Топ-11 высокопроизводительных пластиков для ЧПУ-обработки: ключевые преимущества

Пластики являются неотъемлемой частью современного производства — они широко доступны, большинство из них недороги и совместимы с популярными технологиями производства, такими как литье под давлением, 3D-печать и ЧПУ-обработка.

ЧПУ-обработка — это вычитающий производственный процесс, который использует вращающиеся режущие инструменты и сверла для систематического удаления материала из цельного блока, формируя деталь. При производстве пластиковых деталей ЧПУ-обработка обеспечивает более высокую точность, чем литье под давлением. Кроме того, ЧПУ-обработка совместима с более широким спектром пластиков, чем многие другие методы, что делает её желательным выбором для многих проектных команд. Вот 11 самых распространенных пластиков для ЧПУ-обработки, доступных сегодня:

11 распространенных пластиков для ЧПУ

1. Акрилонитрилбутадиенстирол (ABS)

ABS — популярный инженерный термопластик, известный своей ударной прочностью и стойкостью, высокой теплостойкостью и хорошей обрабатываемостью. Этот пластик является хорошим диэлектриком, идеально подходит для электротехнических применений и сохраняет механическую стабильность во времени.

Благодаря низкому весу, доступной цене и широкой доступности, многие проектные команды используют ABS для быстрого прототипирования. Другие распространенные применения включают корпуса электроники, клавиши клавиатур и компоненты приборных панелей автомобилей.

Несмотря на прочность, ABS высоко восприимчив к износу под воздействием определенных смазок, растворителей и спиртов. Кроме того, обычные марки ABS, не обработанные термостабилизаторами, легко горят и иногда продолжают гореть даже после удаления источника огня.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 10–50%
• Модуль упругости на изгиб: 1,6–2,4 ГПа
• Предел прочности на растяжение: 29,8–43 МПа
• Твердость по Шору D: 100

2. Найлон 66

Найлон, также известный как полиамид (PA), — это обширная категория инженерных термопластиков с низким коэффициентом трения, высокой ударной прочностью, высокой стойкостью к абразивному износу и химическому воздействию, а также отличными механическими свойствами в целом.

Найлон 66 особенно хорошо подходит для ЧПУ-обработки, так как он достаточно прочен и долговечен для широкого круга применений во многих отраслях, включая автомобилестроение и медицинские приборы. Этот пластик по природе высокопроизводителен, выдерживает значительные нагрузки и устойчив к повреждениям маслом и топливом. Однако найлон 66 имеет низкую размерную стабильность при впитывании влаги, и впитывает её очень легко. Он также плохо устойчив к воздействию сильных минеральных кислот.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 150–300%
• Модуль упругости на изгиб: 2965 МПа
• Предел прочности на растяжение: 76 МПа
• Твердость: 116 по шкале Роквелл R

3. Полиэтерэтеркетон (PEEK)

PEEK — высокопроизводительный термопластик, известный своим необычным сочетанием механических свойств. Этот пластик устойчив к химическим веществам, износу, ползучести, усталости, жидкостям и температурам до 260 °C (480 °F). Он также легок, достаточно прочен для выдерживания суровых условий среды и нерастворим во всех распространенных растворителях. Плюс, PEEK поддается переработке и биосовместим.

Как и найлон, PEEK часто используется для замены металла при ЧПУ-обработке. Типичные применения включают поршневые узлы, критические детали двигателей самолетов и стоматологические шприцы.

Несмотря на все свои преимущества, PEEK не устойчив к ультрафиолетовому излучению и плохо переносит воздействие галогенов или натрия. Кроме того, это один из самых дорогих пластиков для ЧПУ-обработки на рынке — проектные команды должны рассматривать его только для самых требовательных применений.

Механические характеристики (незаполненный PEEK):

• Относительное удлинение при разрыве: 30–150%
• Модуль упругости на изгиб: 3,7–4 ГПа
• Плотность: 1,26–1,32 г/см³
• Вязкость (ударная вязкость по Изоду с 노чкой при комнатной температуре): 80–94 Дж/м

4. Полиоксиметилен (POM)

Наиболее известный под коммерческим названием Delrin, POM — один из самых хорошо обрабатываемых пластиков для ЧПУ. Проектные команды выбирают POM, когда им нужен высокопрочный, высокоригидный пластик с отличной теплостойкостью, износостойкостью, погодостойкостью, химической стойкостью и устойчивостью к топливу.

Delrin 570 и 150 — самые распространенные марки POM для ЧПУ-обработки, так как они обладают отличной размерной стабильностью и идеальны для создания точных деталей с жесткими допусками. Однако этот пластик слабо устойчив к кислотам. Кроме того, его может быть трудно склеивать. Типичные применения POM включают компоненты ремней безопасности, электронные сигареты, инсулиновые ручки и водомеры.

Механические характеристики (Delrin 570):

• Модуль упругости на растяжение: 4900 МПа
• Модуль упругости на изгиб: 4600 МПа
• Ударная вязкость, изод с засечкой: 6 кДж/м²
• Предел прочности на растяжение при разрыве: 53 МПа

5. Поликарбонат (PC)

PC хорошо известен и широко используется в производственной отрасли. Он прочен, но легок, по природе теплостойок и обладает отличными диэлектрическими свойствами. PC также более эффективен, чем другие инженерные термопластики.

Конструкторы должны знать, что PC по природе прозрачен и пропускает свет не хуже стекла — плюс он хорошо окрашивается. Распространенные применения включают защитные очки, хирургические инструменты, автоматические выключатели и CD/DVD.

К сожалению, хорошие механические свойства PC деградируют после длительного воздействия воды температурой выше 60 °C. Также, хотя PC устоен к разбавленным кислотам, маслам и смазкам, он восприимчив к износу от углеводородов и пожелтеет со временем при длительном воздействии УФ-лучей.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 50–120%
• Модуль упругости на изгиб: 2,2–2,5 ГПа
• Предел прочности на растяжение при разрыве: 55–77 МПа
• Твердость по Шору D: 90–95

6. Политетрафторэтилен (PTFE)

PTFE, известный как Тefлон, — универсальный высокопроизводительный полимер с рядом механических свойств, делающих его ценным для проектных команд, разрабатывающих коммерческие продукты. Этот пластик устоен к химикатам, температуре, свету, УФ, воде, атмосферным воздействиям и усталости. Известный своими отличными антиприлипательными свойствами, PTFE чаще всего встречается в покрытиях для антипригарных сковородок, но также используется для прокладок, полупроводниковых деталей и даже сердечных заплаток.

PTFE имеет самый низкий коэффициент трения среди всех твердых материалов и входит в пятерку самых коррозионно-стойких пластиков. Однако механические свойства PTFE при комнатной температуре обычно ниже, чем у других инженерных пластиков — хотя это можно исправить добавлением соответствующих наполнителей. Также важно отметить, что существуют ограничения на толщину деталей из PTFE, так как он обычно доступен только в виде плит или стержней толщиной до двух дюймов. PTFE также чувствителен к ползучести и абразивному износу.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 300–550%
• Модуль упругости на растяжение: 550 МПа
• Пробивная прочность диэлектрика: 19,7 кВ/мм
• Коэффициент динамического трения: 0,04

7. Пластики из полиэтилена высокой плотности (HDPE)

HDPE — гибкий, легко обрабатываемый пластик, устойчивый к напряженному коррозионному растрескиванию, химикатам и коррозии даже при низких температурах. Он обеспечивает такую же исключительную ударную прочность, как полиэтилен низкой плотности (LDPE), но с в 4 раза более высокой прочностью на растяжение. Однако этот материал имеет низкую УФ-стойкость. Типичные применения включают заглушки, уплотнители и электрические изоляторы.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 500%
• Прочность на растяжение: 4000 psi
• Плотность: 0,035 фунт/куб. дюйм
• Твердость: по Роквелл R65

8. Ультравысокомолекулярный полиэтилен (UHMW)

UHMW — прочный, универсальный и высокообрабатываемый пластик с высокой абразивной и износостойкостью. Проектные команды обращаются к этому материалу, когда им нужен долговечный пластик с низким коэффициентом трения для промышленных применений.

Проектные команды должны помнить, что UHMW не подходит для высоконагруженных применений, так как он высоко восприимчив к ползучести, и не должен использоваться при температурах выше 80–100 °C. UHMW часто встречается в обивках кузовов пикапов, деталях пищевых машин, противоизносных полосках и морских амортизирующих накладках.

Механические характеристики:

• Прочность на растяжение: 3100 psi
• Модуль упругости на изгиб: 110 000 psi
• Ударная вязкость по Изоду (с засечкой): 18,0

9. Полиметилметакрилат (PMMA)

PMMA, известный как акрил или акриловое стекло, — жесткий термопластик, широко известный своей устойчивостью к разрушению. Он прочен, легок, устоен к большинству лабораторных химикатов. Однако он разрушается при использовании с хлорированными или ароматическими углеводородами, кетонами или эфирами.

По сравнению с полистиролом, PMMA лучше пропускает свет и более устойчив к выветриванию и УФ-излучению. С дизайнерской точки зрения, этот пластик предлагает неограниченные варианты окрашивания и показатель преломления 1,49.

Однако PMMA слабо устоен к теплу, удару, износу или абразивному износу. Также этот материал склонен к трещинам под тяжелыми нагрузками. Таким образом, проектные команды должны рассматривать PMMA только для низконежненных применений, таких как навесы теплиц, чехлы указателей поворота автомобилей, солнечные панели и устройства для тестирования лекарств.

Механические характеристики:

• Относительное удлинение при разрыве: 2–10%
• Модуль упругости на изгиб: 2,5–3,5 ГПа
• Твердость по Шору D: 90–99
• Предел прочности на растяжение при разрыве: 38–70 МПа

10. Полипропилен (PP)

Полипропилен — экономичный пластик для ЧПУ-обработки, предлагающий уникальное сочетание свойств, не встречающееся во многих других пластиках. Он легок, высоко химически устоен в коррозионных средах и устоен к большинству органических растворителей, обезжиривающих агентов и электролитов.

По сравнению с LDPE и HDPE, PP имеет более низкую ударную прочность, но компенсирует это прочностью на растяжение. Как и PTFE, PP обычно ограничен листами толщиной до трех дюймов для обработки, поэтому размер детали ограничен.

Механические характеристики:

• Предел текучести на растяжение: 4800 psi
• Прочность на изгиб: 5400 psi
• Модуль упругости на изгиб: 160 000 psi
• Твердость: 80 по Роквелл R

11. Полиэтилен низкой плотности (LDPE)

LDPE — прочный, но гибкий пластик для ЧПУ-обработки, известный своей гибкостью при низких температурах и коррозионной стойкостью. Его легко сварять и термозаваривать, он обладает хорошей химической стойкостью.

LDPE в основном используется для ортезов и протезов. Однако LDPE не следует использовать для применений, требующих жесткости, высокой структурной прочности и высокой теплостойкости. Размер детали также ограничен из-за ограничений по толщине коммерчески доступного LDPE.

Механические характеристики:

• Прочность на растяжение: 1400 psi
• Модуль упругости на изгиб: 30 000 psi
• Ударная вязкость по Изоду (с засечкой): без разрыва

Начните работу с Fast Radius

ЧПУ-обработка — универсальный производственный процесс, позволяющий проектным командам и инженерам создавать высококачественные детали со сложной геометрией. Однако, поскольку ЧПУ-обработка совместима практически с любым материалом, который можно обработать, инженерам приходится выбирать из огромного спектра вариантов. Просеивание всех возможных вариантов и выбор материала, наиболее подходящего для их варианта использования, может быть сложной и затратной по времени задачей.

Опытный производственный партнер вроде Fast Radius может оптимизировать процесс выбора материала. Наша команда имеет многолетний опыт сопровождения клиентов на всех этапах производства — от оптимизации дизайна и выбора материала до производства и быстрой отгрузки. Мы хорошо подготовлены, чтобы помочь проектным командам точно определить материал для ЧПУ-обработки, подходящий для их уникальных проектов. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы начать.

Для получения дополнительной информации о ЧПУ-обработке пластиков и экспертных советов по выбору материалов посетите учебный центр Fast Radius.

Готовы изготовить свои детали с Fast Radius?

Начните расчет стоимости