Guide d'usinage Vespel : Type de matériau, avantages et meilleures pratiques

Usinage Vespel

Vespel est un Matériau Polyimide Développé et produit par la société d'ingénierie américaine DuPont de Nemours, Inc., ce plastique haute performance est largement utilisé dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale, de la santé et de l'électronique. Le Vespel est un matériau important dans usinage CNC plastique grâce à sa capacité à conserver sa résistance à haute température, son excellente résistance à l'usure et sa stabilité chimique.

Bien que matériau Vespel Bien que le Vespel présente une bonne usinabilité, certains paramètres d'usinage doivent être soigneusement pris en compte afin de prévenir les imprécisions dimensionnelles, les défauts de fabrication et les surcoûts. Cela nécessite une bonne compréhension du Vespel et de son comportement à l'usinage.

Cet article détaillera les propriétés, les types, les procédés d'usinage et les préférences d'application du plastique Vespel.

Qu'est-ce que le plastique Vespel ? 

plastique Vespel

Vespel est un type de plastique polyimide développé par DuPont ; il s'agit en fait d'une marque déposée (Vespel®). Ce qui le distingue des polyimides classiques, c'est la plus grande solidité des liaisons moléculaires obtenues lors de la polymérisation. Des charges (graphite, disulfure de molybdène, etc.) sont parfois ajoutées à sa formulation.

Grâce à ses chaînes moléculaires stables, le Vespel offre une résistance élevée, une longue durée de vie en fatigue, une stabilité thermique (jusqu'à 300 °C), une résistance à l'usure et une neutralité chimique. Cette combinaison de propriétés en fait un matériau de choix pour usinage CNC plastique lorsque les pièces seront exposées à une chaleur extrême (généralement ≥250 °C), à des contraintes élevées et nécessiteront une longue durée de vie.

De plus, le matériau DuPont Vespel est disponible sous la forme suivante.

• les bars
• Tubes
• Rods
• Bagues
• Plaques, etc. 

Propriétés plastiques du Vespel

Bien que le Vespel présente de nombreuses caractéristiques des thermoplastiques, il ne peut être remodelé après fusion. (Vous pouvez lire thermodurcissable vs thermoplastique (ici.) Parmi ses autres propriétés, on peut citer la résistance, la lubrification et… 

• Stabilité thermique: Comparé aux thermoplastiques classiques, le Vespel résiste à des températures plus élevées sans perdre ses propriétés physiques et mécaniques. 
• Résistance chimique: Ce matériau résiste à de nombreux solvants, acides, bases, huiles et solutions chimiques organiques. 
• Stabilité dimensionnelle: Le Vespel offre une bonne usinabilité et peut être usiné en formes complexes avec une grande précision. 
• Dégazage : Vespel présente un très faible dégazage à haute température. 
• Absorption de l'eau: Le Vespel absorbe très peu d'humidité et fonctionne bien sous vide. 
• Lubricité: Le Vespel présente de bonnes propriétés lubrifiantes, produisant un faible frottement lorsqu'il est en contact avec une autre pièce/un autre matériau ou en action de glissement.

Types de matériaux Vespel

Le Vespel se décline en différents types/qualités, classés selon leur composition, la quantité de charge et leur capacité thermique. Chaque type présente des caractéristiques spécifiques ; par exemple, le Vespel SP-3 offre le plus faible dégazage, tandis que le SP-21 est idéal pour les pièces soumises à une forte usure. 

Développons davantage les types courants de matériaux Vespel, notamment SP-1, SP-3, SP-21 et SP-22. 

Vespel® SP-1

Le SP-1 est un polyimide pur, sans aucune charge. Ce type de Vespel offre d'excellentes propriétés d'isolation électrique et thermique. Par conséquent, il est très durable et présente une résistance et une ténacité remarquables.  

Quand utiliser: Lorsque la durée de vie et la résistance structurelle des pièces sont plus importantes qu'un faible frottement.

Vespel® SP-3

La formulation du Vespel SP-3 contient environ 15 % de disulfure de molybdène (MoS₂) en poids comme charge. Parmi les différents types de Vespels d'usinage, il présente un dégazage minimal, un avantage certain pour les secteurs de l'aérospatiale et de l'automatisation industrielle. 

Quand utiliser: Articles à faible usure pour environnements secs et sous vide.

Vespel® SP-21

Le chargement en graphite du Vespel SP-21 lui confère une résistance exceptionnelle à l'usure et au frottement, un atout majeur pour les applications impliquant des mécanismes de glissement. Il en résulte une stabilité thermique optimale et une longue durée de vie. 

Quand utiliser: Lorsque la faible friction est cruciale pour l'application et la performance des pièces, ou lorsque l'usure est la principale préoccupation. 

Vespel® SP-22

Le Vespel SP 22 est le type le plus courant en usinage. Sa forte teneur en graphite (environ 40 %) contribue à réduire davantage le frottement. Il offre ainsi un bon compromis entre résistance à l'usure et stabilité thermique. 

Quand utiliser: Lorsque la stabilité dimensionnelle est un problème, c'est-à-dire lorsque les tolérances ont une importance pour la fonctionnalité et les performances.

Autres types 

Outre ceux-ci, il existe plusieurs autres types de plastique Vespel, notamment SP-22, SP202, SP-211, ST2010, SCP50094 et SCP5000.

Procédés d'usinage Vespel 

procédés d'usinage Vespel

En fonction de la géométrie, de la précision souhaitée et des exigences de production, un ou plusieurs procédés, notamment le fraisage, le tournage, le perçage, le filetage et la rectification, sont utilisés. 

• Fraisage: Le fraisage CNC permet de réaliser des formes 3D complexes à partir de Vespel brut. Le fraisage en avalant est privilégié pour ce matériau, et les avances transversales et verticales sont compatibles. Choisissez une vitesse de coupe d'environ 40 à 50 SFM à un régime moteur modéré. 
• Tournant: Le tournage sert à usiner des formes symétriques, comme les paliers cylindriques et les joints d'étanchéité. Par conséquent, le tournage comprend également l'alésage, le dressage et le tronçonnage.  
• Forage: Lors du perçage du Vespel, le principal risque à prendre en compte est le grippage, qui se produit lorsque la paroi du trou et l'outil se bloquent. Pour éviter ce problème, l'utilisation de forets modifiés est recommandée. Un foret hélicoïdal standard peut être utilisé, mais la profondeur du trou ne doit pas dépasser la moitié de son diamètre.   
• Filetage: Les filetages extérieurs peuvent être réalisés avec des outils de filetage (fraise en carbure à un seul point), tandis que les filetages intérieurs peuvent être réalisés par taraudage.  
• Broyage: Le meulage permet d'enlever de la matière en petite quantité de la surface des pièces mécaniques à l'aide d'une meule abrasive. Pour meuler le Vespel, on peut utiliser des rectifieuses sans centre ou à double disque avec un abrasif à base d'oxyde d'aluminium (H8, grain 46).

Avantages de l'usinage du plastique Vespel 

De l'usinabilité aux performances comparables à celles des métaux, le Vespel offre plusieurs avantages, ce qui en fait un choix privilégié pour usinage des plastiques techniques Le Vespel est utilisé dans de nombreux secteurs industriels. C'est un matériau plastique à faible dégazage et à haute résistance au fluage. Par conséquent, il offre également une excellente résistance à l'usure et une grande durabilité.

Examinons ci-dessous les principaux avantages de l'usinage Vespel.

Faible dégazage

Cela fait référence à l'émission minimale de composés volatils lors de l'usinage et dans divers environnements d'application, ce qui est essentiel pour la santé et la sécurité opérationnelle. 

stabilité dimensionnelle 

Les propriétés thermiques du Vespel sont avantageuses non seulement pour les applications finales, mais aussi pour le processus d'usinage lui-même. Le Vespel ne se dilate pas sous l'effet de la chaleur générée par le frottement entre l'outil et la pièce, préservant ainsi sa régularité dimensionnelle. Par ailleurs, les pièces usinées en Vespel conservent leur précision dimensionnelle dans le temps. 

Résistance à l'usure et aux produits chimiques 

Les chaînes moléculaires rigides et thermiquement stables du Vespel lui confèrent une haute résistance à l'usure, à la déchirure, à l'abrasion et à la corrosion, même sous fortes contraintes et charges de rotation. De plus, le Vespel ne réagit pas avec de nombreux produits chimiques, notamment les huiles, les carburants, certains acides et bases, les alcools et les solvants organiques.

Haute résistance au fluage

Le Vespel offre une excellente résistance au fluage, ce qui signifie qu'il résiste à la déformation due à la haute pression. C'est un avantage considérable pour les applications hautes performances où les composants sont soumis à des charges continues, comme les joints de moteur et les pièces de compresseur. Même en cas de modification des conditions de fonctionnement, il conserve ses propriétés physiques et mécaniques d'origine. 

Lubricité

La matrice polymère stable et les charges du Vespel lui confèrent un pouvoir lubrifiant élevé, même en cas de glissement continu. Dans certaines conditions, aucune lubrification externe n'est nécessaire. 

Durabilité et résistance aux hautes températures

Bien que la durée de vie du Vespel soit très variable, les qualités standard (rigides) peuvent durer plus de 20 ans. De plus, il présente une résistance élevée aux températures élevées et conserve des propriétés telles que la résistance à la flexion et à la traction jusqu'à 260 °C.

Applications de l'usinage Vespel 

Pièces usinées en Vespel

Le Vespel est un matériau durable et à faible coefficient de frottement. De plus, les pièces en Vespel usinées CNC offrent un fonctionnement optimal même sous fortes contraintes mécaniques, thermiques, à sec ou sous vide. C'est pourquoi de nombreux secteurs industriels utilisent le Vespel. 

Le tableau ci-dessous présente les industries qui utilisent l'usinage Vespel et des exemples d'application, notamment l'aérospatiale, l'automobile, l'énergie, l'automatisation industrielle, l'électronique, les semi-conducteurs et la défense.

Quels sont les défis de l'usinage du Vespel ? 

Bien que le Vespel présente une bonne usinabilité, son usinage comporte certains défis, notamment la contamination lors de la coupe, les pertes de matière excessives, l'accumulation de chaleur au niveau de l'arête de coupe et la stabilité dimensionnelle.

Examinons les principaux défis liés à l'usinage du Vespel.

Contamination de l'usinage

Grâce à sa nature électrostatique active, le Vespel peut piéger les particules microscopiques lors de l'usinage, telles que les résidus de liquide de refroidissement et la poussière.

Gaspillage de matériel

Le Vespel étant un polymère coûteux, tout gaspillage de matière a un impact significatif sur le coût final des articles fabriqués. Il est donc essentiel d'optimiser la trajectoire d'outil dans le programme FAO afin de réduire ce gaspillage.

Gestion thermique 

La faible conductivité du Vespel ne permet pas une dissipation efficace de la chaleur de la zone d'usinage. Il en résulte une accumulation de chaleur au niveau de l'arête de coupe.

stabilité dimensionnelle

Lors de l'usinage de pièces complexes à parois minces, des déformations dues aux contraintes peuvent apparaître. Il est donc impératif d'usiner et de stabiliser correctement le vespespel.

Meilleures pratiques d'usinage du Vespel 

Usinage CNC Vespel

Pour relever les défis de l'usinage du Vespel et éviter les défauts potentiels, vous devez suivre certaines stratégies spécifiques, telles que le maintien correct de la pièce, l'utilisation des outils appropriés, l'application de liquide de refroidissement, les réglages de l'angle de coupe et le jeu des lèvres lors du perçage.

Voici quelques pratiques d'usinage du Vespel basées sur l'expérience de l'industrie et les recommandations de DuPont™ (le fabricant du matériau lui-même). 

• Force de maintien en poste : Vous pouvez utiliser des pinces OD et ID pour le maintien du Vespel, mais assurez-vous qu'elles ne soient pas trop serrées ; sinon, elles se déformeront. 
• Matériau de l'outil : Utilisez le carbure de tungstène pour les petites séries et l'outillage diamant pour l'usinage en grande série de Vespel. 
• Production de chaleur: Choisissez les vitesses d'avance et de coupe appropriées pour éviter la surchauffe de la pièce. 
• Tournage à parois minces : Lors du tournage de profilés à parois minces en Vespel, réglez l'angle de coupe à 0–5° positifs.
• Rayon du nez de l'outil : Lors du tournage, le rayon de courbure de l'outil doit être compris entre 0.08 et 0.20 mm.
• Profondeur de fraisage : Pour les passes de finition en fraisage Vespel, réglez la profondeur de coupe à un maximum de 0.5 mm.
• Ébavurage: Utilisez des systèmes d'ébavurage rotatifs ou vibratoires pour éliminer les petits éclats et les imperfections. 
• Forage en profondeur : Si la profondeur de perçage requise est supérieure à la moitié du diamètre du foret, choisissez des forets modifiés avec un dégagement de lèvre de 30°.

Lire la suite: Usinage CNC des thermoplastiques

résumer

Bien que le Vespel présente de nombreux avantages et applications industrielles, son usinage reste complexe. Il est donc essentiel de suivre scrupuleusement les consignes relatives à l'outillage, à l'avance, au post-traitement et aux autres aspects à prendre en compte lors de l'usinage afin d'éviter les difficultés et les défauts potentiels. Par ailleurs, il existe différents types d'usinage du Vespel ; il est donc primordial de choisir celui qui correspond le mieux à vos exigences. 

Si vous avez besoin de pièces usinées en Vespel précises et de haute qualité, ProleanTech peut être le partenaire idéal pour collaborer à votre projet. Services d'usinage CNC sont conçues pour fournir des solutions complètes, allant du retour d'information sur la fabrication (DFM) aux opérations de post-usinage.

Les Questions

Vespel est-il difficile à maîtriser ?

Le Vespel est considéré comme un polymère dur ; le grade SP-1 offre une dureté d'environ Rockwell E45–60.

Le Vespel absorbe-t-il l'eau ?

Oui, mais à un taux très faible. Le Vespel est un matériau à faible absorption d'eau, ce qui le rend compatible avec les environnements humides. 

Pourquoi Vespel est-il si cher?

Le coût du Vespel est lié à son processus de fabrication, qui implique une chimie complexe des poudres et un frittage à haute température.