входен диаметър 1.5 пъти най-голямата дебелина на детайла. Големите отвори поддържат течащата стопилка и намаляват следите от потъване и кухини; адекватното вентилиране предотвратява къси изстрели и следи от изгаряне.
3. Горещи канали, специфицирани за 450 °C.
Ако се използва горещ канал, той изисква външно нагряване без вътрешни ограничения на потока, постоянна работа при 450 °C, големи дюзи, разположени върху повърхността на компонента, и много добър индивидуален контрол на температурата, за да се поддържа балансиран инструмент. Не се препоръчва щифтово затваряне.
4. Инструментални стомани, които запазват твърдостта си при определена температура.
Твърдостта на кухината и сърцевината от Rockwell 52–54 при температури на обработка на PEEK е обичайната цел. Чест избор са марки стомана, които запазват около 54–58 HRC при температура, включително 1.2343 ESU, 1.2379, 1.2083 и 1.2316. Напълнените марки са абразивни, така че износоустойчивостта на вратите е от значение.
5. Допускане на анизотропно свиване.
Свиването се различава по дължина и напречно на потока, а при пълнителите е още по-силно — 0.90% спрямо 1.3% за 450G, 0.10% спрямо 0.50% за 450CA30. Изрязвайте инструмента безопасно и правилно за метала, като използвате измерванията на първия артикул върху действителната геометрия, а не само на свиването от информационния лист.
6. Симулация на процеса преди рязане на стомана.
Симулацията винаги трябва да се извършва преди рязане на стомана, за да се поставят отвори за балансиран поток, да се минимизират линиите на преплитане и да се определи къде е необходимо вентилиране. При инструмент, създаден за работа при 200°C, смяната на стоманата е скъпа, така че симулацията е евтина застраховка.
Заключение за шприцване с PEEK
Шприцването на PEEK се отплаща, когато обемът и геометрията оправдават използването на горещ инструмент и дисциплинирано сушене; под този праг, машинната обработка остава правилното решение. Процесната верига е фиксирана - запечатано съхранение, сушене до под 0.02% влажност, пластифицираща единица, способна да работи до 400 °C, инструмент, поддържан при 170–200 °C, контролирано опаковане и охлаждане, отгряване, където е необходимо, и проверка, която включва кристалност. Параметрите, които определят качеството, са сушене, температура на стопилката, температура на формата, размер на затвора и канала и допустимо свиване, като те се променят в зависимост от класа: вискозитет на стопилката 350, 550 и 675 Pa·s и свиване в посока на потока 0.90%, 0.30% и 0.10% за ненапълнен, напълнен със стъкло и напълнен с въглерод PEEK.
Изборът на клас следва режима на разрушаване: без пълнеж за пластичност и жилавост, със стъклен пълнеж за статична твърдост и ниско термично разширение, с въглероден пълнеж за износване и най-висок модул. Приложенията следват същата логика - медицинските, аерокосмическите, автомобилните, електронните, енергийните и индустриалните части оправдават използването на PEEK за специфично свойство, а формоването - за специфичен обем или геометрия.
Следващата стъпка е да се дефинира годишен обем, толеранс и геометрия, след което да се поиска оферта, която разграничава инструменталната екипировка от цената на детайла. Това сравнение, с оферта за машинна обработка със същия обем, е единственият надежден начин да се реши кой процес трябва да се използва за детайла.
Работа с NOBLE по вашия проект за шприцване на PEEK
Услугите на NOBLE за шприцване с PEEK по поръчка обхващат инструменти от стомана и алуминий, еднокухинни, многокухинни и семейни форми, както и преси от 50 до 500 тона, с повторяемост от част до част от ±0.1 мм и допустими отклонения на кухината на формата от ±0.05 мм. PEEK е посочен сред обработваните материали, а инспекцията се поддържа вътрешно с оборудване ZEISS CMM. Тези цифри описват общите възможности на NOBLE за шприцване; те не са специфична за PEEK история на случая и PEEK програмата все пак трябва да потвърди горните точки – възможност за температура на цилиндъра, метод на нагряване на инструмента, точка на оросяване при сушене и проверка на кристалността – спрямо конкретната преса и инструмент, които ще обработват детайла.
Какво да подготвите, преди да поискате оферта: 3D модел и чертеж с посочените допустими отклонения, годишни и пускани в експлоатация обеми, сервизна среда (температура, химикали, цикли на стерилизация), клас или описание на режима на повреда, на който детайлът трябва да издържи, и всички регулаторни стандарти, на които детайлът трябва да отговаря. С тези налични данни, офертата може да разграничи цената на инструменталната екипировка от цената на детайла, което е единственият начин да се сравни честно формоването с машинната обработка.
Заявените от NOBLE срокове за изпълнение — оферти в рамките на 24 часа и части в рамките на 7–10 дни за много проекти — важат за предлаганите от NOBLE общи услуги; инструменталната екипировка и валидирането на процесите с PEEK може да се извършват по различен график в зависимост от детайла и класа.
Често задавани въпроси за шприцване чрез PEEK
Защо PEEK трябва да се суши, ако не е хигроскопичен?
Защото „нехигроскопичен“ означава, че не се разтваря или набъбва с вода, а не че остава сух. Пелетите обикновено абсорбират около 0.5% атмосферна влага, а границата преди формоване е 0.02%. Влагата при 380 °C причинява повърхностни дефекти и загуба на молекулно тегло, така че материалът се суши при 120–150 °C в продължение на 3–5 часа до точка на оросяване от −40 °C.
Защо матрицата е по-гореща от точките на топене на повечето смоли?
Тъй като температурата на формата контролира кристалинността. Ръководствата за обработка препоръчват повърхност на инструмента от 175–205 °C (в информационните листове се посочва 170–200 °C за ненапълнен PEEK), така че детайлът да развие кристалната си структура; частите, формовани при препоръчителните условия, трябва да бъдат номинално 30% кристални. Студеният инструмент закалява повърхността в аморфно състояние, което води до тъмни или прозрачни ръбове и по-ниска якост и химическа устойчивост.
Може ли PEEK да се шлифова повторно и в какво съотношение?
Да. Стандартните насоки определят максимум 30% тегловни процента регенерирана фракция за ненапълнен полимер и 10% тегловни процента за пълнени съединения и предупреждават, че дори ниски нива на външни материали сериозно влияят на качеството при температури на обработка на PEEK.
Как се сравнява формоването с машинната обработка по отношение на цена и толеранс?
Формоването печели по отношение на разходите, след като инструменталната екипировка се амортизира, защото всеки удар използва грамове смола вместо заготовка и осигурява сложна геометрия на мрежовата форма. Машинната обработка печели при малки обеми и при най-малки допуски; типичните допуски при формоване са около 0.05% при стандартни условия, а по-строгите изисквания изискват вторична машинна обработка.
Каква температура на матрицата е необходима за пълна кристалност?
Ръководството за обработка на Victrex препоръчва температура на повърхността 175–205 °C, а Evonik съветва температури на инструмента над 180 °C, за да се постигне висока степен на кристализация. Тъй като инструментите, нагрявани с масло, губят топлина през тръбопроводите, зададената стойност на контролера често е много по-висока от действително постигнатата температура на повърхността.
Могат ли запълнените градации да се изпълняват в същия инструмент като незапълнените?
Те могат да се формоват в един и същ инструмент само с повишено внимание. Запълнените марки се нуждаят от по-големи отвори – минимум 2 мм спрямо 1 мм – свиват се по различен начин и са абразивни за инструменталната обработка, така че инструмент, затворен за ненапълнен PEEK, може да не се запълни или може да се износи бързо с пълнеж от стъкло или въглерод. Указанията на Victrex са да се проектират отвори за марката, която ще работи, и да се използват износоустойчиви стомани за пълнените съединения.
