Mecanizado Ultem (PEI):comprensión de las calidades y la maquinabilidad

Ultem es un material plástico de altas prestaciones y con grandes propiedades mecánicas y químicas. Es un material útil para industrias de alto valor como la aeroespacial, la automotriz, la manipulación de productos electrónicos y el transporte. El mecanizado es una de las principales técnicas de fabricación para la producción de Ultem.

Este artículo se centrará en el mecanizado CNC ultem. Explicaremos qué es Ultem, los diferentes grados de Ultem y su maquinabilidad.

¿Qué es Ultem?

Comencemos con una pregunta sencilla:¿qué es exactamente ultem? La polieterimida (nombre comercial de PEI:ultem) es un material plástico con una apariencia transparente de color ámbar y una amplia gama de propiedades materiales deseables.

Dentro de su familia de polímeros termoplásticos de alto rendimiento, se encuentra entre los más fuertes y resistentes, capaces de mantener su rendimiento en condiciones extremas. En comparación, es bastante similar al popular termoplástico PEEK (poliéter cetona).

Propiedades materiales de Ultem

Existen varias propiedades materiales de Ultem para comprender qué lo hace superior y único entre los termoplásticos, especialmente desde una perspectiva de maquinabilidad.

Estabilidad térmica

Ultem es un gran material para aplicaciones de alta temperatura. Tiene una notable estabilidad térmica, lo que le permite mantener sus propiedades materiales a temperaturas elevadas de más de 200 ℃. Además, también conserva su rigidez a altas temperaturas, resistiendo las deformaciones.

Resistencia química

La excelente resistencia química es una de las propiedades más atractivas de Ultem. Destaca entre los termoplásticos amorfos por tener una mayor capacidad de resistir reacciones químicas con compuestos como ácidos, aceites, grasas, alcohol, etc.

Además, también es bueno para resistir el agrietamiento por tensión al entrar en contacto con diferentes compuestos químicos. Esta característica ayuda con el mecanizado CNC ultem, ya que la mayoría de los refrigerantes/lubricantes son soluciones acuosas de dichos compuestos.

Resistencia mecánica

Ultem presenta una sólida colección de propiedades mecánicas que lo hacen muy útil en aplicaciones de alta resistencia. En primer lugar, se trata de un material resistente, con una resistencia a la tracción de 110 MPa. También tiene una alta resistencia a la flexión y al impacto.

Además, es un termoplástico duro. Con una formidable dureza Rockwell M de 109, puede resistir la abrasión y el desgaste de la superficie.

Aislamiento eléctrico

Ultem es un gran aislante eléctrico con una alta rigidez dieléctrica. Esto, en combinación con su apariencia única, presenta una gran oportunidad para los diseñadores de productos eléctricos. Sirve como una opción de material ideal para fabricar adaptadores, abrazaderas y carcasas para circuitos eléctricos.

Estabilidad dimensional

La estabilidad dimensional de Ultem está ligada a sus propiedades mecánicas y térmicas. Debido a su alta rigidez y dureza, los productos fabricados mediante mecanizado ultem son muy precisos. Además, su alta estabilidad térmica no sólo evita deformaciones excesivas durante el mecanizado sino que también mantiene la estabilidad dimensional a altas temperaturas.

Baja inflamabilidad

Ultem también cuenta con una increíble resistencia a las llamas. Cumple con la especificación UL94 V-0 de inflamabilidad. Además, produce cantidades muy pequeñas de humo no tóxico.

Estas son excelentes cualidades para tener capacidad de servicio a alta temperatura, especialmente cuando se mecaniza Ultem, donde las temperaturas tienden a ser altas.

Diferentes grados de Ultem

Ultem es un material versátil con varios grados, cada uno de los cuales ofrece una combinación diferente de cualidades. En esta sección, analizaremos los grados comunes de ultem.

Ultem 1000

Ultem 1000 es el grado Ultem más conocido. Ofrece todas las características mecánicas y químicas antes mencionadas y tiene el clásico tono ámbar transparente. Sin embargo, también está disponible en diferentes colores en el mercado. Además, también tiene variantes opacas.

También es un termoplástico rentable para aplicaciones de mecanizado, que ofrece trabajabilidad a alta temperatura y retardo de llama.

Además, Ultem 1000 es un material muy versátil que se utiliza para gabinetes electrónicos, componentes interiores de aviación y automóviles de carga baja a media, artículos para el hogar y entornos de producción de alimentos.

Últem 2100

Ultem 2100 es una variante rellena con un 10 % de fibra de vidrio del material Ultem estándar. La adición de fibras de vidrio mejora su resistencia mecánica y rigidez, lo que supone una buena mejora para aplicaciones de alta intensidad. Además, sus propiedades químicas y su maquinabilidad general están a la par con otros grados estándar de ultem.

La rigidez y la resistencia química de Ultem lo convierten en el material perfecto para embalajes rígidos, piezas de repuesto para automóviles y manipulación de materiales electrónicos.

Ultem 2300

Ultem 2300 es el más conocido entre los grados de ultem rellenos de fibra de vidrio. Con una composición de 30 % de fibra de vidrio, tiene una resistencia, rigidez y estabilidad dimensional increíbles, además de una alta estabilidad térmica.

Como resultado, generalmente es la primera opción de los diseñadores cuando buscan aprovechar las propiedades químicas superiores de Ultem pero necesitan un impulso adicional a las propiedades mecánicas.

Ultem 4000

Ultem 4000 es una calidad Ultem de alto rendimiento con rellenos de fibra de vidrio, PTFE y polvo de grafito. Estos compuestos adicionales mejoran significativamente sus capacidades de resistencia al desgaste al disminuir el coeficiente de fricción. Actúan como lubricante interno.

Sus principales aplicaciones incluyen carcasas de dispositivos electrónicos, accesorios personales y la industria de bebidas, debido a sus capacidades suaves y resistentes al desgaste.

Desafíos y consejos para mecanizar Ultem

Ultem tiene buena maquinabilidad, por lo que no es difícil de mecanizar como los metales. Sin embargo, no es muy fácil de mecanizar debido a problemas específicos de mecanizado, como el ablandamiento térmico y el agrietamiento por tensión. Por lo tanto, los maquinistas han ideado algunos consejos para los desafíos que enfrentan al mecanizar Ultem.

Recocido para aliviar el estrés

El recocido es un proceso de tratamiento térmico en el que el material se mantiene a temperaturas específicas durante un período de tiempo específico para aliviar las tensiones internas. Es un proceso de premecanizado que mejora enormemente la maquinabilidad definitiva.

Su naturaleza amorfa lo hace propenso a agrietarse por tensión durante el mecanizado, lo que es, con diferencia, el desafío más común en el mecanizado CNC ultem. Con un ciclo de recocido bien equilibrado, los riesgos de agrietamiento se pueden reducir a niveles manejables.

Refrigerante para evitar grietas

La estabilidad térmica es una propiedad clave de Ultem, pero aún requiere la aplicación de refrigerante/lubricante en operaciones riesgosas. Además, las variantes reforzadas con vidrio como Ultem 2100 y Ultem 2300 tienen una estabilidad térmica ligeramente menor que los grados Ultem estándar, por lo que se recomienda usar refrigerante.

Dependiendo de la operación, los maquinistas pueden elegir entre nieblas y enfriamiento por inundación. La perforación, por ejemplo, requiere un suministro abundante de refrigerante para evitar grietas.

Herramientas de corte duras y afiladas

Una de las cosas que afecta negativamente a la maquinabilidad de Ultem son sus propiedades de resistencia al desgaste. Despunta el filo de las herramientas si la geometría y el material de la herramienta no están optimizados.

Desde el punto de vista del material, el acero de alta velocidad (HSS) es un material suficientemente bueno para Ultem estándar como Ultem 1000. Sin embargo, herramientas de corte CNC más resistentes como el carburo pueden ser más adecuadas para variantes rellenas de fibra de vidrio como Ultem 2300.

Gestión de chips

Ultem produce virutas largas y fibrosas. Estos pueden resultar problemáticos en ausencia de medidas adecuadas de gestión de chips. Por lo general, el trabajo se hace con refrigerante o succión de vacío de vez en cuando.

Parámetros de corte moderados

Si bien la maquinabilidad definitiva es alta, es sensible a la acción de corte agresiva. Las principales razones de esto son su ligera fragilidad y el riesgo de agrietamiento. Los avances y velocidades elevados pueden provocar fracturas/fisuras y un elevado aporte de calor.

Por lo tanto, la recomendación es ser un poco conservador y tomarse un tiempo para optimizar los parámetros de corte para evitar problemas de calidad.

Opciones de acabado superficial para piezas mecanizadas Ultem

Existen diferentes opciones de tratamiento superficial para piezas mecanizadas CNC Ultem porque tiene una gran estabilidad dimensional. Combinado con una superficie lisa, se convierte en un sustituto liviano y viable de las piezas metálicas de baja resistencia. Sus principales opciones de acabado superficial incluyen:

Mecanizado

El mecanizado CNC Ultem es capaz de conseguir acabados superficiales muy finos de hasta ± 1 µm. Para la mayoría de las aplicaciones, esto es más que suficiente y la pieza no necesita ningún procedimiento de acabado adicional, excepto algo de lijado/limado.

Granallado

El tratamiento superficial más común y estándar de las piezas mecanizadas Ultem es el granallado. Los maquinistas pueden lograr un acabado superficial fino con operaciones automáticas. Con los distintos grados de medios de lijado, el resultado final es bastante bueno para piezas de rugosidad media.

Cayendo

La volteo es un proceso en el que la pieza Ultem se coloca dentro de una cámara vibratoria giratoria junto con otros medios, como partículas cerámicas. La máquina hace girar la pieza durante un tiempo, durante el cual las partículas alisan la superficie aplanando las protuberancias. Para las piezas ultem, generalmente se utilizan medios más duros como la cerámica debido a su alta dureza.

PEEK frente a mecanizado Ultem:¿Cuáles son las diferencias?

Ultem y PEEK son muy similares en sus propiedades materiales. En consecuencia, también tienen características de maquinabilidad similares. Quizás la diferencia más marcada entre ellos sea el precio:PEEK es significativamente más caro que Ultem.

En general, PEEK es ligeramente mejor que ultem en términos de resistencia a la tracción, resistencia al impacto y resistencia a altas temperaturas. Por lo tanto, PEEK es un poco más difícil de mecanizar y requiere más energía que Ultem. Sus características de mayor fricción y desgaste provocan un mayor desgaste de la herramienta y temperaturas de corte.

En consecuencia, ambos materiales siguen siendo muy similares en términos de maquinabilidad. Se toman las mismas precauciones para ambos:recocido, selección de herramientas con bordes afilados y enfriamiento. Sin embargo, el PEEK, al ser un poco más resistente, muchas veces requiere más cuidados.

Por ejemplo, las herramientas HSS son adecuadas para grados de Ultem de baja resistencia como Ultem 1000, pero para PEEK, los expertos siempre recomiendan usar herramientas de carburo o incluso con punta de diamante. De manera similar, PEEK requiere una mejor refrigeración en todos los casos, mientras que Ultem se puede mecanizar sin refrigeración por inundación.

Aplicaciones de piezas mecanizadas Ultem

El mecanizado CNC Ultem tiene una amplia gama de aplicaciones industriales, que van desde la industria aeroespacial de precisión hasta los electrodomésticos de consumo. Algunas de sus principales aplicaciones son las siguientes:

• Equipos semiconductores
• Arandelas, sellos
• Equipo médico
• Conectores y carcasas electrónicas
• Componentes interiores de aviones

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Conclusión

Ultem es un termoplástico de alto rendimiento con una variedad de propiedades favorables que incluyen alta resistencia, estabilidad térmica y química y, lo más importante, maquinabilidad. Debido a los numerosos grados de ultem, es la elección perfecta para una variedad de aplicaciones industriales y comerciales.

Preguntas frecuentes

¿Es Ultem mecanizable?

Siempre que se utilicen herramientas con bordes muy afilados, una refrigeración adecuada y parámetros bajos a moderados, Ultem es un material fácil de mecanizar y no plantea desafíos importantes.

¿Cómo se compara Ultem con PEEK?

Ultem y PEEK son materiales comparables. Mientras que PEEK es ligeramente más resistente y duradero, Ultem es más rentable y no compromete mucho las propiedades del material. Ultem también es más fácil de mecanizar que PEEK.

¿Cuáles son los beneficios de Ultem?

Ultem tiene numerosas propiedades materiales beneficiosas. Estos incluyen alta resistencia, resistencia al impacto y dureza. Además, es térmica y químicamente estable, manteniendo sus propiedades materiales y su forma a altas temperaturas, así como cuando se expone a compuestos como ácidos, alcoholes, grasas y aceites.