Materiály pro CNC obrábění: Dokonalý průvodce výběrem

Plastové materiály používané pro CNC obrábění

Díky své nízké hmotnosti a izolačním vlastnostem, stejně jako schopnosti odolávat korozivnímu chemickému prostředí, je plast často vhodnou volbou materiálu. Je oblíbený například v lékařských přístrojích a elektronických zařízeních, a to jak ve fázi prototypování, tak i při finální výrobě zařízení.

• ABS (akrylonitrilbutadienstyren): ABS je jedním z nejběžnějších technických plastů. Je levný, snadno se obrábí a dokonce je odolný proti nárazu; to je jeden z mnoha důvodů, proč se rychlé prototypování často používá ve světě strojírenství.
• Nylon (polyamid): Je známý svou extrémní pevností, odolností a odolností proti opotřebení, a proto je velmi žádaný pro výrobu součástek s nízkým třením. Vzhledem k tomu, že nylon je vysoce savý, může vlhkost přítomná ve vzduchu ovlivnit nylon a způsobit jeho deformaci.
• Delrin (POM): Delrin se díky své vysoké rozměrové stabilitě a nízkému tření dokonale hodí pro aplikace v přesném strojírenství s plasty. Je také oblíbeným náhradním materiálem za kov, pokud jde o technické díly, jako jsou spojovací prvky a pouzdra.
• PEEK (polyetheretherketon): Pro velmi výkonné aplikace, které musí odolávat extrémním teplotám, chemicky korozivnímu prostředí a velmi náročným podmínkám (například lékařský a letecký průmysl), se používá cenově dostupný plast známý jako PEEK.
• Polykarbonát (PC): Polykarbonát je také velmi vyhledávaným technickým plastem. Je průhledný, známý pro vysokou rázovou houževnatost, často se používá v široké škále optických aplikací a také se používá v ochranných brýlích a systémech, které manipulují s různými kapalinami.

Vlastnosti materiálů a jejich vliv na CNC obrábění

Při CNC obrábění vám znalost základních vlastností materiálů pomůže předpovědět, jak se budou materiály chovat pod řezným nástrojem.

Tvrdost

Tvrdost udává, jaké namáhání materiál snese, aniž by se deformoval.

• Dopad: Pokud je materiál příliš tvrdý (např. kalené oceli, titan), je nutné drasticky snížit řezné rychlosti, aby se zabránilo zlomení nástroje, což by následně zvýšilo dobu obrábění a náklady.
• Tip pro výběr: Vyšší stupeň tvrdosti zadejte pouze v případě, že bude materiál vystaven velkému opotřebení nebo oděru.

Obrábění

Obrobitelnost je snadnost řezání určitého materiálu. Nejčastěji se jedná o srovnávací hodnocení, kde se oceli pro obrábění na volné noze (1212) hodnotí 100 %.

• Dopad: Materiály s vysokou obrobitelností (např. hliník 6061, mosaz) zvládnou práci mnohem rychleji, s menším opotřebením nástrojů a jejich výroba bude levnější.
• Tip pro výběr: Pokud to váš návrh umožňuje, vždy používejte materiály s vyššími ratingy, abyste minimalizovali náklady.

Tepelná stabilita

Tepelná stabilita materiálu je jeho reakce na teplo.

• Dopad: Obrábění generuje třecí teplo. Pokud má plast nízkou tepelnou stabilitu, může se při příliš agresivním obrábění roztavit nebo zdeformovat. Kovy se špatnou tepelnou vodivostí, jako je titan, koncentrují velké množství tepla směrem k řeznému nástroji, což zkracuje jeho životnost.
• Tip pro výběr: Pokud se má obrábění provádět agresivně nebo se jedná o aplikaci za vysokých teplot, měly by být zvoleny materiály s vysokou tepelnou stabilitou.

Pevnost v tahu

Pevnost v tahu se vztahuje k množství napětí, kterému materiál vydrží pod napětím, než se zlomí.

• Dopad: Pokud je pro obrábění zvolen materiál s vysokou pevností v tahu, je pravděpodobné, že obrábění bude obtížnější.
• Tip pro výběr: Ujistěte se, že pevnost v tahu je pro danou konstrukci dostatečná, ale vyhněte se specifikaci pevnosti, která je více než dostatečná, pokud součást není nosná.

Nákladové dopady různých obráběcích materiálů

Cena CNC obráběného dílu se zřídkakdy rovná pouze ceně surového bloku kovu. Je to kombinace nákladů na suroviny, doby obrábění a opotřebení nástroje.

Cena suroviny

Toto je nejzřejmější úvaha.

• Nízké náklady: ABS, hliník 6061, měkká ocel.
• Střední cena: nerezová ocel 304, nylon, polykarbonát.
• Vysoká cena: Titan, PEEK, nerezová ocel 316.

Skryté náklady: Obrobitelnost

Právě zde se rozpočty často selhávají. Blok titanu může stát pětkrát více než blok hliníku, ale skutečné náklady pramení z doby, kterou stroj spotřebuje. Protože titan musí být řezán pomalu, aby se zabránilo poškození zařízení, může stroj běžet 10 hodin na díl, který by se v hliníku obráběl 1 hodinu.

Pokud platíte za obrábění hodinovou sazbu, toto desetinásobné prodloužení času převyšuje náklady na suroviny.

Opotřebení a výměna nástrojů

Abrazivní materiály, jako je nylon plněný skelnými vlákny nebo tvrdé kovy, rychle opotřebovávají frézy a vrtáky. Pokud musí obráběč v polovině práce zastavit stroj, aby vyměnil tupý nástroj, platíte za prostoje a náklady na nové nástroje.

Tipy pro optimalizaci výběru materiálu pro CNC obrábění

Dodržováním těchto optimalizačních strategií během fáze návrhu můžete snížit náklady a dodací lhůty.

1.Nepřehánějte specifikace

Jen proto, že titan třídy 5 je „nejlepším“ materiálem pro konstrukci, neznamená to, že se musí použít. Inženýři musí použít materiály, které jsou skutečně cenově nejvýhodnější. Pokud bude součástka stát na stole a bude sloužit pouze k uchycení senzoru, pak drahá verze vysoce kvalitní oceli není potřeba.

2.Standardizujte velikosti svých sochorů

Při obrábění CNC součástí si obráběči dodávají materiál ve formě tyčí, prutů a plechů. Pokud je v návrhu uvedena šířka dílu 51 mm, musí obráběč vzít tyč o šířce 60 mm a odfrézovat z ní 9 mm materiálu. Pokud je díl navržen na šířku 49 mm, může použít tyč o šířce 50 mm a nedojde k plýtvání materiálem. Obrábění vyžaduje méně času.

3.Zamyslete se nad následným zpracováním

Pokud je požadována specifická povrchová tvrdost a součást musí být snadno obrobitelná, je nutné zavést sekundární procesy. Měkčí oceli lze použít pro cementování a totéž platí pro hliník, který lze použít a eloxovat pro povrchovou vrstvu, která je odolnější vůči opotřebení a korozi.

4.Zvažte tloušťku vašich stěn

I když to platí pro všechny ostatní materiály, u plastů je to ještě důležitější. Obráběcí procesy mohou vytvářet nerovnoměrné povrchy a, co je nebezpečnější, mohou způsobit praskliny v obrobku, pokud je stěna tenčí. Nadměrně naddimenzujte tloušťku stěny a ujistěte se, že je dostatečná k vydržení nárazu řezného nástroje.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Výběr správného materiálu pro CNC obrábění je zřídka černobílé rozhodnutí. Jde o vyjednávání mezi fyzickými požadavky na konečný produkt a ekonomickou realitou výroby. Pochopením kompromisů mezi obrobitelností, náklady a mechanickými vlastnostmi můžete navrhovat díly, které jsou nejen funkční, ale také efektivní při výrobě.

Ať už se přikláníte k všestrannosti hliníku, odolnosti oceli nebo přesnosti Delrinu, klíčem je zapojit svého výrobního partnera do raného procesu návrhu. Jeho zkušenosti z výroby vám mohou poskytnout neocenitelné poznatky, které ušetří čas a peníze ještě předtím, než bude vyrobena první tříska.