Obrabialność materiałów, z których wykonane są elementy, w obróbce CNC

Obrabialność to stopień, w jakim materiał można łatwo przyciąć do wymaganego kształtu, rozmiaru i wykończenia. Ma ona bezpośredni wpływ na czas obróbki, zużycie narzędzi, jakość powierzchni oraz koszt elementu. Materiał musi jednak również spełniać wymagania dotyczące wytrzymałości, masy, odporności na korozję i przewodności elementu, więc właściwy wybór polega na znalezieniu równowagi między tymi czynnikami. Doświadczona usługa obróbki CNC może pomóc w znalezieniu tej równowagi dla danej części.

Krótka odpowiedź: Mosiądz (C360) i aluminium (6061, 7075) to metale najłatwiejsze w obróbce CNC. Stale węglowe i stopowe (1018, 1045, 4140) oraz stal nierdzewna gatunku 303 są umiarkowanie łatwe w obróbce. Standardowe stale nierdzewne (304, 316) oraz czysta miedź (C110) są trudniejsze w obróbce, a tytan (klasa 5) jest najtrudniejszym spośród omówionych tutaj metali. Te twardsze metale są jednak nadal szeroko stosowane ze względu na ich odporność na korozję, przewodność lub stosunek wytrzymałości do masy.

Co oznacza termin „obrabialność”

Metal o dobrej skrawalności charakteryzuje się szybkim skrawaniem, powolnym zużyciem narzędzi i gładką powierzchnią. Słaba skrawalność oznacza wolniejsze skrawanie, szybsze zużycie narzędzi i wyższe koszty przy zamawianiu usług obróbki CNC. Głównymi czynnikami są twardość (twardsze metale szybciej zużywają narzędzia), ciepło (niektóre metale zatrzymują ciepło w narzędziu skrawającym, co powoduje jego uszkodzenie) oraz utwardzanie się podczas cięcia (niektóre metale, takie jak stal nierdzewna i tytan, twardnieją w trakcie cięcia).

Metale stosowane w obróbce CNC oraz ich właściwości

1. Mosiądz (C360) – doskonała obrabialność

Mosiądz C360 charakteryzuje się bardzo szybką obróbką skrawaniem, rozpadając się na małe, czyste wióry i zapewniając gładką powierzchnię przy niewielkim zużyciu narzędzia. Wyróżnia się niskim współczynnikiem tarcia, dobrą odpornością na korozję oraz atrakcyjnym wyglądem; jest stosowany do produkcji elementów zaworów, armatury, złączy i elementów dekoracyjnych. Mosiądz C360 zawiera ołów, dlatego w przypadku elementów mających kontakt z wodą pitną może być konieczne zastosowanie mosiądzu bezołowiowego.

2. Aluminium (6061, 7075) – doskonała obrabialność

Aluminium jest najczęściej obrabiany metodą CNC i tnie się go znacznie szybciej niż stal, co pozwala utrzymać niskie koszty. Waży około jednej trzeciej tego, co stal, jest naturalnie odporny na korozję i dobrze przewodzi ciepło. 6061 to gatunek ogólnego zastosowania. 7075 jest znacznie wytrzymalszy, a mimo to dobrze poddaje się obróbce, dzięki czemu nadaje się do części poddawanych dużym obciążeniom. Typowe zastosowania obejmują obudowy, wsporniki, radiatory, części lotnicze i prototypy.

3. Stal węglowa i stopowa (1018, 1045, 4140) – dobra obrabialność

Stale te charakteryzują się wysoką wytrzymałością i odpornością na odkształcenia przy niskich kosztach materiałowych, jednak większość z nich wymaga powłoki zabezpieczającej przed rdzą. Stal 1018 jest niedroga oraz łatwa w obróbce skrawaniem i spawaniu. Stal 1045 jest wytrzymalsza, ale nieco trudniejsza w obróbce skrawaniem. Stal 4140 można obrabiać w stanie miękkim, a następnie poddać obróbce cieplnej, lub kupić w postaci już utwardzonej. Typowe zastosowania obejmują wały, koła zębate, przyrządy i osprzęt.

4. Stal nierdzewna (303, 304, 316) – średnia obrabialność

Stal nierdzewna charakteryzuje się wytrzymałością i doskonałą odpornością na korozję, ale jest trudniejsza w obróbce niż stal węglowa. Podczas cięcia twardnieje i zatrzymuje ciepło przy narzędziu, dlatego wymaga ostrych narzędzi i wolniejszego tempa cięcia. Gatunek 303 jest najłatwiejszy w obróbce, ale charakteryzuje się nieco mniejszą odpornością na korozję i nie jest zalecany do spawania. Gatunek 304 jest najczęściej stosowany. Gatunek 316 najlepiej znosi działanie słonej wody i chemikaliów, ale spośród tych trzech jest najtrudniejszy w obróbce. Typowe zastosowania obejmują branżę medyczną, przetwórstwo spożywcze oraz części okrętowe.

5. Miedź (C110) – średnia skrawalność

Miedź wybiera się ze względu na jej przewodność elektryczną i cieplną, a nie ze względu na łatwość obróbki. Jest miękka i lepka, tworzy długie wióry, które przywierają do narzędzia, i wymaga stosowania bardzo ostrych narzędzi. C110 to standardowy gatunek stosowany do produkcji szyn zbiorczych, styków elektrycznych, wymienników ciepła i urządzeń radiowych.

6. Tytan (klasa 2, klasa 5) – trudna obróbka skrawaniem

Tytan idealnie nadaje się do produkcji elementów, które muszą być lekkie i bardzo wytrzymałe, ale spośród omówionych tu metali jest najtrudniejszy w obróbce. Gromadzi ciepło w narzędziu skrawającym i szybko je zużywa, dlatego należy go obrabiać powoli, stosując duże ilości chłodziwa, co podnosi koszty. Jest odporny na korozję i bezpieczny do stosowania w organizmie ludzkim; wykorzystuje się go do produkcji części lotniczych i kosmicznych, implantów medycznych oraz elementów o wysokiej wydajności. Najczęściej stosowana jest klasa 5. Klasa 2 jest bardziej miękka i łatwiejsza w obróbce, ale mniej wytrzymała.

Obrabialność popularnych tworzyw sztucznych stosowanych w maszynach CNC

Tworzywa sztuczne da się ciąć szybko, przy niewielkim zużyciu narzędzi, ale mogą się topić pod wpływem ciepła powstającego podczas cięcia, wyginać się pod naciskiem oraz zmieniać wymiary w zależności od temperatury, przez co trudniej jest zachować precyzyjne wymiary. Najlepsze wyniki zapewniają ostre narzędzia, delikatne cięcia i dobre chłodzenie.

• Acetal (Delrin):Acetal jest sztywny, charakteryzuje się niskim współczynnikiem tarcia i dobrze zachowuje swój kształt. Stosuje się go do produkcji kół zębatych, tulei i elementów precyzyjnych.

• Nylon: Nylon jest wytrzymały i odporny na zużycie, ale wchłania wilgoć, co może powodować niewielkie zmiany jego wymiarów. Stosuje się go do produkcji kół zębatych, podkładek ochronnych i elementów dystansowych.

• ABS: ABS jest niedrogi i łatwy do malowania, co sprawia, że jest popularny przy produkcji prototypów, obudów i osłon.

• Poliwęglan i akryl: Oba są przezroczystymi tworzywami sztucznymi. Poliwęglan łatwo ulega zarysowaniom, a akryl może pękać, jeśli jest cięty zbyt agresywnie. Wykorzystuje się je do produkcji osłon, okien i witryn.

• PEEK: PEEK charakteryzuje się dużą wytrzymałością oraz odpornością na wysoką temperaturę i substancje chemiczne, ale jest drogi. Stosuje się go do produkcji części dla przemysłu lotniczego i kosmicznego oraz medycznego.

Jak wybrać odpowiedni metal do obróbki CNC

Najlepszy metal to taki, który spełnia Twoje wymagania dotyczące wydajności przy najniższych kosztach całkowitych.

Jak pogodzić obrabialność z wymaganiami dotyczącymi części

Najlepszy materiał spełnia Twoje wymagania dotyczące wydajności przy najniższych kosztach całkowitych:

1. Zdefiniuj funkcję: Wymień obciążenia, naprężenia i zużycie, jakim musi wytrzymać dana część.

2. Sprawdź warunki otoczenia: wilgoć, substancje chemiczne, wysoka temperatura i ekspozycja na czynniki zewnętrzne ograniczają dostępne opcje.

3. Weź pod uwagę wagę: Aluminium i tytan to idealne materiały, gdy liczy się każdy gram.

4. Znajdź równowagę między obrabialnością a budżetem: Metale trudniejsze w obróbce wydłużają czas obróbki, zwiększają zużycie narzędzi i podnoszą koszty, dlatego należy je wybierać tylko wtedy, gdy jest to konieczne.

5. Zaplanuj wykończenie: Anodowanie (w przypadku aluminium) i powlekanie galwaniczne (w przypadku stali) mogą poprawić odporność tańszych metali na korozję i zużycie.

6. Weź pod uwagę objętość: Jeśli chcesz sprawdzić rzeczywistą wydajność, wykonaj prototyp z materiału, z którego będzie wykonany produkt końcowy.

Obróbka CNC – prototypowanie i produkcja z firmą Norck

Norck oferuje obróbkę CNC na zamówienie — od pojedynczych prototypów po produkcję na dużą skalę — z wykorzystaniem procesów posiadających certyfikat ISO 9001:2015. Usługi obejmują frezowanie 3- i 5-osiowe frezowanie, toczenie i frezowanie-toczenie, szlifowanie, honowanie i elektroerozję, a także gratowanie, wykańczanie, galwanizację i montaż. Norck przetwarza aluminium, stale, stopy specjalne, tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe, oferuje analizę DFM wraz z zaleceniami dotyczącymi doboru materiałów oraz dysponuje siecią produkcyjną obejmującą Stany Zjednoczone i Europę, obsługującą klientów z branży lotniczej, obronnej, robotyki, medycznej, motoryzacyjnej, energetycznej, elektronicznej i przemysłowej.

Wnioski

Mosiądz i aluminium to metale najłatwiejsze w obróbce, stal węglowa zapewnia równowagę między wytrzymałością a kosztem, natomiast stal nierdzewna, miedź i tytan są trudniejsze w obróbce, ale niezbędne, gdy liczą się ich właściwości. Tworzywa sztuczne, takie jak acetal, nylon i ABS, poddają się szybkiej obróbce i nadają się do produkcji lekkich lub niedrogich części. Właściwy wybór polega na znalezieniu równowagi między obrabialnością a wymaganymi właściwościami części.

Potrzebujesz obróbki skrawaniem swojej części? Prześlij plik CAD lub rysunek techniczny, aby otrzymać wycenę, lub zwróć się do inżyniera o ocenę wykonalności projektu (DFM) i rekomendację materiału.