Υλικά κατεργασίας CNC: Ο απόλυτος οδηγός επιλογής

Πλαστικά υλικά που χρησιμοποιούνται για κατεργασία CNC

Λόγω των ελαφρών και μονωτικών χαρακτηριστικών τους, καθώς και της ικανότητάς τους να αντιστέκονται σε διαβρωτικά χημικά περιβάλλοντα, το πλαστικό αποτελεί συχνά μια κατάλληλη επιλογή υλικού. Είναι δημοφιλή, για παράδειγμα, σε ιατρικές συσκευές και ηλεκτρονικές συσκευές, τόσο κατά τη φάση της πρωτοτυποποίησης όσο και στην τελική παραγωγή συσκευών.

• ABS (ακρυλονιτρίλιο βουταδιένιο στυρένιο): Το ABS είναι ένα από τα πιο συνηθισμένα πλαστικά μηχανικής. Είναι φθηνό, εύκολο στην κατεργασία, ακόμη και ανθεκτικό σε κρούσεις. Αυτός είναι ένας από τους πολλούς λόγους για τους οποίους η ταχεία πρωτοτυποποίηση χρησιμοποιείται συχνά στον κόσμο της μηχανικής.
• Νάιλον (πολυαμίδιο): Γνωστό για την εξαιρετικά ισχυρή, ανθεκτική και ανθεκτική στη φθορά φύση του, είναι ιδιαίτερα περιζήτητο για την κατασκευή εξαρτημάτων χαμηλής τριβής. Ωστόσο, λόγω του γεγονότος ότι το νάιλον είναι ιδιαίτερα απορροφητικό, η υγρασία που υπάρχει στον αέρα μπορεί να επηρεάσει το νάιλον και να το προκαλέσει παραμόρφωση.
• Delrin (POM): Το Delrin είναι ιδανικό για εφαρμογές ακριβείας στην κατασκευή πλαστικών λόγω της υψηλής διαστατικής σταθερότητας και της χαμηλής τριβής του. Είναι επίσης ένα δημοφιλές υποκατάστατο υλικό για μέταλλο όσον αφορά τα μηχανικά εξαρτήματα όπως τα συνδετικά στοιχεία και οι δακτύλιοι.
• PEEK (Πολυαιθεραιθερκετόνη): Για εφαρμογές πολύ υψηλής απόδοσης που πρέπει να αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες, χημικά διαβρωτικά περιβάλλοντα και πολύ απαιτητικές συνθήκες (για παράδειγμα, οι ιατρικές και αεροδιαστημικές βιομηχανίες), χρησιμοποιείται ένα πλαστικό υψηλής τιμής, γνωστό ως PEEK.
• Πολυανθρακικό (PC): Το πολυανθρακικό είναι επίσης ένα ιδιαίτερα περιζήτητο πλαστικό μηχανικής. Είναι διαφανές, γνωστό για την υψηλή αντοχή του στην κρούση, χρησιμοποιείται συχνά σε ένα ευρύ φάσμα οπτικών εφαρμογών και χρησιμοποιείται επίσης σε γυαλιά ασφαλείας και συστήματα που χειρίζονται διάφορα υγρά.

Ιδιότητες Υλικών και η Επίδρασή τους στην Κατεργασία CNC

Κατά την κατεργασία με CNC, η γνώση των βασικών ιδιοτήτων των υλικών θα βοηθήσει στην πρόβλεψη της απόδοσης των υλικών κάτω από το εργαλείο κοπής.

Σκληρότητα:

Η σκληρότητα δείχνει πόση τάση μπορεί να αντέξει ένα υλικό χωρίς να παραμορφωθεί.

• Κρούση: Εάν ένα υλικό είναι πολύ σκληρό (π.χ. σκληρυμένοι χάλυβες, τιτάνιο), οι ταχύτητες κοπής θα πρέπει να μειωθούν δραστικά για να αποφευχθεί το σπάσιμο του εργαλείου, με αποτέλεσμα την αύξηση του χρόνου και του κόστους κατεργασίας.
• Συμβουλή επιλογής: Καθορίστε υψηλότερο επίπεδο σκληρότητας μόνο εάν το υλικό πρόκειται να υποβληθεί σε μεγάλη φθορά ή τριβή.

Μηχανική ικανότητα

Η μηχανική κατεργασιμότητα είναι η ευκολία κοπής ενός συγκεκριμένου υλικού. Τις περισσότερες φορές, πρόκειται για μια συγκριτική αξιολόγηση όπου οι χάλυβες ελεύθερης κατεργασίας (1212) λαμβάνουν βαθμολογία 100%.

• Επιπτώσεις: Τα υλικά με υψηλή βαθμολογία κατεργασιμότητας (π.χ. αλουμίνιο 6061, ορείχαλκος) ολοκληρώνουν την εργασία πολύ πιο γρήγορα, με λιγότερη φθορά των εργαλείων και θα είναι φθηνότερα στην παραγωγή.
• Συμβουλή επιλογής: Εάν το επιτρέπει ο σχεδιασμός σας, επιλέξτε πάντα υλικά με υψηλότερες αξιολογήσεις για να ελαχιστοποιήσετε το κόστος.

Θερμική σταθερότητα

Η θερμική σταθερότητα ενός υλικού είναι η αντίδρασή του στη θερμότητα.

• Κρούση: Η κατεργασία παράγει θερμότητα τριβής. Εάν ένα πλαστικό έχει χαμηλή θερμική σταθερότητα, μπορεί να λιώσει ή να παραμορφωθεί εάν υποστεί κατεργασία με υπερβολική επιθετικότητα. Τα μέταλλα με χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, όπως το τιτάνιο, θα συγκεντρώσουν πολλή θερμότητα προς το εργαλείο κοπής, μειώνοντας τη διάρκεια ζωής του.
• Συμβουλή επιλογής: Εάν η κατεργασία πρόκειται να γίνει με επιθετικό τρόπο ή εάν πρόκειται για εφαρμογή υψηλής θερμοκρασίας, θα πρέπει να επιλέγονται υλικά με υψηλή θερμική σταθερότητα.

Αντοχή σε εφελκυσμό

Η αντοχή σε εφελκυσμό αναφέρεται στην ποσότητα τάσης που μπορεί να αντέξει ένα υλικό ενώ βρίσκεται υπό τάση πριν σπάσει.

• Κρούση: Εάν επιλεγεί για κατεργασία ένα υλικό με υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό, είναι πιθανό να δυσχερανθεί η κατεργασία.
• Συμβουλή επιλογής: Βεβαιωθείτε ότι η αντοχή σε εφελκυσμό είναι επαρκής για τη δομή, αλλά αποφύγετε να καθορίσετε αντοχή που είναι περισσότερο από επαρκής εάν το εξάρτημα δεν φέρει φορτίο.

Επιπτώσεις κόστους διαφορετικών υλικών κατεργασίας

Το κόστος ενός κατεργασμένου με CNC εξαρτήματος σπάνια είναι απλώς το κόστος του ακατέργαστου μεταλλικού μπλοκ. Είναι ένας συνδυασμός κόστους πρώτων υλών, χρόνου κατεργασίας και φθοράς του εργαλείου.

Το κόστος των πρώτων υλών

Αυτή είναι η πιο προφανής σκέψη.

• Χαμηλό κόστος: ABS, Αλουμίνιο 6061, Μαλακός χάλυβας.
• Μέτριο κόστος: Ανοξείδωτο ατσάλι 304, νάιλον, πολυανθρακικό.
• Υψηλό κόστος: Τιτάνιο, PEEK, ανοξείδωτο ατσάλι 316.

Το Κρυφό Κόστος: Η Μηχανική Ικανότητα

Εδώ είναι που συχνά οι προϋπολογισμοί σπάνε. Ένα μπλοκ τιτανίου μπορεί να κοστίζει πέντε φορές περισσότερο από ένα μπλοκ αλουμινίου, αλλά το πραγματικό κόστος προέρχεται από τον χρόνο που απαιτείται για την επεξεργασία του μηχανήματος. Επειδή το τιτάνιο πρέπει να κόβεται αργά για να αποφευχθεί η πρόκληση ζημιάς στον εξοπλισμό, το μηχάνημα μπορεί να λειτουργήσει για 10 ώρες για ένα εξάρτημα που θα χρειαζόταν 1 ώρα σε αλουμίνιο.

Αν πληρώνετε ωριαία αμοιβή για μηχανική κατεργασία, αυτή η δεκαπλάσια αύξηση του χρόνου επισκιάζει το κόστος των πρώτων υλών.

Φθορά και αντικατάσταση εργαλείων

Τα λειαντικά υλικά, όπως το νάιλον με γέμιση γυαλιού ή τα σκληρά μέταλλα, φθείρουν γρήγορα τις φρέζες και τα τρυπάνια. Εάν ένας μηχανικός πρέπει να σταματήσει το μηχάνημα για να αντικαταστήσει ένα αμβλύ εργαλείο στη μέση της εργασίας, πληρώνετε για αυτόν τον χρόνο διακοπής λειτουργίας και το κόστος των νέων εργαλείων.

Συμβουλές για τη βελτιστοποίηση της επιλογής υλικού για κατεργασία CNC

Μπορείτε να μειώσετε το κόστος και τους χρόνους παράδοσης ακολουθώντας αυτές τις στρατηγικές βελτιστοποίησης κατά τη φάση σχεδιασμού.

1.Μην υπερβάλλετε στις λεπτομέρειες

Το γεγονός ότι το τιτάνιο βαθμού 5 είναι το «καλύτερο» υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον σχεδιασμό δεν σημαίνει ότι πρέπει να χρησιμοποιηθεί. Οι μηχανικοί πρέπει να χρησιμοποιούν υλικά που είναι στην πραγματικότητα τα πιο οικονομικά. Εάν το εξάρτημα πρόκειται να τοποθετηθεί σε ένα γραφείο και απλώς να χρησιμεύσει ως βάση για τη συγκράτηση ενός αισθητήρα, τότε δεν χρειάζεται μια ακριβή έκδοση χάλυβα υψηλής ποιότητας.

2.Τυποποιήστε τα μεγέθη των τεμαχίων σας

Κατά την κατεργασία εξαρτημάτων CNC, οι μηχανικοί προμηθεύονται τα υλικά τους σε μεγέθη ράβδου, ράβδων και πλακών. Εάν ένα σχέδιο αναφέρει ότι το εξάρτημα έχει πλάτος 51 mm, ο μηχανικός πρέπει να προμηθευτεί μια ράβδο 60 mm και να φρεζάρει 9 mm υλικού. Εάν το εξάρτημα έχει σχεδιαστεί να έχει πλάτος 49 mm, τότε μπορεί να χρησιμοποιήσει μια ράβδο 50 mm και δεν σπαταλιέται υλικό. Απαιτείται λιγότερος χρόνος για την κατεργασία.

3.Σκεφτείτε την επεξεργασία μετά την επεξεργασία

Εάν απαιτείται συγκεκριμένη σκληρότητα επιφάνειας και το εξάρτημα πρέπει να κατεργάζεται εύκολα, πρέπει να εφαρμοστούν δευτερεύουσες διεργασίες. Μαλακότεροι χάλυβες μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη σκλήρυνση σε περίπτωση θήκης και το ίδιο ισχύει και για το αλουμίνιο, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να ανοδιωθεί για μια επιφανειακή στρώση που είναι πιο ανθεκτική στη φθορά και τη διάβρωση.

4.Λάβετε υπόψη το πάχος των τοίχων σας

Ενώ αυτό ισχύει για όλα τα άλλα υλικά, είναι ακόμη πιο κρίσιμο όταν πρόκειται για πλαστικά. Οι διαδικασίες κατεργασίας μπορούν να δημιουργήσουν ανομοιόμορφα φινιρίσματα επιφάνειας και, ακόμη πιο επικίνδυνα, να προκαλέσουν ρωγμές στο τεμάχιο εργασίας εάν ο τοίχος είναι λεπτότερος στο σχεδιασμό. Υπερμετράστε το πάχος του τοίχου σας και βεβαιωθείτε ότι είναι αρκετό για να αντέξει την πρόσκρουση του εργαλείου κοπής.

Συμπέρασμα

Η επιλογή του σωστού υλικού για κατεργασία CNC σπάνια είναι μια απόφαση που δεν είναι παρά ασπρόμαυρη. Πρόκειται για μια διαπραγμάτευση μεταξύ των φυσικών απαιτήσεων του τελικού προϊόντος και των οικονομικών πραγματικοτήτων της κατασκευής. Κατανοώντας τους συμβιβασμούς μεταξύ της κατεργασιμότητας, του κόστους και των μηχανικών ιδιοτήτων, μπορείτε να σχεδιάσετε εξαρτήματα που δεν είναι μόνο λειτουργικά αλλά και αποτελεσματικά στην παραγωγή.

Είτε προτιμάτε την ευελιξία του αλουμινίου, την ανθεκτικότητα του χάλυβα ή την ακρίβεια του Delrin, το κλειδί είναι να εμπλέξετε τον συνεργάτη κατασκευής σας νωρίς στη διαδικασία σχεδιασμού. Η εμπειρία τους στο χώρο μπορεί να σας προσφέρει πολύτιμες γνώσεις που εξοικονομούν χρόνο και χρήματα πριν καν κοπεί το πρώτο τσιπ.