•   Wtorek, 7 lutego 2023
Koła łańcuchowe

Poradnik doboru materiałów do obróbki CNC

W ostatnich latach, wraz z rozwojem obróbki CNC, nastąpił również rozwój części do obrabiarek CNC. Obróbka CNC stała się koniecznością w wielu dziedzinach, a te dziedziny muszą produkować specjalne części do swoich projektów. Materiały CNC zostały rozszerzone, aby zaspokoić potrzeby konsumentów, inżynierów, wykonawców i innych dziedzin w zakresie tworzenia rozwiązań dla bardzo specyficznych zastosowań. Kluczem do uzyskania najlepszego produktu końcowego jest wybór odpowiedniego materiału.

Do wyboru jest wiele różnych materiałów, które można wykorzystać do produkcji różnych części o zupełnie różnych zastosowaniach. Ze względu na dużą różnorodność materiałów, wybór odpowiedniego materiału do danego zastosowania może być wyzwaniem. Poprzez zawężenie rodzaju materiału do obróbki, który jest najbardziej odpowiedni dla danej części, można wybrać najbardziej odpowiedni i opłacalny materiał. Przy wyborze materiałów należy wziąć pod uwagę następujące kwestie.

Wybór materiału z uwzględnieniem czynników

Jak są używane części?

Ponieważ obróbka CNC jest rozwijana od wielu lat, podobnie jest z komponentami obrabiarek CNC. Podobne rodzaje materiałów mogą być stosowane w wielu produktach i pełnić różne funkcje. Czy części są stosowane w sprzęcie medycznym, samochodach, przemyśle lotniczym i kosmicznym, maszynach czy produkcji przemysłowej?

Biorąc za przykład izolację, materiał użyty do izolacji analizatora oddechu może być inny niż materiał użyty do izolacji aparatu fotograficznego. Wszystkie one służą temu samemu celowi, ale nie można ich używać w ten sam sposób lub z takim samym skutkiem. Jeśli części są używane na zewnątrz lub w wilgotnym środowisku, należy użyć stali nierdzewnej zamiast stali węglowej, aby zapobiec rdzewieniu części.

Obciążenie naprężeniami

Duże obciążenia naprężeniowe mogą powodować odkształcenia, a nawet pęknięcia niektórych materiałów. Wybierając materiał części, należy wziąć pod uwagę obciążenie naprężeniami. Części narażone na duże naprężenia muszą być obrabiane przy użyciu komponentów, które są odporne na obciążenie naprężeniami i zapobiegają odkształceniom. Jeśli część będzie poddawana dużym naprężeniom, materiał, z którego zostanie wykonana, będzie wymagał zastosowania elementów niezbędnych do wytrzymania obciążenia i zapobieżenia odkształceniu.

Tolerancja wymiarowa

Nigdy nie należy lekceważyć znaczenia tolerancji wymiarowych. Odgrywa ona rolę nie tylko w doborze materiałów, ale także wpływa na części i zespoły, metody cięcia oraz zastosowanie narzędzi i maszyn. Tolerancja wymiarowa będzie miała wpływ na efekt całego procesu oraz na wynik końcowy.

Należy znać wymagane tolerancje części. Jeśli korzystasz ze starego projektu lub szkicu części i chcesz stosować dawne metody, najlepiej jest ponownie sprawdzić, czy tolerancje są odpowiednie. W dokumencie łatwo mogą pojawić się literówki. Nawet jeśli informacje są poprawne, jeśli można wprowadzić poprawki w celu złagodzenia tolerancji i nadal zapewnić części najlepsze parametry, można zaoszczędzić pieniądze, dokonując ponownej oceny tolerancji. Ścisłe tolerancje są zwykle droższe.

Standardowe tolerancje wymiarowe są stosowane domyślnie, ale jeśli nie określisz tolerancji lub stwierdzisz, że jej liczba jest nieprawidłowa, w końcu zamówisz nieodpowiednie części. Zmiana rozmiaru i/lub zamówienia zajmuje więcej czasu, a na dłuższą metę ten prosty, wstępny krok może pomóc zaoszczędzić pieniądze.

Jeśli nie masz pewności co do dokładnych tolerancji części, których potrzebujesz, nie zgaduj, ale pozwól, aby profesjonalna firma zajmująca się obróbką CNC pomogła Ci rozwiązać ten problem.

Temperatura pracy

Przy wyborze materiału należy pamiętać, że temperatura topnienia materiału musi być niższa niż temperatura robocza procesu. Ponadto należy wziąć pod uwagę, czy temperatura robocza podlega wahaniom, a materiał musi wytrzymać temperaturę bez odkształceń, deformacji lub załamań w czasie.

Chociaż niektóre bardziej wytrzymałe materiały są produkowane w taki sposób, aby były odporne na takie zmiany, wiele z nich z czasem wykazuje oznaki wypaczania, pęcznienia i/lub pękania. Ekstremalne temperatury mogą również negatywnie wpływać na trwałość niektórych materiałów.

W przypadku obróbki CNC ważne jest również zrozumienie tych informacji, aby mieć pewność, że temperatura wytwarzana podczas cięcia i formowania części nie spowoduje jej deformacji. Ustalenie związku pomiędzy temperaturą roboczą a stosowanymi materiałami ma kluczowe znaczenie dla udanego projektowania i produkcji.

Masa i wytrzymałość na naprężenia

Ciężar obrabianego materiału zależy od sposobu użytkowania części.
Ciężkie materiały mogą przyjąć duży nacisk. W przypadku projektów, które wymagają nadmiernej nośności i dużych obciążeń, należy rozważyć zastosowanie ciężkich materiałów. Nie są one jednak odpowiednie dla elementów wrażliwych na ciężar.

Lekkie materiały są popularne w projektach wymagających dużej masy. Są one trwałe, użyteczne i mogą przenosić duże obciążenia, ale są droższe. Lekkie materiały są idealne do wielu produktów, ale jeśli ważnym czynnikiem jest koszt, mogą nie być najlepszym wyborem.

Wybór pomiędzy materiałami ciężkimi i lekkimi to tylko przykład tego, które cechy są najważniejsze w przypadku części do obróbki CNC. W ten sposób można określić elementy, które są krytyczne dla danej części, aby działała prawidłowo, wykluczyć materiały, które nie spełniają tych standardów, a następnie porównać koszty.

Ogólny koszt i wykonalność materiału

Najdroższe materiały to zazwyczaj materiały lekkie o wysokiej wytrzymałości. Przy wyborze materiałów do obróbki należy kierować się wieloma czynnikami. Aby znaleźć najbardziej kompatybilny materiał, należy ustalić priorytety cech, które są najważniejsze dla gotowej części. Należy wybrać materiały, które spełniają wymagania dotyczące krzywej wytrzymałości, limitów temperatury i wymagań montażowych. Należy wyeliminować materiały, które nie spełniają tych wymagań, porównać koszty materiałów, a następnie dokonać wyboru.

Ogólnie rzecz biorąc, im więcej materiałów zastosowano w danej części, tym wyższy jest jej koszt. Podobnie, materiały specjalne i wyjątkowo wytrzymałe (takie jak tytan) również będą droższe.

Poszukiwanie firmy, która oferuje bezpłatną wycenę i brak minimalnej wielkości zamówienia, pomoże obniżyć koszty. Po zmniejszeniu wszystkich zakresów można zastosować bardziej ekonomiczne materiały, które zaspokoją większość potrzeb.

Wskazówki dotyczące wyboru materiałów

SANS może przetwarzać setki materiałów metalowych, stopów i tworzyw sztucznych, a także inne materiały niestandardowe na życzenie klienta. Poniżej omówimy najbardziej popularne materiały i ich właściwości.

Metal

Jednym z najbardziej popularnych typów materiałów we frezowaniu CNC jest metal, a zakres jego możliwości jest bardzo szeroki. Zapoznajmy się z najbardziej znanymi opcjami i najbardziej odpowiednimi zastosowaniami dla każdego metalu. W zależności od rozmiaru i geometrii części, koszt materiału może stanowić dużą część całkowitej ceny części.

Aluminium

Aluminium jest prawdopodobnie najczęściej stosowanym materiałem do frezowania CNC i stanowi doskonały wybór dla części mechanicznych i zewnętrznych. W porównaniu z innymi metalami, aluminium można na ogół obrabiać szybciej, co sprawia, że jest to najbardziej ekonomiczna metoda. Części wykonane z aluminium tworzą warstwę ochronną, gdy są wystawione na działanie środowiska, dzięki czemu zyskują dodatkową wytrzymałość i odporność na korozję. Ze względu na te wysokiej jakości właściwości materiału, aluminium frezowane CNC nadaje się do stosowania w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym, medycznym i elektroniki użytkowej. Szczególne zastosowania obejmują akcesoria lotnicze, obudowy elektroniczne, sprzęt medyczny, koła zębate i wały.

Aluminium 6061

Jest to najczęściej stosowany stop aluminium ogólnego przeznaczenia, charakteryzujący się dobrym stosunkiem wytrzymałości do masy i doskonałą obrabialnością. Jest to najbardziej powszechny gatunek aluminium ogólnego zastosowania, zwykle wykorzystywany do produkcji części samochodowych, ram rowerowych, sprzętu sportowego, ram do modeli RC itp.

Głównymi składnikami stopu są magnez, krzem i żelazo. Podobnie jak inne stopy aluminium, ma dobry stosunek wytrzymałości do wagi i jest naturalnie odporne na korozję atmosferyczną. Jedną z wad stali 6061 jest jej słaba odporność na korozję w kontakcie ze słoną wodą lub innymi chemikaliami. W bardziej wymagających zastosowaniach nie jest ono tak wytrzymałe jak inne stopy aluminium.

Skład i właściwości materiałowe aluminium 6082 są podobne do aluminium 6061. W Europie jest ono częściej stosowane, ponieważ jest zgodne z normami brytyjskimi.

Aluminium 7075

7075 to wysokiej klasy produkt z aluminium. Jest ono głównie stopione z cynkiem. Jest to jeden z najmocniejszych stopów aluminium. Jest to idealny wybór dla wysokowytrzymałych urządzeń rozrywkowych oraz ram samochodowych i lotniczych. Ponieważ w przypadku stali, aluminium 7075 ma doskonałe właściwości zmęczeniowe i może być poddawane obróbce cieplnej w celu uzyskania wysokiej wytrzymałości i twardości, dlatego jest niezbędne do zmniejszenia masy. Należy go jednak unikać, gdy wymagane jest spawanie.

Aluminium 5083

Aluminium 5083 ma wyższą wytrzymałość i doskonałą odporność na wodę morską niż większość innych stopów aluminium, dlatego jest powszechnie stosowane w budownictwie i aplikacjach morskich. Jest to również doskonały wybór do spawania.

Więcej wiedzy na temat części aluminiowych na stronie Wszystko o obróbce aluminium CNC

Stal nierdzewna

Stopy stali nierdzewnej mają dużą wytrzymałość, wysoką plastyczność, doskonałą odporność na ścieranie i korozję oraz są łatwe do spawania, obróbki i polerowania. W zależności od składu, mogą być (zasadniczo) niemagnetyczne lub magnetyczne.

Istnieje wiele rodzajów stali nierdzewnej. Nazywa się ją stalą nierdzewną, ponieważ zawiera chrom, który zapobiega utlenianiu (rdzewieniu). Ponieważ wszystkie rodzaje stali nierdzewnej wyglądają tak samo, konieczne jest stosowanie nowoczesnego sprzętu pomiarowego (np. detektora OES) do badania dostarczanych surowców z najwyższą starannością w celu potwierdzenia właściwości użytej stali.

Stal nierdzewna 303

W przypadku stali 303 dodawana jest również siarka. Siarka sprawia, że stal 303 jest najłatwiejsza w obróbce, ale jednocześnie w pewnym stopniu obniża jej odporność na korozję.

Stal 303 nie nadaje się do formowania na zimno (gięcia), nie można jej też poddawać obróbce cieplnej. Obecność siarki oznacza również, że nie jest ona idealna do spawania. Posiada doskonałe właściwości obróbki mechanicznej, ale należy zwrócić uwagę na prędkość/posuw i ostrość narzędzia tnącego.

Stal 303 jest zwykle stosowana na śruby i nakrętki ze stali nierdzewnej, złączki, wały i koła zębate. Nie powinna być jednak używana do produkcji akcesoriów morskich.

Stal nierdzewna 304

Jest to najbardziej rozpowszechniony stop stali nierdzewnej o doskonałych właściwościach mechanicznych i dobrej obrabialności. Jest odporny na większość warunków środowiskowych i czynników korozyjnych.

Jest to najczęstsza forma stali nierdzewnej występująca w różnych produktach konsumenckich i przemysłowych. Zwykle nazywana 18/8, odnosi się do dodatku 18% chromu i 8% niklu do stopu, który jest najbardziej powszechną formą stali nierdzewnej.

304 jest bardzo twarda, niemagnetyczna, łatwa w obróbce i zwykle ma odporność na korozję, więc jest bardzo odpowiedni dla akcesoriów kuchennych, zbiorników magazynowych i rur używanych w przemyśle, budownictwie i przemyśle samochodowym.

304 jest łatwy w obróbce, ale w przeciwieństwie do 303, może być spawany. Jest również bardziej odporny na korozję w większości normalnych (niechemicznych) środowisk. Dla mechaników, używać bardzo ostrych narzędzi tnących do obróbki i nie być zanieczyszczone przez inne metale.

Stal nierdzewna 316

Jest to kolejny wspólny stop stali nierdzewnej o właściwościach mechanicznych podobnych do 304. Zazwyczaj uważana za stal nierdzewną klasy morskiej, wytrzymałą i łatwą do spawania. Materiał jest bardzo odporny na korozję, a dla roztworów soli (takich jak woda morska), to jest bardzo odpowiedni dla budownictwa, armatury statków, rurociągów przemysłowych i zastosowań motoryzacyjnych.

Stal nierdzewna 2205

Stal nierdzewna 2205 duplex jest najmocniejszym stopem stali nierdzewnej (dwukrotnie mocniejszym od innych zwykłych stopów stali nierdzewnej) i ma doskonałą odporność na korozję. Jest używana w trudnych warunkach i ma wiele zastosowań w przemyśle naftowym i gazowym.

Stal nierdzewna 17-4

Właściwości mechaniczne stali nierdzewnej 17-4 (gatunek SAE 630) są porównywalne z właściwościami stali 304. Może być hartowana wytrąceniowo do wysokiego stopnia (w porównaniu ze stalą narzędziową) i ma doskonałą odporność chemiczną, co czyni ją odpowiednią do zastosowań wymagających bardzo wysokiej wydajności, takich jak produkcja łopatek turbin.

Stale narzędziowe

Stale narzędziowe to stopy metali o wyjątkowo wysokiej twardości, sztywności, odporności na ścieranie i odporności termicznej. Są one używane do wytwarzania narzędzi produkcyjnych (stąd ich nazwa), takich jak matryce, stemple i formy. Aby uzyskać ich dobre właściwości mechaniczne, muszą być poddane obróbce cieplnej.

Stalnarzędziowa D2 to odporny na zużycie stop, który zachowuje twardość do temperatury 425°C. Stal D2 to hartowana w powietrzu, wysokowęglowa, wysokochromowa stal narzędziowa o wysokiej odporności na ścieranie. Może być poddawana obróbce cieplnej i ma duży zakres twardości. Stal D2 jest idealnym wyborem do produkcji części i produktów, które łatwo się gną, ale muszą być gięte.

Stal narzędziowaA2 to hartowana w powietrzu stal narzędziowa ogólnego przeznaczenia o dobrej ciągliwości i doskonałej stabilności wymiarowej w podwyższonych temperaturach. Jest ona powszechnie stosowana do produkcji matryc do form wtryskowych.

Stal narzędziowaO1 to hartowany w oleju stop o wysokiej twardości 65 HRC. Powszechnie stosowana na noże i narzędzia skrawające.

Stale miękkie

Znane również jako stale niskowęglowe, charakteryzują się dobrymi właściwościami mechanicznymi, dużą skrawalnością i dobrą spawalnością. Ze względu na niski koszt, znajdują one ogólne zastosowanie, w tym w produkcji części maszyn, przyrządów i uchwytów. Stale miękkie są podatne na korozję i działanie substancji chemicznych. Powszechnie stosowane są

Stal miękka 1018

Stal miękka 1018 jest stopem ogólnego przeznaczenia o dobrej obrabialności i spawalności, a także doskonałej ciągliwości, wytrzymałości i twardości. Jest to najpowszechniej stosowany stop stali niskowęglowej.

Stal węglowa 1045

Ten wytrzymały materiał to stal niskowęglowa, a nie nierdzewna, która jest zwykle tańsza niż stal nierdzewna, ale ma większą wytrzymałość. Materiał ten można hartować i poddawać obróbce cieplnej, co ułatwia obróbkę i spawanie. Jest on najczęściej wykorzystywany w zastosowaniach przemysłowych i częściach mechanicznych wymagających dużej wytrzymałości i odporności, takich jak nakrętki i śruby, koła zębate, wały i korbowody. Stosuje się ją również w budownictwie, ale jeśli jest narażona na działanie środowiska, zwykle poddaje się ją obróbce powierzchniowej, aby zapobiec rdzewieniu.

Stal miękka A36

Stal niskowęglowa A36 to popularna stal konstrukcyjna o dobrej spawalności. Nadaje się do różnych zastosowań w przemyśle i budownictwie.

Magnez AZ31

Magnez AZ31, będący stopem aluminium i cynku, ma masę mniejszą o 35% w porównaniu z aluminium, ale jego wytrzymałość jest wyższa. Materiał ten jest jednak generalnie droższy i jest często stosowany do produkcji elementów samolotów. Materiał ten jest łatwy w obróbce, ale ma właściwości palne.

Magnez jest łatwy w obróbce, ale bardzo łatwo się pali, zwłaszcza w postaci proszku, dlatego musi być przetwarzany z użyciem płynnych środków smarnych. Magnez może być anodowany w celu zwiększenia jego odporności na korozję. Jest to również bardzo stabilny materiał konstrukcyjny i doskonały wybór do odlewów ciśnieniowych.

Ze względu na niewielką masę i dużą wytrzymałość jest często wykorzystywany do produkcji obudów laptopów, elektronarzędzi, korpusów aparatów fotograficznych i innych zastosowań w domu.
tytan

Tytan jest znany ze swojej wysokiej wytrzymałości, lekkości, ciągliwości i odporności na korozję. Może być spawany, pasywowany i anodyzowany w celu zwiększenia ochrony i poprawy wyglądu. Tytan ma słabe właściwości polerujące i jest słabym przewodnikiem elektrycznym, ale dobrym przewodnikiem cieplnym. Jest to materiał trudny w obróbce i można do niej używać tylko profesjonalnych narzędzi.

Materiał ten jest zwykle droższy niż inne metale. Występuje obficie w skorupie ziemskiej, ale jest trudny do rafinacji. Najczęściej jest wykorzystywany w zastosowaniach wojskowych, lotniczych i kosmicznych, przemysłowych i biomedycznych.

Mosiądz

Uznawany za jeden z najprostszych i najbardziej opłacalnych materiałów we frezowaniu CNC, mosiądz jest stopem miedzi i cynku, który jest stabilny, ale nie jest wystarczająco wytrzymały. Powszechne zastosowania obejmują sprzęt medyczny, produkty konsumenckie oraz osprzęt i kontakty elektryczne. Ponieważ mosiądz ma również niski współczynnik tarcia i wysoką odporność na korozję, jest również stosowany w inżynierii, hydraulice, inżynierii parowej, a nawet w instrumentach muzycznych. Ze względu na miękkość materiału i łatwość obróbki jest on stosowany w akcesoriach hydraulicznych, dekoracjach wnętrz i instrumentach muzycznych.

Dzięki dobrej obrabialności i doskonałemu przewodnictwu doskonale nadaje się do zastosowań wymagających niskiego tarcia. Jest również powszechnie stosowany w budownictwie do uzyskiwania złotego wyglądu o estetycznym wyglądzie.
Mosiądz C36000 to materiał o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie i naturalnej odporności na korozję. Jest to jeden z najłatwiejszych w obróbce materiałów, dlatego zwykle stosuje się go w zastosowaniach wielkoseryjnych.

Miedź

Jeśli chodzi o materiały do frezowania CNC, niewiele metali oferuje taką przewodność elektryczną jak miedź. Wysoka odporność na korozję pomaga temu materiałowi walczyć z rdzą, a właściwości przewodnictwa cieplnego ułatwiają proces kształtowania podczas obróbki CNC. Często wykorzystywana w przemyśle motoryzacyjnym, ma zastosowanie w układach chłodzenia i wymiennikach ciepła, a także w różnych zastosowaniach inżynieryjnych, takich jak zawory i chłodnice. Należy jednak wiedzieć, że miedź jest słaba w stosunku do niektórych substancji chemicznych, takich jak kwasy, siarczki fluorowców i roztwory amoniaku.

Tworzywa sztuczne

Oprócz materiałów metalowych, precyzyjna obróbka CNC firmy SANS jest również kompatybilna z wieloma tworzywami sztucznymi. Poniżej przedstawiamy niektóre z najczęściej stosowanych tworzyw sztucznych w technologii frezowania CNC.

ABS

ABS jest jednym z najbardziej popularnych tworzyw termoplastycznych, o dobrych właściwościach mechanicznych, doskonałej udarności, wysokiej odporności na ciepło i dobrej obrabialności.

ABS ma niską gęstość, dlatego doskonale nadaje się do lekkich zastosowań. Obrabiane CNC części z ABS są zwykle używane jako prototypy przed rozpoczęciem produkcji masowej metodą wtrysku.

Nylon

Nylon, znany również jako poliamid (PA), jest rodzajem tworzywa termoplastycznego. Ze względu na swoje doskonałe właściwości mechaniczne, dobrą udarność, wysoką odporność chemiczną i odporność na ścieranie, a także umiarkowaną odporność na płomień, jest powszechnie stosowany w izolatorach, łożyskach i produktach krótkotrwałych, które będą używane do formowania wtryskowego. Wadą tego materiału jest to, że łatwo absorbuje wodę i wilgoć.

POM

POM jest również nazywany Delrinem. Jest to termoplastyczny materiał konstrukcyjny o najwyższej przetwarzalności spośród tworzyw sztucznych.

POM (Delrin) jest zwykle najlepszym wyborem do obróbki CNC części z tworzyw sztucznych wymagających wysokiej precyzji, dużej sztywności, niskiego tarcia, doskonałej stabilności wymiarowej w wysokich temperaturach i wyjątkowo niskiej absorpcji wody.

PTFE

PTFE, powszechnie znany jako politetrafluoroetylen (teflon), jest termoplastycznym tworzywem konstrukcyjnym o doskonałej odporności chemicznej i cieplnej oraz najniższym współczynniku tarcia spośród wszystkich znanych ciał stałych. Jest doskonałym izolatorem elektrycznym. Posiada jednak czyste właściwości mechaniczne i jest często stosowany jako okładzina lub wkładka w komponentach.

HDPE

Polietylen o wysokiej gęstości (HDPE) to termoplastyczny materiał o wysokim stosunku wytrzymałości do masy, wysokiej udarności i dobrej odporności na warunki atmosferyczne.

HDPE jest lekkim tworzywem termoplastycznym, odpowiednim do zastosowań zewnętrznych i transportu rurociągowego. Podobnie jak ABS, jest on często używany do tworzenia prototypów przed formowaniem wtryskowym.

PEEK

PEEK to wysokowydajny termoplast konstrukcyjny o doskonałych właściwościach mechanicznych, stabilności termicznej w szerokim zakresie temperatur i doskonałej odporności na większość chemikaliów.

Ze względu na wysoki stosunek wagi do masy PEEK jest często stosowany do zastępowania części metalowych. Dostępne są również gatunki medyczne, dzięki czemu PEEK nadaje się również do zastosowań biomedycznych.

Zobacz również