Jak wybrać odpowiedni materiał do obróbki CNC

zdjęcie

Obróbka CNC to proces tworzenia części o różnych kształtach i rozmiarach poprzez usuwanie z litego bloku materiału jego nadmiaru. Jest to jedna z najbardziej wydajnych technik produkcji części i jest wykorzystywana w wielu branżach, takich jak motoryzacja, lotnictwo, czy medycyna. Jeśli chodzi o obróbkę CNC, wybór materiału jest kluczowy dla uzyskania idealnej części. Ten artykuł pomoże Ci zrozumieć wymagania obróbki CNC i kryteria wyboru odpowiedniego materiału dla Twojego projektu. Maszyny CNC są wyposażone w specjalistyczne narzędzia skrawające, takie jak wiertła i frezy, które służą do cięcia i kształtowania materiału zgodnie z programem CAD. Narzędzia tnące są zazwyczaj wykonane z wysokiej jakości materiałów, takich jak węglik wolframu, które przecinają nawet najtwardsze materiały. Obróbka CNC jest w stanie wyprodukować części o skomplikowanych kształtach i wąskich tolerancjach.

 

Zrozumienie wymagań dotyczących obróbki

Rozpatrując wymagania dotyczące obróbki CNC, ważnym jest świadomość, iż w zależności od rodzaju surowca, materiał może wymagać specjalistycznych metod, takich jak obróbka cieplna, wyżarzanie lub powlekanie. Są one niezbędne, aby spełnić pożądane wymagania wydajności. Obróbka cieplna jest stosowana do zmiany właściwości materiału, takich jak wytrzymałość lub twardość, poprzez zmianę jego mikrostruktury. Proces wyżarzania jest stosowany w celu zmniejszenia naprężeń w materiale i poprawy jego plastyczności. Powlekanie jest stosowane w celu poprawy odporności na zużycie i zmniejszeniu tarcia.

Kryteria wyboru materiałów

Przy wyborze materiału do obróbki CNC należy wziąć pod uwagę kilka czynników.

  • Musi on być w stanie znieść temperatury i ciśnienia związane z procesem obróbki. 
  • Wymagane jest, aby materiał wytrzymał siły skrawania generowane przez maszynę CNC.
  • Musi utrzymać pożądany kształt i rozmiar. 
  • Niezbędna jest jego łatwa osiągalność i opłacalność. 
  • Musi spełniać wszystkie wymagania dotyczące wydajności aplikacji.

Popularne materiały do obróbki CNC

Istnieje kilka materiałów powszechnie stosowanych do obróbki CNC: 

  • Stal i jej stopy są jednymi z najbardziej popularnych. Jest tak, gdyż stal jest mocna, odporna na korozję, trwała i ekonomiczna, co czyni ją idealnym materiałem dla wielu zastosowań. Kolejnym ważnym argumentem korzystnym dla stali jest łatwość, z jaką poddaje się ona obróbce CNC, oraz jej wysoka podatność na obróbkę cieplną w celu uzyskania pożądanych właściwości. Jednakże jest jeszcze jedna, niezwykle ważna cecha, dzięki której ten materiał jest popularnym wyborem i jest to jego magnetyczność. Ten aspekt jest przodujący, gdy wymagane jest uzyskanie produktu o takich właściwościach. 
  • Aluminium i jego pochodne są na drugim miejscu, jeśli chodzi o materiały stosowane podczas obróbki. Są lekkie i odporne na korozję, dzięki czemu także znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu. Szczególnym przeciwieństwem w porównaniu do stali jest jej całkowita niemagnetyczność, dzięki czemu znajduje szczególne zastosowanie przy produktach jej wymagających.
  • Tworzywa sztuczne i ich kompozyty także używane są w tym procesie. Produkty otrzymane przy ich zastosowaniu są lekkie, tanie i łatwe w obróbce. 
  • Ostatnim z popularnym materiałów w obróbce CNC jest tytan i jego stopy. Jest mocny, lekki i odporny na korozję, dzięki czemu znajduje także wiele przydatnych zastosowań, jednakże warto zaznaczyć, iż jest również trudny w obróbce i wymaga specjalistycznych narzędzi i technik skrawania.

Stal nierdzewna (austenityczna)

Tworzą ją serie 200 i 300. Ich ogólna charakterystyka to:

  • Doskonała odporność na korozję.
  • Wysoce formowalne.
  • Niemagnetyczne.
  • Utwardzane na zimno (nie mogą być obrabiane cieplnie).
  • Doskonała spawalność.
  • Zdolność do działania w ekstremalnych temperaturach.
  • Podatność na pękanie korozyjne.

Otrzymuje się je poprzez dodanie takich pierwiastków jak nikiel, mangan i azot. Zawartość chromu na ogół waha się między 16 a 26%. Zawartość węgla mieści się w zakresie od 0,03 do 0,08%. Chrom zapewnia część odporności na utlenianie, a także molibden w niektórych jego stopach. Stal nierdzewna stosowana jest przy produktach, takich jak wały, zawory, śruby, tuleje, nakrętki, sprzęt chemiczny, szpitalny, zastosowania morskie, komponenty lotnicze, sprzęt do przetwarzania żywności i napojów, dekoracje architektoniczne, naczynia kriogeniczne, tymczasowe protezy oraz w wielu innych produktach przemysłu.

Świetny stosunek wytrzymałości do masy

Aluminium jest lżejsze niż większość metali, więc jeśli chcesz zmniejszyć wagę, jest to dobry wybór. Chociaż czyste aluminium ma wytrzymałość na rozciąganie mniejszą niż 100 MPa, można je utwardzać na kilka sposobów:

  • Zmiana właściwości poprzez mieszanie z innymi pierwiastkami w celu poprawy struktury ziarna.
  • Poddawanie obróbce cieplnej — Odgrzewanie, a następnie chłodzenie z określoną szybkością w celu wytworzenia kryształów o idealnej wielkości.
  • Utwardzanie przez zgniot — Celowe odkształcenie metalu w celu zmiany struktury ziarna. Zwykle odbywa się to podczas obróbki cieplnej, podczas walcowania, ale można to również zrobić później, na przykład poprzez kucie.

Szeroka gama stopów i właściwości materiałów

W rzeczywistości aluminium jest doskonałym materiałem bazowym do obróbki. Dostępnych jest wiele stopów, z których każdy ma inne właściwości i zastosowania, dostosowane do Twoich potrzeb. Są one pogrupowane w różne serie, z których każda jest mnożona przez tysiąc, na przykład seria 6000. Zazwyczaj im numer kategorii aluminium jest bliższy innej, tym bardziej są one podobne, dlatego 5082 i 5083 są prawie identyczne.

Oto niektóre z najpopularniejszych kategorii:

  • 2024 – Gatunek lotniczy, o wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej, zamienia UTS (Ultimate tensile strength) na większą plastyczność/wytrzymałość dzięki dodaniu stopu z miedzią.
  • 5083 – Kategoria morska, o wysokiej odporności na korozję, ze względu na wyższą zawartość magnezu.
  • 6082 – Kategoria ogólnego zastosowania, z dobrą kombinacją wytrzymałości, plastyczności i odporności na korozję, co czyni ją wszechstronną i powszechnie stosowaną. Osiąga się to poprzez stopienie go z mieszaniną magnezu i krzemu (również prawie odpowiednikiem 6061).
  • 7075 – Gatunek lotniczy o wysokiej wytrzymałości, z dobrą równowagą właściwości, zwłaszcza w przypadku występowania wysokich ładunków elektrostatycznych. Może być poddawany obróbce cieplnej i zawiera więcej cynku, a także magnezu i chromu.

Wysoka odporność na korozję

Chociaż odporność na korozję różni się w zależności od kategorii, aluminium jest doskonałym wyborem, jeśli wytwarzany przez Ciebie produkt będzie wymagać jej najbardziej. Wiele metali i ich stopów ma duże oddziaływanie z tlenem. Wysoce reaktywne metale, zawierające magnez łatwo się utleniają, podczas gdy mniej reaktywne tworzą luźną warstwę tlenku, w postaci rdzy na żelazie i stali. Zamiast tego, gdy aluminium jest odsłonięte, tworzy pasywną warstwę tlenku glinu, która uszczelnia powierzchnię i zapobiega utlenianiu i korozji. Ta warstwa jest „samonaprawiająca się” nawet w przypadku zarysowania, więc materiał może nie wymagać malowania ani obróbki powierzchni, co pozwala zaoszczędzić koszty produkcji i serwisu przez cały okres użytkowania.

Wysoka przewodność

Chociaż miedź jest często wybieranym materiałem do przewodnictwa, aluminium jest często używane do komponentów elektrycznych, ponieważ jest znacznie tańsze i lżejsze. W rzeczywistości jest często używane do szyn zbiorczych, kabli do akumulatorów i złączy, szczególnie w zastosowaniach motoryzacyjnych i pojazdów elektrycznych. Jego dobra przewodność cieplna sprawia też, że ​​jest również powszechnie stosowany do rozpraszania ciepła.

Recykling

Ponieważ jednym z priorytetów firm jest zrównoważony rozwój, dobrą wiadomością jest fakt, że około 75% całego produkowanego aluminium jest nadal wykorzystywane. Jego recykling zużywa znacznie mniej energii niż jego produkcja, więc dopóki możemy kontrolować zanieczyszczenia, aluminium może być stale poddawane temu procesowi odtwórczemu.

Estetyczność

Obróbka tego materiału może zapewnić doskonałe wykończenie. Jest ono naturalnie odporne na korozję, ale aby uzyskać inne estetyczne wykończenia, można je anodować, aby uzyskać różne kolory. Jest to zabieg wykańczania powierzchni, który nie tylko zwiększa odporność materiału na zużycie i korozję, ale także ułatwia wprowadzanie koloru. Proces zwiększa grubość pasywnej warstwy utlenionej poprzez zastosowanie kwasów i procesu elektrolitycznego. Tlenek glinu jest twardą ceramiką, więc ta powłoka jest naprawdę wytrzymała.

Obróbka części tytanowych

Jako obojętny, błyszczący materiał metalowy, tytan łatwo łączy się z aluminium, żelazem, niklem i innymi metalami, tworząc wiele wysokowydajnych stopów tytanu. Konkretne atrybuty mogą różnić się pod wieloma względami, ale niektóre z typowych właściwości tytanu są często przywoływane poniżej:

  • Wysoka odporność na rdzę i korozję
  • Brak toksyczności
  • Plastyczność
  • Wysoki stosunek wytrzymałości względem masy
  • biokompatybilność
  • Wysoka absorpcja energii
  • Niska przyczepność

Podsumowanie

Wybór odpowiedniego materiału do obróbki CNC może być trudnym zadaniem. Ważne jest, aby rozważyć zastosowanie i wymagania dotyczące wydajności. Stal, aluminium, tworzywa sztuczne i ich kompozyty oraz tytan i jego stopy to popularne materiały do obróbki CNC. Istotne jest, aby przy wyborze rozważyć wymagania niezbędne do takiego procesu. Poprzez zrozumienie wymagań obróbki CNC i różnych kryteriów, jak przykładowo dobranie odpowiedniego materiału do danego zastosowania, można mieć pewność, że dokona się właściwego wyboru dla danego projektu.