Ultem (PEI) Machining:Sorten und Bearbeitbarkeit verstehen

Ultem ist ein Hochleistungskunststoff mit hervorragenden mechanischen und chemischen Eigenschaften. Es ist ein nützliches Material für hochwertige Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Elektronikhandhabung und Transportwesen. Die maschinelle Bearbeitung ist eine der wichtigsten Fertigungstechniken für die Ultem-Produktion.

Dieser Artikel konzentriert sich auf die ultimative CNC-Bearbeitung. Wir erklären, was Ultem ist, die verschiedenen Ultem-Qualitäten und die Bearbeitbarkeit von Ultem.

Was ist Ultem?

Beginnen wir mit einer einfachen Frage:Was genau ist Ultem? Polyetherimid (PEI-Markenname:ultem) ist ein Kunststoffmaterial mit transparentem, bernsteinfarbenem Aussehen und einer Vielzahl wünschenswerter Materialeigenschaften.

Innerhalb seiner Familie hochleistungsfähiger thermoplastischer Polymere gehört es zu den stärkeren und zäheren und ist in der Lage, seine Leistung auch unter extremen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Zum Vergleich:Es ist dem beliebten thermoplastischen PEEK (Polyetherketon) ziemlich ähnlich.

Materialeigenschaften von Ultem

Es gibt verschiedene Materialeigenschaften von Ultem, um zu verstehen, was es unter den Thermoplasten überlegen und einzigartig macht, insbesondere im Hinblick auf die Bearbeitbarkeit.

Thermische Stabilität

Ultem ist ein großartiges Material für Hochtemperaturanwendungen. Es verfügt über eine bemerkenswerte thermische Stabilität, die es ihm ermöglicht, seine Materialeigenschaften bei erhöhten Temperaturen von über 200 °C beizubehalten. Darüber hinaus behält es auch bei hohen Temperaturen seine Steifigkeit und widersteht Verformungen.

Chemische Beständigkeit

Die hervorragende chemische Beständigkeit ist eine der attraktivsten Eigenschaften von Ultem. Es zeichnet sich unter den amorphen Thermoplasten dadurch aus, dass es chemischen Reaktionen mit Verbindungen wie Säuren, Ölen, Fetten, Alkohol usw. besser standhält.

Darüber hinaus ist es auch widerstandsfähig gegen Spannungsrisse bei Kontakt mit verschiedenen chemischen Verbindungen. Diese Eigenschaft hilft bei der ultimativen CNC-Bearbeitung, da die meisten Kühl-/Schmiermittel wässrige Lösungen solcher Verbindungen sind.

Mechanische Festigkeit

Ultem verfügt über eine Reihe starker mechanischer Eigenschaften, die es für Anwendungen mit hoher Festigkeit sehr nützlich machen. In erster Linie handelt es sich um ein starkes Material mit einer Zugfestigkeit von 110 MPa. Es verfügt außerdem über eine hohe Biege- und Schlagfestigkeit.

Darüber hinaus ist es ein harter Thermoplast. Mit einer beeindruckenden Rockwell-M-Härte von 109 widersteht es Abrieb und Oberflächenverschleiß.

Elektrische Isolierung

Ultem ist ein hervorragender elektrischer Isolator mit hoher Durchschlagsfestigkeit. In Kombination mit seinem einzigartigen Erscheinungsbild stellt dies eine große Chance für Produktdesigner von Elektroprodukten dar. Es eignet sich ideal als Material für die Herstellung von Adaptern, Klemmen und Gehäusen für elektrische Schaltkreise.

Dimensionsstabilität

Die Dimensionsstabilität von Ultem hängt mit seinen mechanischen und thermischen Eigenschaften zusammen. Aufgrund der hohen Steifigkeit und Härte sind die von Machining Ultem hergestellten Produkte sehr präzise. Darüber hinaus verhindert seine hohe thermische Stabilität nicht nur übermäßige Verformungen während der Bearbeitung, sondern behält auch die Dimensionsstabilität bei hohen Temperaturen bei.

Geringe Entflammbarkeit

Ultem zeichnet sich außerdem durch eine unglaubliche Flammwidrigkeit aus. Es entspricht der UL94 V-0-Spezifikation für Entflammbarkeit. Darüber hinaus erzeugt es sehr geringe Mengen ungiftigen Rauchs.

Dies sind hervorragende Eigenschaften für die Gebrauchstauglichkeit bei hohen Temperaturen, insbesondere bei der Bearbeitung von Ultem, wo die Temperaturen tendenziell hoch sind.

Verschiedene Grade von Ultem

Ultem ist ein vielseitiges Material mit mehreren Qualitäten, von denen jede eine andere Mischung von Eigenschaften bietet. In diesem Abschnitt besprechen wir die gängigen Grade von Ultem.

Ultem 1000

Ultem 1000 ist die bekannteste Ultem-Sorte. Es bietet alle oben genannten mechanischen und chemischen Eigenschaften und hat den klassischen transparenten Bernsteinton. Es ist jedoch auch in verschiedenen Farben auf dem Markt erhältlich. Darüber hinaus gibt es auch undurchsichtige Varianten.

Es ist außerdem ein kostengünstiger Thermoplast für Bearbeitungsanwendungen und bietet Hochtemperaturverarbeitbarkeit und Flammschutz.

Darüber hinaus ist Ultem 1000 ein sehr vielseitiges Material, das für elektronische Gehäuse, Innenkomponenten für Automobile und Flugzeuge mit geringer bis mittlerer Belastung, Haushaltsgegenstände und Lebensmittelproduktionsumgebungen verwendet wird.

Ultem 2100

Ultem 2100 ist eine mit 10 % Glasfasern gefüllte Variante des Standard-Ultem-Materials. Der Zusatz von Glasfasern verbessert die mechanische Festigkeit und Steifigkeit, was eine gute Verbesserung für Anwendungen mit hoher Intensität darstellt. Auch seine chemischen Eigenschaften und seine allgemeine Bearbeitbarkeit sind denen anderer Standard-Ultem-Typen ebenbürtig.

Die Steifigkeit und chemische Beständigkeit von Ultem machen es zum perfekten Material für Hartverpackungen, Kfz-Ersatzteile und elektronische Materialhandhabung.

Ultem 2300

Ultem 2300 ist unter den glasfasergefüllten Ultem-Typen die bekannteste. Mit einer Glasfaserzusammensetzung von 30 % verfügt es über eine unglaubliche Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionsstabilität sowie eine hohe thermische Stabilität.

Daher ist es im Allgemeinen die erste Wahl für Designer, wenn sie die überlegenen chemischen Eigenschaften von Ultem nutzen möchten, aber eine zusätzliche Verbesserung der mechanischen Eigenschaften benötigen.

Ultem 4000

Ultem 4000 ist ein Hochleistungs-Ultem-Typ mit Glasfaser-, PTFE- und Graphitpulverfüllungen. Diese zusätzlichen Verbindungen verbessern die Verschleißfestigkeit erheblich, indem sie den Reibungskoeffizienten senken. Sie wirken als inneres Schmiermittel.

Zu den Hauptanwendungsgebieten zählen aufgrund seiner glatten, verschleißfesten Eigenschaften elektronische Gerätegehäuse, persönliche Zubehörartikel und die Getränkeindustrie.

Herausforderungen und Tipps für die Bearbeitung von Ultem

Ultem ist gut bearbeitbar und lässt sich daher nicht so schwer bearbeiten wie Metalle. Aufgrund spezifischer Bearbeitungsprobleme wie thermischer Erweichung und Spannungsrissbildung ist die Bearbeitung jedoch nicht sehr einfach. Aus diesem Grund haben Maschinenbauer einige Tipps für die Herausforderungen zusammengestellt, denen sie bei der Bearbeitung von Ultem gegenüberstehen.

Glühen zum Stressabbau

Glühen ist ein Wärmebehandlungsprozess, bei dem das Material über einen bestimmten Zeitraum auf bestimmten Temperaturen gehalten wird, um innere Spannungen abzubauen. Es handelt sich um einen Vorbearbeitungsprozess, der die endgültige Bearbeitbarkeit erheblich verbessert.

Aufgrund seiner amorphen Beschaffenheit ist es anfällig für Spannungsrisse während der Bearbeitung, was bei der CNC-Bearbeitung mit Abstand die häufigste Herausforderung darstellt. Mit einem ausgewogenen Glühzyklus kann das Rissrisiko auf ein beherrschbares Maß gesenkt werden.

Kühlmittel zur Verhinderung von Rissen

Die thermische Stabilität ist eine Schlüsseleigenschaft von Ultem, erfordert jedoch bei riskanten Vorgängen immer noch die Verwendung von Kühl-/Schmiermitteln. Darüber hinaus weisen glasfaserverstärkte Varianten wie Ultem 2100 und Ultem 2300 eine etwas geringere thermische Stabilität als Standard-Ultem-Typen auf, sodass Kühlmittel empfohlen wird.

Je nach Einsatz können Maschinisten zwischen Nebel- und Flutkühlung wählen. Beim Bohren ist beispielsweise eine ausreichende Kühlmittelzufuhr erforderlich, um Risse zu vermeiden.

Scharfe, harte Schneidwerkzeuge

Einer der Faktoren, die sich negativ auf die Bearbeitbarkeit von Ultem auswirken, ist seine Verschleißfestigkeit. Es stumpft die Schneidkante von Werkzeugen ab, wenn die Werkzeuggeometrie und das Material nicht optimiert sind.

Vom Material her ist Schnellarbeitsstahl (HSS) ein ausreichend gutes Material für Standard-Ultem wie Ultem 1000. Für glasfaserverstärkte Varianten wie Ultem 2300 sind jedoch härtere CNC-Schneidwerkzeuge wie Hartmetall möglicherweise besser geeignet.

Chip-Management

Ultem produziert lange, faserige Chips. Diese können problematisch sein, wenn keine geeigneten Chip-Management-Maßnahmen vorhanden sind. Normalerweise reicht es aus, von Zeit zu Zeit Kühlmittel zu überfluten oder Vakuum anzusaugen.

Moderate Schnittparameter

Während die Bearbeitbarkeit von Ultem hoch ist, reagiert es empfindlich auf aggressive Schnitteinwirkungen. Die Hauptgründe hierfür sind die leichte Sprödigkeit und die Gefahr von Rissbildung. Hohe Vorschübe und Geschwindigkeiten können zu Brüchen/Rissen und hohem Wärmeeintrag führen.

Daher empfiehlt es sich, etwas konservativ zu sein und sich etwas Zeit zu nehmen, um die Schnittparameter zu optimieren, um Qualitätsprobleme zu vermeiden.

Oberflächenbeschaffenheitsoptionen für bearbeitete Ultem-Teile

Für die CNC-Bearbeitungsteile von Ultem stehen verschiedene Oberflächenbehandlungsoptionen zur Verfügung, da diese über eine hohe Dimensionsstabilität verfügen. In Kombination mit einer glatten Oberfläche wird es zu einem praktikablen, leichten Ersatz für Metallteile mit geringer Festigkeit. Zu den wichtigsten Optionen für die Oberflächenveredelung gehören:

Bearbeitet

Mit der CNC-Bearbeitung von Ultem können sehr feine Oberflächengüten von bis zu ± 1 µm erzielt werden. Für die meisten Anwendungen ist dies mehr als ausreichend und das Teil erfordert außer etwas Schleifen/Feilen keine weiteren Nachbearbeitungsverfahren.

Perlenstrahlen

Die gebräuchlichste und standardmäßigste Oberflächenbehandlung von Ultem-bearbeiteten Teilen ist das Strahlen. Mit automatischen Vorgängen können Maschinisten eine feine Oberflächengüte erzielen. Mit den verschiedenen Schleifmittelqualitäten ist das Endergebnis für Teile mittlerer Rauheit recht gut.

Stürzen

Beim Taumeln handelt es sich um einen Prozess, bei dem das Ultem-Teil zusammen mit anderen Medien wie Keramikpartikeln in eine rotierende Vibrationskammer gegeben wird. Die Maschine „wirbelt“ das Teil einige Zeit lang, während die Partikel die Oberfläche glätten, indem sie Vorsprünge abflachen. Für ultimative Teile werden aufgrund ihrer hohen Härte im Allgemeinen härtere Medien wie Keramik verwendet.

PEEK vs. Ultem Machining:Was sind die Unterschiede?

Ultem und PEEK sind sich in ihren Materialeigenschaften sehr ähnlich. Folglich weisen sie auch ähnliche Bearbeitbarkeitseigenschaften auf. Der vielleicht größte Unterschied zwischen ihnen ist der Preis:PEEK ist deutlich teurer als Ultem.

Im Allgemeinen ist PEEK in Bezug auf Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit etwas besser als Ultem. Daher ist PEEK etwas schwieriger und energieintensiver zu bearbeiten als Ultem. Seine höheren Reibungs- und Verschleißeigenschaften führen zu höherem Werkzeugverschleiß und höheren Schnitttemperaturen.

Folglich sind sich beide Materialien in Bezug auf die Bearbeitbarkeit immer noch sehr ähnlich. Für beides werden die gleichen Vorsichtsmaßnahmen getroffen:Glühen, Auswahl scharfkantiger Werkzeuge und Abkühlen. Da PEEK jedoch etwas härter ist, ist oft mehr Pflege erforderlich.

Beispielsweise eignen sich HSS-Werkzeuge für Ultem-Sorten mit geringer Festigkeit wie Ultem 1000, für PEEK empfehlen Experten jedoch immer die Verwendung von Hartmetall- oder sogar Diamantspitzenwerkzeugen. Ebenso erfordert PEEK in allen Fällen eine bessere Kühlung, während Ultem ohne Flutkühlung bearbeitet werden kann.

Anwendungen bearbeiteter Ultem-Teile

Die CNC-Bearbeitung von Ultem verfügt über ein breites Spektrum an industriellen Anwendungen, die von der Präzisionsluft- und Raumfahrt bis hin zu Verbrauchergeräten reichen. Einige seiner Hauptanwendungen sind wie folgt:

• Halbleiterausrüstung
• Unterlegscheiben, Dichtungen
• Medizinische Ausrüstung
• Elektronische Steckverbinder und Gehäuse
• Innenraumkomponenten für Flugzeuge

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Bei WayKen bieten wir CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für Kunststoffe mit Spezialisierung auf CNC-bearbeitete Ultem-Teile an. Unsere umfassenden CNC-Bearbeitungskapazitäten und unser Qualitätsanspruch machen uns zu einem vertrauenswürdigen Partner für die Lieferung bearbeiteter Kunststoffprototypen und -teile.

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Schlussfolgerung

Ultem ist ein Hochleistungsthermoplast mit einer Reihe vorteilhafter Eigenschaften, darunter hohe Festigkeit, thermische und chemische Stabilität und vor allem Bearbeitbarkeit. Aufgrund der zahlreichen Ultem-Qualitäten ist es die perfekte Wahl für eine Vielzahl industrieller und gewerblicher Anwendungen.

FAQs

Ist Ultem bearbeitbar?

Solange sehr scharfkantige Werkzeuge, geeignete Kühlung und niedrige bis mäßige Parameter verwendet werden, ist Ultem ein leicht zu bearbeitendes Material, das keine nennenswerten Herausforderungen mit sich bringt.

Wie schneidet Ultem im Vergleich zu PEEK ab?

Ultem und PEEK sind vergleichbare Materialien. Während PEEK das etwas stärkere und haltbarere Material ist, ist Ultem kostengünstiger und geht keine großen Kompromisse bei den Materialeigenschaften ein. Ultem ist außerdem einfacher zu bearbeiten als PEEK.

Was sind die Vorteile von Ultem?

Ultem verfügt über zahlreiche vorteilhafte Materialeigenschaften. Dazu gehören hohe Festigkeit, Schlagfestigkeit und Härte. Darüber hinaus ist es thermisch und chemisch stabil und behält seine Materialeigenschaften und seine Form bei hohen Temperaturen sowie bei Einwirkung von Verbindungen wie Säuren, Alkoholen, Fetten und Ölen.