Els materials de mecanitzat CNC que trieu determinen no només la funcionalitat i la durabilitat de la peça final, sinó també el cost, el temps de producció i la tècnica de mecanitzat necessària.
Hi ha molts tipus diferents de metalls i plàstics per triar. Voleu la lleugeresa i resistència de l'alumini o voleu la resistència a la corrosió de l'acer inoxidable? Necessiteu un plàstic d'alt rendiment com... ULLADA, o és ABS una elecció acceptable?
Aquesta guia examina els materials mecanitzats amb CNC més freqüentment, analitza les maneres en què les seves característiques afecten el mecanitzat i presenta suggeriments pràctics per ajudar-vos a refinar les vostres opcions per aconseguir el millor rendiment al menor cost possible.
Materials utilitzats habitualment per al mecanitzat CNC
Els tipus de materials que es poden utilitzar en el procés de mecanitzat són de gairebé tots els tipus imaginables, però a la indústria principalment, els metalls i els plàstics són els més utilitzats.
Materials metàl·lics utilitzats per al mecanitzat CNC
Els metalls utilitzats en el mecanitzat CNC són els més comuns per la seva resistència, durabilitat i resistència tèrmica.
- Alumini:Aquest metall és, sense exageració, el metall més mecanitzat per CNC. En comparació amb altres metalls, és lleuger, es pot mecanitzar fàcilment i té una bona relació resistència-pes. El 6061 és un aliatge versàtil comú i el 7075 és un aliatge de major resistència que s'utilitza a la indústria aeroespacial. A causa de la seva resistència a la corrosió, s'utilitza en peces per a les indústries de l'automoció, l'aeroespacial i fins i tot l'electrònica de consum.
- Acer inoxidable:Aquest metall és conegut per la seva resistència a la corrosió i l'òxid. Per aquestes raons, s'utilitza molt en les indústries mèdica, alimentària i marina. El 303 és el grau més fàcil de mecanitzar, el 304 i el 316 són els graus més resistents i també tenen una resistència a la corrosió superior, però són més resistents a les eines de tall.
- Llautó: Aquest metall també és conegut per ser molt fàcil de mecanitzar. Té una bona conductivitat elèctrica, un acabat estètic molt agradable i produeix molt poca fricció quan es mecanitza. Per aquestes raons, s'utilitza per a vàlvules, broquets elèctrics i altres aparells elèctrics.
- Titani: A causa de la seva relació resistència-pes, resistència a la temperatura i resistència a la corrosió, el titani és essencial en el camp dels implants aeroespacials i mèdics. Tanmateix, el titani és difícil de mecanitzar i la seva conductivitat tèrmica és deficient. Per tant, el titani desgasta les eines ràpidament.
- Acer (carboni i aliatge): L'acer proporciona la màxima resistència i durabilitat. Els acers baixos en carboni solen ser més fàcils de treballar que els acers amb alt contingut de carboni. Els acers aliats com el 4140 s'utilitzen per a aplicacions més resistents i també són tractables tèrmicament. Aquestes aplicacions inclouen eixos i engranatges.
Materials plàstics utilitzats per al mecanitzat CNC
Per les seves característiques lleugeres i aïllants, així com per la seva capacitat de resistir ambients químics corrosius, el plàstic sovint és un material adequat. Són populars, per exemple, en dispositius mèdics i dispositius electrònics, tant durant la fase de prototipatge com en la producció final dels dispositius.
- ABS (acrilonitril butadiè estirè): L'ABS és un dels plàstics d'enginyeria més comuns. És barat, fàcil de mecanitzar i fins i tot resistent als impactes; aquesta és una de les moltes raons per les quals el prototipatge ràpid sovint s'utilitza en el món de l'enginyeria.
- Niló (poliamida): Conegut per ser extremadament fort, durador i resistent al desgast, és molt buscat per fabricar components de baixa fricció. Tanmateix, a causa del fet que el niló és altament absorbent, la humitat present a l'aire pot afectar el niló i fer que es deformi.
- Delrin (POM): El Delrin és perfectament adequat per a aplicacions d'enginyeria de precisió de plàstics a causa de la seva alta estabilitat dimensional i baixa fricció. També és un material substitut popular del metall quan es tracta de peces d'enginyeria com ara elements de fixació i casquets.
- PEEK (polieteretercetona): Per a aplicacions d'alt rendiment que necessiten resistir temperatures extremes, ambients químicament corrosius i condicions molt exigents (per exemple, les indústries mèdica i aeroespacial), s'utilitza un plàstic de preu superior conegut com a PEEK.
- Policarbonat (PC): El policarbonat també és un plàstic d'enginyeria molt buscat. És transparent, conegut per la seva alta resistència als impactes, s'utilitza sovint en una àmplia gamma d'aplicacions òptiques i també s'utilitza en ulleres de seguretat i sistemes que manegen diversos fluids.
Propietats dels materials i el seu impacte en el mecanitzat CNC
Quan es mecanitza amb CNC, conèixer les propietats bàsiques del material ajudarà a predir com es comportaran els materials sota l'eina de tall.
Duresa
La duresa indica quanta tensió pot suportar un material sense deformar-se.
- Impacte: Si un material és massa dur (és a dir, acers endurits, titani), les velocitats de tall s'hauran de reduir dràsticament per evitar la ruptura de l'eina, cosa que augmentarà el temps i els costos de mecanitzat.
- Consell de selecció: Especifiqueu un nivell de duresa més alt només si el material ha d'estar sotmès a molt desgast o abrasió.
Maquinabilitat
La maquinabilitat és la facilitat per tallar un determinat material. Molt sovint, és una qualificació comparativa on els acers de mecanitzat lliure (1212) reben una qualificació del 100%.
- Impacte: Els materials amb una alta capacitat de maquinabilitat (és a dir, alumini 6061, llautó) fan la feina molt més ràpid, amb menys desgast de l'eina i seran més econòmics de produir.
- Consell de selecció: si el vostre disseny ho permet, utilitzeu sempre materials amb qualificacions més altes per minimitzar els costos.
Estabilitat tèrmica
L'estabilitat tèrmica d'un material és la seva reacció a la calor.
- Impacte: El mecanitzat genera calor per fricció. Si un plàstic té baixa estabilitat tèrmica, es pot fondre o deformar si es mecanitza de manera massa agressiva. Els metalls amb mala conductivitat tèrmica com el titani concentraran molta calor cap a l'eina de tall, cosa que en reduirà la vida útil.
- Consell de selecció: si el mecanitzat s'ha de fer de manera agressiva o si es tracta d'una aplicació a alta temperatura, s'han de seleccionar materials amb alta estabilitat tèrmica.
Resistència a la tracció
La resistència a la tracció fa referència a la quantitat d'esforç que un material pot suportar sota tensió abans de trencar-se.
- Impacte: Si s'escull un material amb una alta resistència a la tracció per al mecanitzat, és probable que el mecanitzat sigui més difícil.
- Consell de selecció: assegureu-vos que la resistència a la tracció sigui suficient per a l'estructura, però eviteu especificar una resistència que sigui més que suficient si el component no suporta càrrega.
Implicacions de costos de diferents materials de mecanitzat
El cost d'una peça mecanitzada per CNC rarament és només el cost del bloc de metall en brut. És una combinació dels costos de les matèries primeres, el temps de mecanitzat i el desgast de les eines.
El cost de la matèria primera
Aquesta és la consideració més evident.
- Cost baix: ABS, alumini 6061, acer suau.
- Cost mitjà: acer inoxidable 304, niló, policarbonat.
- Cost elevat: titani, PEEK, acer inoxidable 316.
El cost ocult: la maquinabilitat
Aquí és on els pressupostos sovint es trenquen. Un bloc de titani pot costar cinc vegades més que un bloc d'alumini, però el cost real prové del temps de treball de la màquina. Com que el titani s'ha de tallar lentament per evitar danys a l'equip, la màquina pot funcionar durant 10 hores per a una peça que trigaria 1 hora en alumini.
Si pagueu una tarifa per hora pel mecanitzat, aquest augment de temps de 10 vegades eclipsa el cost de la matèria primera.
Desgast i substitució d'eines
Els materials abrasius com el niló farcit de vidre o els metalls durs desgasten ràpidament les freses i les broques. Si un maquinista ha d'aturar la màquina per substituir una eina desafilada a la meitat de la feina, esteu pagant aquest temps d'inactivitat i el cost de les noves eines.
Consells per optimitzar la selecció de materials per al mecanitzat CNC
Podeu reduir costos i terminis de lliurament seguint aquestes estratègies d'optimització durant la fase de disseny.
1.No especifiqueu en excés
El fet que el titani de grau 5 sigui el "millor" material per al disseny no vol dir que s'hagi d'utilitzar. Els enginyers han d'utilitzar materials que siguin realment els més rendibles. Si la peça ha de ser sobre un escriptori i simplement ha de funcionar per contenir un sensor, no cal una versió cara d'acer d'alta qualitat.
2.Estandarditzeu les mides dels vostres billets
Quan mecanitzen components CNC, els maquinistes obtenen els seus materials en estoc en mides de barra, vareta i placa. Si un disseny diu que la peça té 51 mm d'amplada, el maquinista ha d'obtenir una barra de 60 mm i fresar 9 mm de material. Si la peça està dissenyada per tenir 49 mm d'amplada, poden utilitzar una barra de 50 mm i no es malgasta material. Es requereix menys temps per al mecanitzat.
3.Penseu en el postprocessament
Si es necessita una duresa superficial específica i la peça s'ha de mecanitzar fàcilment, s'han de dur a terme processos secundaris. Es poden utilitzar acers més tous en l'enduriment per cementació, i el mateix passa amb l'alumini, que es pot utilitzar i anoditzar per obtenir una capa superficial més resistent al desgast i a la corrosió.
4.Tingueu en compte el gruix de les vostres parets
Si bé això s'aplica a tots els altres materials, és encara més crític quan es tracta de plàstics. Els processos de mecanitzat poden crear acabats superficials desiguals i, més perillosament, poden causar esquerdes a la peça si la paret és de disseny més prim. Sobredimensioneu el gruix de la paret i assegureu-vos que sigui suficient per suportar l'impacte de l'instrument de tall.
Conclusió
Seleccionar el material adequat per al mecanitzat CNC poques vegades és una decisió en blanc i negre. És una negociació entre les demandes físiques del producte final i les realitats econòmiques de la fabricació. En comprendre els inconvenients entre la maquinabilitat, el cost i les propietats mecàniques, podeu dissenyar peces que no només siguin funcionals, sinó també eficients de produir.
Tant si us inclineu per la versatilitat de l'alumini, la durabilitat de l'acer o la precisió del Delrin, la clau és involucrar el vostre soci de fabricació al principi del procés de disseny. La seva experiència a la planta pot proporcionar informació valuosa que estalvia temps i diners abans que es talli la primera estella.
Preguntes freqüents
P: Quin és el metall més barat per al mecanitzat CNC?
A: Normalment, l'alumini 6061 és el més barat. Mentre que alguns acers suaus tenen un preu de matèria primera més barat per lliura, l'alumini es talla molt més ràpid, cosa que redueix el cost total de producció.
P: Es pot mecanitzar el cautxú amb CNC?
R: Molt difícil. El cautxú és massa tou i flexible. En comptes de tallar-se, tendeix a ser empès lluny de l'eina de tall. Per a materials gomosos, és millor mecanitzar un motlle i fondre la peça. També és millor utilitzar elastòmers més durs com el poliuretà (PU) amb una mica de congelació.
P: Per què és tan car mecanitzar el titani?
R: Perquè té baixa conductivitat tèrmica (s'escalfa) i també és químicament reactiu amb les eines de tall (provocant-ne el desgast). A més, és físicament difícil de tallar, de manera que les eines es desgasten més ràpidament. Per això, els maquinistes han de moure's lentament i canviar les eines de tall més sovint.
P: Quin és el millor plàstic per mantenir toleràncies ajustades?
A: Per a toleràncies ajustades, l'acetal (Delrin/POM) és el millor plàstic. A diferència del niló, és més rígid, dimensionalment estable i resistent a l'absorció d'humitat.
