Hoe brandvertragend PEEK te snijden zonder filters te verstoppen met CNC

PFT, Shenzhen

Abstract

Het snijden van brandvertragend polyetheretherketon (PEEK) door CNC-bewerking leidt vaak tot filterverstopping door ophoping van fijne deeltjes. Er is een bewerkingsstrategie ontwikkeld om dit probleem te verminderen door snijparameters, gereedschapsgeometrie en spaanafvoer methoden te optimaliseren. Gecontroleerde proeven vergeleken traditioneel droog frezen met hogedrukkoelvloeistof en vacuüm-ondersteunde extractie. Resultaten geven aan dat hogedrukkoelvloeistof in combinatie met een vier-snijder frees de hechting van deeltjes op filteroppervlakken aanzienlijk vermindert. Gegevens bevestigen dat filterverstopping met 63% wordt verminderd, terwijl de oppervlakte-integriteit en dimensionale tolerantie behouden blijven. Deze aanpak biedt een reproduceerbare oplossing voor CNC-bewerking van brandvertragend PEEK in industriële productie.

1 Inleiding

Brandvertragend PEEK wordt veel gebruikt in de lucht- en ruimtevaart, medische apparatuur en halfgeleiderapparatuur vanwege de uitstekende mechanische stabiliteit en vlamweerstand. De bewerking ervan vormt echter een terugkerende uitdaging: filters in koelvloeistof- of vacuümsystemen verstoppen snel door de generatie van microdeeltjes. Dit verhoogt de stilstand, onderhoudskosten en risico's op oververhitting. Eerdere studies hebben algemene problemen gemeld bij het bewerken van PEEK, maar weinigen hebben het specifieke probleem van filterverstopping tijdens CNC-snijden aangepakt. Het huidige werk richt zich op reproduceerbare methoden om verstopping te minimaliseren en tegelijkertijd de bewerkingsefficiëntie te behouden.

2 Onderzoeksmethode

2.1 Experimenteel ontwerp

Er is een vergelijkende studie uitgevoerd met behulp van drie bewerkingsopstellingen:

• Droog frezen met een standaard hardmetalen frees.

• Flood koelvloeistof frezen met 8 bar druk.

• Hogedrukkoelvloeistof frezen (16 bar) met vacuüm-ondersteunde extractie.

2.2 Gegevensverzameling

Bewerkingsproeven werden uitgevoerd op een 3-assig CNC-freescentrum (DMG Mori CMX 1100 V). Brandvertragende PEEK-platen (30 × 20 × 10 mm) werden gesneden met voedingen van 200 tot 600 mm/min en spilsnelheden van 4.000 tot 10.000 rpm. Filterverstopping werd gecontroleerd door de weerstand van de koelvloeistofstroom en de deeltjesopbouw om de 10 minuten te meten.

2.3 Gereedschappen en parameters

Hardmetalen gereedschappen met twee-snijder en vier-snijder geometrieën werden getest. Gereedschapsslijtage, spaangrootteverdeling en oppervlakteruwheid (Ra) werden geregistreerd. Experimenten werden drie keer herhaald om de reproduceerbaarheid te garanderen.

3 Resultaten en analyse

3.1 Filterverstopping prestaties

Zoals getoond in Tabel 1, resulteerde droog frezen in snelle verstopping, waarbij filters na 40 minuten gereinigd moesten worden. Flood koelvloeistof vertraagde de verstopping, maar voorkwam de ophoping niet. Hogedrukkoelvloeistof met vacuüm-ondersteunde extractie verlengde de levensduur van het filter tot meer dan 120 minuten voordat reiniging nodig was.

Tabel 1 Filterverstoppingstijd onder verschillende omstandigheden

3.2 Effecten van gereedschapsgeometrie

De vier-snijder frees produceerde fijnere spanen, maar met minder hechting aan filters in vergelijking met de twee-snijder versie. Dit droeg bij aan een soepelere koelvloeistofcirculatie en minder filterobstructie.

3.3 Oppervlakte-integriteit

De oppervlakteruwheid bleef binnen Ra 0,9–1,2 µm voor alle methoden, zonder significante verslechtering waargenomen onder hogedrukkoelvloeistofomstandigheden.

4 Discussie

De vermindering van filterverstopping wordt toegeschreven aan twee mechanismen: (1) hogedrukkoelvloeistof verspreidt spanen voordat ze in microdeeltjes fragmenteren, en (2) vacuümextractie minimaliseert de recirculatie van zwevende stof. Gereedschapsgeometrie speelt ook een rol, aangezien multi-snijder ontwerpen kortere, beter beheersbare spanen genereren. Beperkingen van deze studie zijn onder meer het gebruik van één PEEK-kwaliteit en bewerking alleen onder freesomstandigheden. Aanvullend onderzoek moet zich uitstrekken tot draai- en booroperaties, evenals alternatieve gereedschapscoatings.

5 Conclusie

Geoptimaliseerde bewerkingsstrategieën kunnen filterverstopping tijdens CNC-snijden van brandvertragend PEEK aanzienlijk verminderen. Hogedrukkoelvloeistof in combinatie met vacuümextractie en vier-snijder gereedschapsgeometrie zorgt voor een vermindering van 63% in de verstoppingfrequentie, terwijl de oppervlaktekwaliteit behouden blijft. Deze bevindingen ondersteunen een bredere industriële toepassing in de lucht- en ruimtevaart en de productie van medische apparatuur, waar schone bewerkingsomgevingen cruciaal zijn. Toekomstig werk moet de schaalbaarheid van deze methoden in multi-shift productie evalueren.