PEEK-Bearbeitung: Ein Kunststoff-Leitfaden für die PEEK-Bearbeitung

Zähe Kunststoffe wie PEEK sind bei der Herstellung von Teilen eine hervorragende Alternative zu Metallen, insbesondere wenn das Gewicht des Teils reduziert werden soll. Der thermoplastische Kunststoff PEEK verfügt über einzigartige Eigenschaften, die ihn zu einer guten Wahl für die Herstellung von Teilen für verschiedene Branchen machen.

Dieser Artikel enthält ausführliche Informationen über die Bearbeitung von PEEK-Kunststoff und geht auf seine Eigenschaften, Arten, Vorteile und Grenzen ein. Wir geben auch wichtige Tipps, die alle Maschinenbauer bei der Bearbeitung von PEEK beachten müssen, um eine erfolgreiche Kunststoffverarbeitung zu gewährleisten. Lesen Sie weiter!

Was ist PEEK-Kunststoff für die Bearbeitung?

PEEK, d. h. Polyetherketon, ist ein farbloser, organischer Thermoplast in technischer Qualität. Das Polymer gehört zu einer Klasse teilkristalliner Kunststoffpolymere mit der Bezeichnung Polyaryletherketon (PAEK). Es ist ein hochleistungsfähiger Kunststoff, der auch unter rauen Bedingungen eine hohe Festigkeit und Dimensionsstabilität aufweist. PEEK hat einen Schmelzpunkt von 343 Grad Celsius (649 Grad Fahrenheit), wodurch es auch hohen Temperaturen standhalten kann.

Im Vergleich zu vielen anderen Industriepolymeren ist die Bearbeitung von PEEK teuer, dennoch ist es der bevorzugte Kunststoff für verschiedene industrielle Anwendungen. Der Grund dafür ist seine hohe mechanische und chemische Beständigkeit, die es widerstandsfähig gegen Verschleiß, Stöße, Schleifmittel, Hitze usw. macht. Daher ist PEEK für den Einsatz unter extremen Umweltbedingungen geeignet.

Eigenschaften von PEEK

Wir haben bereits kurz einige der allgemeinen Eigenschaften von PEEK-Kunststoffen für die Bearbeitung angesprochen. In diesem Abschnitt werden wir uns jedoch ausführlicher mit den Eigenschaften dieses Polymers befassen.

Wärmewiderstand

PEEK hat eine hohe Glasbeständigkeit von bis zu 143℃ (289 Grad Fahrenheit), was auf seine hohe Wärmebeständigkeit hinweist. Daher behält dieser Kunststoff seine strukturelle Integrität auch bei hohen Temperaturen bei.

Wie bereits erwähnt, liegt der Schmelzpunkt von PEEK bei über 300 Grad Celsius, was darauf hindeutet, dass der Kunststoff auch bei Temperaturen über 200 Grad Celsius noch gut einsetzbar ist. Daher ist PEEK ein zuverlässiger Werkstoff für Teile und Komponenten, die hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Ausgezeichnete mechanische Eigenschaften

Im Vergleich zu anderen Kunststoffpolymeren und -harzen weist PEEK eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit auf. Es weist eine beträchtliche mechanische Festigkeit und Zugfestigkeit von 90 bis 160 MPa sowie eine beeindruckende Elastizität auf. Generell zeichnen sich die mechanischen Eigenschaften von PEEK im Vergleich zu anderen ähnlichen Polymeren aus, was es zu einer gängigen Wahl für die maschinelle Bearbeitung und andere industrielle Anwendungen macht.

Chemikalien- und Korrosionsbeständigkeit

Die PEEK-Bearbeitung weist eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen verschiedene chemische Stoffe auf, darunter konzentrierte Mineralsäuren, Basen, Kohlenwasserstoffe und organische Lösungsmittel. Die chemische Inertheit dieses Polymers ist mit der von Metallen vergleichbar.

Außerdem besitzt dieses Polymer eine beträchtliche Korrosionsbeständigkeit. In der Tat ist diese Eigenschaft eher mit Metallen verwandt. Die chemische Zusammensetzung dieses Kunststoffs verleiht ihm jedoch einige chemische Eigenschaften, die mit denen von Nickel und Stahl vergleichbar sind.

Dimensionsstabilität

PEEK ist für den Einsatz unter extremen Bedingungen geeignet. Einer der Gründe dafür ist seine hohe Dimensionsstabilität. Das Polymer hat unter anderem einen niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe Schlagzähigkeit, so dass es bei der Bearbeitung seine Maßhaltigkeit beibehält. Dies macht es zu einem wertvollen Werkstoff für die Herstellung von Teilen für die Luft- und Raumfahrt und die medizinische Industrie, wo eine geringfügige Abweichung von den Konstruktionsspezifikationen nachteilig sein kann.

Bearbeitbarkeit

Wenn Sie alle bisher besprochenen Eigenschaften aufmerksam verfolgt haben, werden Sie zustimmen, dass die Bearbeitung von PEEK eine Herausforderung darstellt. Die Zähigkeit, die Abrasivität und der hohe Schmelzpunkt sowie andere Merkmale machen die Bearbeitung dieses Kunststoffs etwas schwierig, da PEEK Verschleiß an den Schneidwerkzeugen verursacht.

Wie andere anspruchsvolle Materialien wie Titan, Verbundwerkstoffe und PPS kann auch PEEK mit dem richtigen Werkzeug, der richtigen Technik und dem richtigen Know-how präzise bearbeitet werden. Bei der Bearbeitung von PEEK muss der Zerspaner daher die Zerspanbarkeit des Werkstoffs kennen, um qualitativ hochwertige Bauteile zu erhalten.

Arten von PEEK-Polymeren für die maschinelle Bearbeitung 

Polyetherketon-Polymere sind in zwei großen Kategorien erhältlich, deren Unterschiede auf die spezifische Anwendung des Materials zugeschnitten sind.

PEEK in Industriequalität

Das PEEK in Industriequalität besitzt hervorragende mechanische Eigenschaften. Es hat eine hohe Zug- und Schlagfestigkeit, ist abriebfest, flammfest und stoßfest und hat einen niedrigen Reibungskoeffizienten. Aufgrund der guten mechanischen Eigenschaften dieses Kunststoffs wird er häufig für industrielle und technische Zwecke verwendet - daher auch die Bezeichnung "Industrial Grade PEEK machining".

Darüber hinaus verstärken einige Kunststoff- und Polymerhersteller PEEK in Industriequalität sogar mit Kohlenstofffasern, um seine bereits hervorragenden physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Abgesehen davon wird diese Art von PEEK in verschiedenen Industriezweigen verwendet - Automobil, Elektronik, Luft- und Raumfahrt, Chemie, Lebensmittel usw.

Medizinische Qualität PEEK

Diese Klasse der PEEK-Bearbeitung hat mechanische Eigenschaften, die auf die strengen Anforderungen der medizinischen Industrie zugeschnitten sind, insbesondere die Biokompatibilität gemäß ISO 10993. Das heißt, sie eignen sich für die Herstellung von Teilen, die mit dem menschlichen Körper und Gewebe in Kontakt kommen, ohne Schaden anzurichten. Darüber hinaus verfügen sie über gute Gesamteigenschaften, wie z. B. chemische Beständigkeit und die Fähigkeit, den harten Bedingungen der Sterilisation standzuhalten.

Außerdem sind sie in der Regel röntgendurchlässig, d. h. unter Röntgen-, CT- oder MRT-Bestrahlung unsichtbar, was ihre Verwendung für medizinische Implantate, Zahnersatz, zahnmedizinische Instrumente usw. noch verstärkt.

Vorteile der Bearbeitung von PEEK-Kunststoff

Wie andere Materialien ideal für CNC-Bearbeitung von rostfreiem Stahl Bei der Bearbeitung von PEEK-Polymeren gibt es viele Vorteile. In diesem Abschnitt werden diese Vorteile in zwei Kategorien unterteilt. In der ersten Kategorie werden die tatsächlichen Vorteile dieses Materials erörtert, während in der zweiten Kategorie die Vorteile des Bearbeitungsprozesses behandelt werden.

Materielle Vorteile

• Ausgezeichnete mechanische und chemische Beständigkeit
• Widerstandsfähig gegen Verschleiß und Abnutzung
• Hitze- und flammenbeständig
• Geringe Feuchtigkeitsaufnahme
• Abriebfest
• Thermischer Widerstand
• Biokompatibilität
• Widerstandsfähig gegen Degradation

PEEK-Bearbeitung Vorteile

• Erzielt hohe Präzision und Maßhaltigkeit;
• Extreme Fertigungsgeschwindigkeit und Reproduzierbarkeit;
• Der hohe Schmelzpunkt von PEEK ermöglicht hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Vorschubraten.

Einschränkungen bei der Bearbeitung von PEEK-Kunststoff

Aufgrund seiner unglaublichen Festigkeit und Zähigkeit sowie anderer mechanischer Eigenschaften ist PEEK eine zuverlässige Alternative zu Metallen bei der Herstellung von Teilen. Allerdings haben wir bereits erwähnt, dass die Bearbeitung von PEEK relativ anspruchsvoll ist.

Nachfolgend sind einige der Einschränkungen bei der Bearbeitung dieses Thermoplasts aufgeführt.

• Sie erfordert eine Wärmebehandlung, häufig ein Glühen;
• Schlechte Wärmeableitung, Gefahr eines übermäßigen Wärmestaus;
• Die CNC-Bearbeitung von PEEK erfordert eine besondere Handhabung und Fachwissen seitens des Bearbeiters, um ein erfolgreiches Projekt zu realisieren;
• Übermäßiges oder tiefes Bohren kann zu Brüchen oder Rissen führen.

Anwendungen von CNC-gefrästen PEEK-Komponenten

Wie bereits erwähnt, gibt es PEEK in industrieller oder medizinischer Qualität, wobei die Anwendungen für jede Variante unterschiedlich sind.

PEEK in Industriequalität Anwendungen

Die Bearbeitung von PEEK in Industriequalität wird zur Herstellung von Teilen, Strukturen und Komponenten für verschiedene Industriezweige verwendet, insbesondere für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie. Im Folgenden sind einige der Komponenten aufgeführt, die aus diesem Polymer hergestellt werden.

• Walzen und Räder
• Lager
• Unterlegscheiben
• Ringe
• Dichtungen und Verteiler
• Blöcke von Geräten
• Bürstungen
• Isolierung von Drähten und Kabeln, usw.

Medizinisches PEEK Anwendungen

PEEK in medizinischer Qualität wird für die Herstellung von Teilen für die Medizin- und Gesundheitsindustrie verwendet. Beispiele für solche Komponenten sind:

• Biologische Implantate
• Orthopädische Geräte und Knochenersatzmaterialien
• Geräte zur Wirbelsäulenfusion
• Zahnärztliche Instrumente
• Systeme zur Verabreichung von Medikamenten
• Trauma-Traktionsgeräte usw.

Wichtige Tipps für die CNC-Bearbeitung von PEEK

Die Zerspanbarkeit von PEEK ist oft eine Herausforderung. Daher ist es wichtig, diese entscheidenden Tipps für eine erfolgreiche PEEK-Kunststoffbearbeitung zu befolgen.

PEEK vor der Bearbeitung ausglühen

Das Glühen ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das zum Abbau von Spannungen in einem Material beiträgt. Es ist einer der wichtigsten Tipps, die für eine hochwertige PEEK-Bearbeitung erforderlich sind. Bei diesem Verfahren werden PEEK-Stäbe oder -Platten sanft auf eine vorher festgelegte Glühtemperatur erwärmt, die häufig in der Nähe der Glasübergangstemperatur liegt. Der thermoplastische Kunststoff wird dann eine Weile auf dieser Temperatur belassen, bevor er auf Raumtemperatur abkühlt und für die eigentliche Bearbeitung bereit ist.

Manchmal sind für PEEK mehrere Glühvorgänge erforderlich, insbesondere wenn das Material über einen längeren Zeitraum hinweg bearbeitet wird. Abgesehen vom Abbau der aufgebauten Spannungen erhöht das Glühen die kristallinen Eigenschaften des Kunststoffs, die Dimensionsstabilität und verringert die Gefahr von Rissen und Verformungen während CNC-Bearbeitung von Magnesium Prozesse.

Richtige Bearbeitungswerkzeuge verwenden

Obwohl es sich um einen Kunststoff handelt, sind PEEK-Polymere im Allgemeinen sehr zäh, haben eine hohe Zugfestigkeit und sind abrasiv gegenüber herkömmlichen Bearbeitungswerkzeugen. Das heißt, sie führen zur Abnutzung der Fräser und schließlich zur Beschädigung. Daher sollten Sie für die Bearbeitung dieses Kunststoffs die geeigneten Werkzeuge verwenden.

Daher werden für die PEEK-Bearbeitung vor allem Hartmetallwerkzeuge empfohlen. Polykristallin Diamant (PCD) ist ein weiteres ideales Werkzeug zum Schneiden von PEEK, insbesondere von kohlefaserverstärktem PEEK in Industriequalität, oder in Fällen, in denen die Konstruktionsspezifikation extreme Präzision erfordert.

Kühlung und Schmierung

PEEK-Thermoplast hat eine relativ niedrige Wärmeleitfähigkeit - es hat eine schlechte Wärmeableitung. Dies erhöht das Risiko eines übermäßigen Wärmestaus, der zu Verformungen, Verwerfungen oder Erweichung des Materials führen kann. Daher müssen Zerspaner bei der Bearbeitung des Kunststoffs wirksame Kühlmaßnahmen ergreifen.

Sie könnten ein ideales Kühlmittel verwenden, z. B. ein typisches Kühlmittel auf Erdölbasis, um sicherzustellen, dass das Material einen optimalen Strombereich unterhalb der Glasübergangstemperatur für eine effizientere Bearbeitung beibehält.

Andererseits neigt die PEEK-Bearbeitung zur Abnutzung von Schneidwerkzeugen, so dass die Schmierung auch zur Vermeidung oder Verringerung des Werkzeugverschleißes beiträgt.

PEEK vs. Delrin-Bearbeitung: Was ist der Unterschied?

Delrin hat ähnliche physikalische und chemische Eigenschaften wie PEEK. Beide Thermoplaste sind aufgrund ihrer unglaublichen Festigkeit und Haltbarkeit für verschiedene Anwendungen eine gute Alternative zu Metall. Allerdings, Delrin-Bearbeitung ist relativ einfacher als PEEK.

Nachfolgend werden einige der Unterschiede zwischen ihnen aufgeführt.

• Werkzeugbau: Während Sie für die Bearbeitung von Delrin Standard-CNC-Werkzeuge verwenden können, sollten Sie für die Bearbeitung von PEEK speziellere Fräser wie Hartmetall verwenden.
• Wärmeableitung bei der Bearbeitung: Aufgrund der strukturellen Zusammensetzung von PEEK ist es wahrscheinlicher als bei Delrin, dass es während der Bearbeitung zu Ablagerungen kommt. Daher sind Schmierung und Kühlung bei der Bearbeitung von PEEK wichtiger als bei Delrin.
• Anwendungen: Beide thermoplastischen Polymere haben ein breites Anwendungsspektrum. PEEK wird jedoch für Komponenten oder Fertigungen bevorzugt, die extremeren Bedingungen ausgesetzt sind. Delrin hingegen eignet sich besser für Teile, die einen niedrigen Reibungskoeffizienten erfordern, wie z. B. Getriebe und Lager.
• Vorschub und Schnittgeschwindigkeiten: Aufgrund der höheren Wärmeentwicklung sollten Zerspaner bei der Bearbeitung von PEEK eine niedrigere Schnittgeschwindigkeit und einen geringeren Vorschub einhalten. Sie können Delrin jedoch mit einer höheren Geschwindigkeit bearbeiten.

Xcmachining: Ihr zuverlässiger Partner für die Bearbeitung von PEEK-Kunststoff

Wir haben bereits festgestellt, dass die Bearbeitung von PEEK fachkundige Maschinenführer erfordert. Wie können Sie also am besten eine erfolgreiche Fertigung mit diesem Polymer erreichen? Die Antwort ist die Zusammenarbeit mit einem zuverlässigen Dienstleister für Ihr Projekt - Xcmachining!

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Schlussfolgerung

PEEK ist ein äußerst vielseitiger Thermoplast mit zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten. Es birgt jedoch einige besondere Herausforderungen, insbesondere bei der maschinellen Bearbeitung, oft aufgrund seiner hohen Temperaturbeständigkeit und Abrasivität. Daher erfordert die Bearbeitung von PEEK erfahrene Zerspanungsmechaniker mit Kenntnissen über die geeigneten Techniken für die Bearbeitung dieses Thermoplasten.

FAQs

Wie dick ist PEEK-Kunststoff?

Die Dicke von PEEK-Kunststoff variiert je nach Designspezifikationen und anderen Faktoren. Standard-PEEK-Platten variieren jedoch zwischen 0,5 mm (0,02 Zoll) und können bis zu 10 mm (0,4 Zoll) dick sein.

Was sind die Herausforderungen bei der Bearbeitung von PEEK?

Zu den Faktoren, die die Bearbeitbarkeit von PEEK erschweren, gehören die schlechte Wärmeableitung während der Bearbeitung und seine Abrasivität.

Wie sieht es mit der Festigkeit und dem Gewicht von PEEK im Vergleich zu Metall aus?

Als Kunststoff ist PEEK wesentlich leichter als Metalle. Aufgrund seiner einzigartigen chemischen Zusammensetzung verfügt PEEK jedoch über eine beträchtliche Festigkeit, die höher ist als die von Standardkunststoffen. Daher verfügt es über ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, was es für verschiedene Anwendungen sehr vorteilhaft macht.