Начните с требования, а не с полимера
Инженерные пластмассы часто выбирают по имени: кто-то использовал Delrin раньше, поэтому следующая часть - Delrin тоже. Лучший подход - перечислить, что деталь должна выдержать, а затем выбрать пластик, который отвечает этим потребностям, с наименьшими затратами и риском. Большинство требований подразделяются на пять групп: температура, химические вещества, износ и трение, влажность и стабильность размеров, а также нормативные требования, такие как контакт с пищевыми продуктами.
Это руководство охватывает пластмассы, чаще всего обрабатываемые из стержня и пластины: POM (ацеталь), нейлон (PA6 и PA66), PTFE, UHMW-PE, PEI (Ultem) и PEEK. Указанные значения являются типичными цифрами для незаполненных марок; всегда проверяйте лист технических данных для точной оценки, которую вы заказываете.
Семейство требований 1: температура
Температура непрерывного использования является первым фильтром, потому что она быстро удаляет большинство опций.
| Пластик | Типичный предел непрерывного использования | Примечания |
|---|---|---|
| UHMW-PE | ~80 °C | Хорошо размягчается перед другими пластиками |
| ПОМ (ацеталь) | ~90–100 °C | Стабилен в коротких экскурсиях выше этого |
| Нейлон PA66 | ~90–120 °C | Сильно зависит от марки и нагрузки |
| PEI (Ultem) | ~170 °C | Аморфный, сохраняет жесткость почти до предела |
| PTFE | ~260 °C | Очень мягкий, ползает под нагрузкой |
| PEEK | ~250 °C | Сохраняет полезную прочность при высокой температуре |
Если деталь должна обрабатывать паровую стерилизацию, моторные отсеки или горячие жидкости, список сокращается до PEEK, PEI и PTFE. Если температура остается близкой к комнатной, определите стоимость и обрабатываемость.
Семейство требований 2: химическое воздействие
Проверьте устойчивость к конкретным жидкостям, концентрациям и температурам, используя таблицы химической совместимости поставщика смолы. Широкие шаблоны:
- ПТФЭ устойчив почти ко всем распространенным химическим
- ПЭЭК устойчив к очень широкому диапазону, включая многие растворители и углеводороды, но не концентрированную серную или азотную кислоту
- POM хорошо обрабатывает топливо, масла и растворители, но подвергается воздействию сильных кислот и окислителей
- Нейлон обрабатывает масла и топливо, но поглощает воду и ослабляется кислотами
- СВМПЭ устойчив ко многим кислотам и щелочам, но набухает в некоторых углеводородах
- PEI обрабатывает много жидкостей, но может растрескиваться под напряжением в некоторых растворителях
Семейство требований 3: износ и трение
Втулки, направляющие, шестерни и ползуны нуждаются в низком трении и хорошем износе.
POM
Жесткий, скользкий и стабильный по размеру. Фаворит для небольших шестерен, роликов и прецизионных скользящих деталей.
Нейлон
Прочный и износостойкий, хорошо подходит для шестерен и износостойких прокладок, особенно для масел или марок с заполнением MoS2.
UHMW-PE
Очень низкое трение и отличная стойкость к истиранию, идеально подходит для футеровки желобов и износостойких полос конвейера, но слишком мягкий для точных характеристик.
PTFE
Наименьшее трение из всех, но он ползет и быстро изнашивается, если не заполнен стеклом, углеродом или бронзой.
PEEK
Подшипниковый ПЭЭК (заполненный углеродом, графитом и ПТФЭ) выдерживает высокую скорость и нагрузку при высокой температуре.
Семейство требований 4: влагостойкость и стабильность размеров
Нейлон - это предостерегающий случай. Он поглощает заметное количество воды из влажного воздуха, и его размеры и жесткость изменяются вместе с ним. Нейлоновая деталь с жестким допуском, измеренная в сухом состоянии, может выйти за пределы допуска через несколько недель во влажном помещении. Используйте нейлон там, где допустимы более свободные допуски, или выберите Pom, который поглощает очень мало воды.
Пластмассы также расширяются с температурой гораздо больше, чем металлы, обычно в несколько раз превышающей расширение стали. Пластиковая деталь, запрессованная в алюминиевый корпус, будет устанавливаться по-разному при 0 °C и 60 °C. Оставьте зазор и проверьте посадку во всем рабочем диапазоне.
Обработанные пластмассовые детали также могут расслабиться после обработки по мере высвобождения внутренних напряжений. Отжиг заготовки, симметричная обработка и время отдыха между черновой и чистовой обработкой помогают удерживать допуск на длинных или тонких деталях.
Семейство требований 5: соблюдение И особые потребности
Многие марки доступны с соблюдением требований к контакту с пищевыми продуктами, такие как FDA или EU марки Pom, UHMW-PE, PEEK и PTFE, соответствующие требованиям к контакту с пищевыми продуктами. Для некоторых медицинских применений требуются специальные марки с документально подтвержденными испытаниями на биосовместимость. Электрические части могут нуждаться в определенных оценках пламени, которые PEI и PEEK достигают без добавок. Подтвердите точную марку и ее документацию перед заказом; универсальный стержень «Natural POM» может не иметь необходимого сертификата.
Профили материалов
POM (ацеталь, тип Delrin)
Машины очень чистые, выдерживают жесткий допуск и доступны по цене. Гомополимер немного прочнее; сополимер лучше сопротивляется горячей воде и щелочам и менее подвержен пористости в толстых срезах. Сильное значение по умолчанию для точных механических деталей при умеренной температуре.
Нейлон PA6 / PA66
Прочный и ударопрочный с хорошим износом. Литой нейлон доступен в больших размерах. Следите за поглощением влаги и допусками.
PTFE
Химически инертный, очень низкое трение, хороший электрический изолятор. Мягкий, ползучий и трудно удерживаемый до жесткой переносимости. Заполненные марки улучшают износ и ползучесть.
UHMW-PE
Дешевый, очень прочный и устойчивый к истиранию. Плохая стабильность размеров и низкая термостойкость; лучше всего подходит для вкладышей и износостойких полос.
PEI (Ultem)
Янтарный, прочный и жесткий при температуре, по своей природе огнестойкий и способный переносить повторную стерилизацию. Чувствителен к надрезам, поэтому избегайте острых внутренних углов.
PEEK
Высокопроизводительный вариант: прочность, жесткость, химическая стойкость и термостойкость вместе. Дорогое сырье, поэтому оно зарезервировано для деталей, которые действительно в нем нуждаются. Стеклянные и углеродистые марки добавляют жесткости.
Быстрый путь принятия решения
- Более 150° C непрерывно: PEEK или PEI или PTFE, если нагрузки низкие
- Агрессивные химические вещества: сначала PTFE, затем PEEK
- Точные скользящие или зубчатые детали при умеренной температуре: ПОМ
- Прочные изнашиваемые детали с ослабленным допуском: нейлон
- Большие износостойкие вкладыши с ограниченным бюджетом: UHMW-PE
- Стерилизация и огнестойкость: PEI или PEEK
Примечания по проектированию механически обработанных пластмассо
Пластмассы мягче и менее жесткие, чем металлы, поэтому резак толкает тонкие стенки, и они отскакивают. Держите стены толще, чем в алюминии, где это возможно, и избегайте очень глубоких узких карманов. Щедрые внутренние радиусы снижают концентрацию напряжений, что наиболее важно для чувствительных к надрезам пластмасс, таких как PEI и некоторые заполненные марки.
Допуски должны отражать материал. Жесткие допуски достижимы в POM и PEEK, но нейлон, ПТФЭ и СВМПЭ перемещаются с температурой, влажностью и снятием напряжения. Применение допуска по металлическому покрытию к детали СВМП создает споры о проверке без улучшения функции.
Нити в пластмассах слабее, чем в металлах. Для повторной сборки используйте резьбовые вставки, а не постукивайте непосредственно в пластик, особенно в ПТФЭ и СВМПЭ.
Формование и механическая обработка
Механическая обработка со склада подходит для прототипов и небольших объемов, и она обрабатывает высокопроизводительные материалы, такие как PEEK, без затрат на оснастку. При больших объемах литье под давлением становится экономичным, но формованные детали следуют различным правилам проектирования, включая тягу и равномерную толщину стенки. Формованная марка также может отличаться от марки стержня. Если деталь перейдет на формование позже, проектируйте с учетом этого с самого начала.
Распространенные ошибки отбора
- Выбор PEEK по умолчанию, когда POM будет выполнять работу за небольшую часть стоимости материала
- Удерживание нейлона в соответствии с допусками металлического стиля, а затем отбраковка деталей, которые перемещались с влажностью
- Использование незаполненного ПТФЭ в качестве нагруженного подшипника и наблюдение за его ползучестью
- Забывая, что СВМПЭ размягчается при температурах, которых может достигать горячий салон автомобиля
- Указание применения для контакта с пищевыми продуктами без запроса соответствующей марки и ее документов
- Игнорирование острых внутренних углов в чувствительных к надрезам материалах, которые затем трескаются при сборке
Каждая из этих ошибок распространена, и каждую из них легко предотвратить, если список требований записан до выбора материала.
Прототипирование и валидация
Обработанный прототип - это самый быстрый способ подтвердить, что пластик будет работать. Испытайте его при реальной температуре, с реальными жидкостями и при реалистичных нагрузках достаточно долго, чтобы увидеть ползучесть. Для деталей, которые будут формованы позже, помните, что обработанный прототип из стержня может вести себя несколько иначе, чем формованная деталь, потому что процесс формования вводит ориентацию потока, линии сварки и различные внутренние напряжения. Используйте обработанные прототипы для выбора семейства полимеров, а затем подтвердите с помощью формованных образцов перед окончательным выпуском.
Если первый выбор не проходит тест, режим отказа обычно указывает на следующий выбор. Ползучесть предполагает более жесткий или заполненный класс, набухание предполагает менее абсорбирующий полимер, а растрескивание предполагает более жесткий материал или больший радиус.
Правильное нанесение на рисунок
Назовите полимер, марку или торговое название, если это имеет значение, цвет и любой наполнитель. «Натуральный ПЭЭК 450 Г» или «черный ацетальный сополимер» устраняет двусмысленность. Если необходимы документы о соответствии, перечислите их в примечаниях, чтобы они цитировались и поставлялись вместе с деталями.