Obróbka i frezowanie CNC jest jedną z najpopularniejszych metod wytwarzania części na zamówienie oraz prototypów. Proces komputerowego sterowania numerycznego charakteryzuje się wysokim stopniem automatyzacji i przewyższa inne tradycyjne procesy produkcyjne pod względem szybkości, wydajności i precyzji produkcji. Wybór odpowiedniego materiału do projektu obróbki CNC może wydawać się wyzwaniem, zawierającym wiele czynników do rozważenia, w tym właściwościami mechanicznymi, kosztem, wytrzymałością, wagą, obrabialnością, odpornością na korozję i wykończeniem powierzchni. Obróbka ta jest kompatybilna z setkami materiałów metalowych, przy czym stal nierdzewna i aluminium to najpopularniejsze materiały na niestandardowe części i prototypy. Czym się różni obróbka aluminium od obróbki stali? Jakie właściwości mechaniczne posiadają oba produkty? Jakie jest stopień utwardzenia materiału obrabianego przy użyciu CNC? O tym wszystkim piszemy poniżej.
Aluminium i stal – omówienie
Aluminium i stal nierdzewna mają podobny wygląd i są wszechstronne, a produkty wykonane z tych dwóch materiałów można znaleźć wszędzie wokół nas. Stal nierdzewna jest używana we wszystkim, od naczyń kuchennych i towarów konsumpcyjnych po budownictwo, a nawet sprzęt medyczny, statki i wiele więcej. Aluminium jest lekkie i szeroko stosowane w sprzęcie sportowym, rowerowym, motoryzacyjnym i lotniczym. Jak więc rozróżnić te dwa najpopularniejsze metale? Co jest lepsze dla Twojego projektu obróbki CNC, stal nierdzewna czy frezowanie aluminium? Dzisiaj przeanalizujemy różnicę między tymi dwoma metalami pod różnymi względami, aby pomóc Ci wybrać bardziej odpowiednie tworzywo.
Funkcja materiałów
Aluminium jest preferowane w projektach elektroniki użytkowej ze względu na delikatną teksturę i wszechstronność. Kraje produkujące zastępują obecnie stal i tworzywa sztuczne, poprzez właśnie ten materiał. Oba te materiały używane są do wytwarzania produktów. Jeśli kupujesz produkt do długotrwałej konsumpcji, taki jak biżuteria, w pewnym momencie będziesz musiał zrozumieć różnicę między tymi materiałami. Jeśli nigdy nie kupiłeś przedmiotu wykonanego z obrabianego aluminium lub stali, prawdopodobnie na początku nie zauważysz najistotniejszej różnicy.
Stal nierdzewna i aluminium: skład pierwiastków i właściwości stopów
Skład pierwiastkowy materiałów ma kluczowe znaczenie dla projektów obróbki CNC, ponieważ może znacznie wpłynąć na twardość, odporność na korozję, trwałość i wytrzymałość. Stal nierdzewna jest stopem żelaza, który zawiera co najmniej 10,5% chromu, a inne pierwiastki obejmują aluminium, krzem, siarkę, nikiel, selen, molibden, azot, tytan, miedź, niob itp., co stanowi około 0,03% -1%. Obecność chromu decyduje o doskonałych parametrach stali nierdzewnej pod względem żaroodporności i ogólnej odporności na korozję. Pierwiastki zawarte w aluminium to: aluminium, krzem, cynk, magnez, mangan, miedź, żelazo, tytan, chrom, cyrkon itp.
Stal nierdzewna i aluminium: odporność na korozję
Ponieważ stal nierdzewna zawiera chrom, żelazo, nikiel i inne składniki, oznacza to, że stal nierdzewna ma doskonałą odporność na korozję. Chrom tworzy na powierzchni pasywną warstwę ochronną, która ma funkcję samonaprawiania. Aluminium ma doskonałą odporność na korozję, ponieważ ma ochronną warstwę tlenku na swojej powierzchni, która zapobiega rdzy i innym formom korozji.
Stal nierdzewna a aluminium: przewodnictwo
Miedź jest używana jako wzorzec przewodności. Wynika to z faktu, że ma przewodność w ilości 100%. Używając miedzi jako odniesienia do tego elementu można wskazać, iż aluminium przewodzi 61% i jest lżejsze od niej o około 30%. Przewodność elektryczna stali nierdzewnej wynosi 3,5% przewodności miedzi, co czyni ją słabym przewodnikiem elektryczności. Aluminium jest idealnym materiałem, jeśli przewodność elektryczna jest priorytetem w projekcie obróbki CNC. W rzeczywistości aluminium jest również pierwszym wyborem do przesyłu energii elektrycznej i kabli wysokiego napięcia na duże odległości.
Przewodność cieplna
Przewodność cieplna jest podstawowym czynnikiem branym pod uwagę w przypadku niestandardowych prototypów części lub radiatorów. Z tego powodu aluminium jest często idealnym materiałem na klimatyzatory czy grzejniki. Ma przewodność cieplną 1460 BTU-in/hr-ft²-°F (210 W/mK), czyniąc ją lepszą niż stal nierdzewna, ale ma niższą temperaturę topnienia i mięknie powyżej 400 stopni Celsjusza. Stal nierdzewna jest również przewodząca ciepło, co sprawia, że lepiej nadaje się do pracy w wysokich temperaturach.
Temperatury topnienia
Termika materiału jest bardzo ważna w projektach obróbki CNC. Części działają w wysokich temperaturach, a jeśli osiągną tą krytyczną, zmienią stan ze stałego w płynny, tracąc swoją funkcję. Materiały o niższych temperaturach topnienia lepiej nadają się do odlewania ciśnieniowego lub wytłaczania. Temperatura maksymalna stali nierdzewnej zmienia się w zależności od pierwiastków stopowych i wynosi około 1230°C do 1530°C. Obróbka skrawaniem aluminium to proces w którym produkt ma stosunkowo niską temperaturę topnienia – około 660,37 ° C. Oznacza to, że stal nierdzewna jest bardziej preferowana w stosunku do aluminium, jeśli odporność na ciepło jest głównym czynnikiem branym pod uwagę w projekcie obróbki CNC.
Twardość materiału
Twardość metalu odnosi się do działania powierzchni metalu poprzez analizowanie naprężeń, deformacji, zagłębień i zadrapań. Skala Brinella jest często używana jako wskaźnik twardości materiału. Twardość stali nierdzewnej zmienia się w zależności od pierwiastków stopowych. Jej średnia w skali Brinella wynosi od 80 do 600, co wskazuje, że stal nierdzewna ma wysoką twardość i jest trudna do formowania. W ów skali, aluminium wyznacza się w około 15H, czyli jest stosunkowo miękka. Stal nierdzewna jest idealnym wyborem, jeśli twardość jest głównym czynnikiem w projekcie obróbki CNC.
Stal nierdzewna kontra aluminium: waga
Aluminium ma gęstość około 2,7 g/cm3, podczas gdy stal nierdzewna ma 8,0 g/cm3. Ta sama objętość stali nierdzewnej jest około trzy razy większa niż waga aluminium, więc aluminium wypada jako znacznie lżejszy materiał, niż stal nierdzewna. Lekkie aluminium jest szeroko stosowane w samolotach, statkach, budownictwie i innych dziedzinach zastosowania.
Stal nierdzewna vs aluminium: trwałość
Zarówno stal nierdzewna, jak i aluminium oferują doskonałą trwałość, jednakże ten pierwszy materiał znacznie przewyższa swojego konkurenta. Z tego powodu stal nierdzewna jest często używana do produkcji części do samochodów osobowych i ciężarowych. Jest idealna, jeśli trwałość jest głównym problemem w projekcie obróbki CNC.
Skrawalność – Stal nierdzewna czy aluminium?
Skrawalność materiału odnosi się do łatwości, z jaką niestandardowe części lub prototypy mogą być wytwarzane przez frezowanie, toczenie CNC lub tłoczenie. Zarówno stal nierdzewna, jak i aluminium są łatwiejsze w obróbce CNC. Aluminium jest bardziej miękkie i mniej twarde, więc obróbka CNC aluminium jest również stosunkowo niedroga. Porównując te dwa rodzaje materiałów, stal nierdzewna jest około trzy razy twardsza niż aluminium w obróbce CNC, więc jeśli łatwość skrawania jest głównym czynnikiem w projekcie obróbki CNC, aluminium jest lepsze.
Stal nierdzewna, a aluminium w aspekcie plastycznym
Aluminium jest bardziej miękkie, ma niższą temperaturę topnienia i jest łatwiejsze do formowania, niż stal nierdzewna. Stal jest mocna, nie wypacza się, ani nie odkształca pod wpływem naprężeń, ale aluminium jest nadal najlepszym wyborem, jeśli odkształcalność jest głównym problemem w twoim projekcie.
Stal nierdzewna, a aluminium – aspekt spawalności
Zarówno stal nierdzewna, jak i aluminium są uważane za łatwe do spawania, ale aluminium wymaga większej wiedzy i umiejętności, a podczas spawania należy zachować większą ostrożność, aby uniknąć pęknięć.
Stal nierdzewna i aluminium – granice plastyczności
Granica plastyczności to naprężenie, przy którym materiał zaczyna się trwale odkształcać. Przy stali nierdzewnej waha się ona od 25 MPa do 2500 MPa w zależności od pierwiastków stopowych. Granica plastyczności stopów aluminium waha się od 7 MPa do 11 MPa. Dlatego w przypadku stali nierdzewnej jest ona znacznie wyższa niż u aluminium.
Wytrzymałość na rozciąganie
Wytrzymałość na rozciąganie stali nierdzewnej wynosi 34,5 – 3100 MPa, podczas gdy aluminium 90 MPa, a dla niektórych stopów aluminium poddanych obróbce cieplnej, takich jak aluminium 7075, wytrzymałość na rozciąganie można zwiększyć do ponad 690 MPa. Można zauważyć, że przedział w tej kategorii dla stali nierdzewnej jest wyższy niż dla aluminium. Oznacza to, że frezowanie aluminium wykonuje się przy mniejszym rozciąganiu.
Wytrzymałość na ścinanie
Wytrzymałość na ścinanie odnosi się do odporności materiału na obciążenia ścinające. Dla stali nierdzewnej wynosi od 74,5 do 597 MPa, a aluminium od 85 do 435 MPa, dlatego też Stal nierdzewna ze względu na większą wytrzymałość na ścinanie jest bardziej preferowanym materiałem, niż aluminium.
Koszty produkcji
Stal nierdzewna i aluminium wykazują odmienne właściwości ze względu na różne pierwiastki stopowe, w tym wiele typów, takich jak martenzytyczna stal nierdzewna, ferrytyczna stal nierdzewna, stal nierdzewna typu duplex, austenityczna stal nierdzewna, hartowanie młotkowe itp. Ogólnie rzecz biorąc, koszty obróbki CNC stali nierdzewnej są wyższe niż obróbki aluminium.
Podsumowanie
Aluminium i stal często są ze sobą mylone. To prowadzi ludzi do przekonania, że jeden materiał jest lepszy od drugiego, gdy są to bardzo różne produkty. Obrobione aluminium to naturalna forma aluminium, która została opracowana do użytku w samolotach i statkach kosmicznych. Jest znacznie mocniejszy i lżejszy niż zwykłe aluminium. Najczęstsze zastosowania tego materiału obejmują produkcję części do elektroniki użytkowej, w tym obudowy komputerów i części statków kosmicznych. Podczas gdy niektórzy uważają obrabiane aluminium za postęp w przemyśle stalowym, oba materiały różnią się znacznie pod względem właściwości. Stal nierdzewna jest cięższa, bardziej wytrzymała, lecz trudniejsza w obróbce. Oba produkty są świetne, jednak każdy z nich należy wykorzystać ze względu na indywidualne cechy do wykonania konkretnego zlecenia. Przy wykonywaniu pracy na stali nierdzewnej, obróbce miedzi, czy stali nierdzewnej ważne jest również właściwe odprowadzanie wiórów i akceptowalny duży współczynnik rozszerzalności liniowej. Nasza firma zapewnia usługi frezowania pomocne w budowie maszyn, czy obróbce aluminium.