Materiali per lavorazioni CNC: la guida definitiva alla selezione

Materiali plastici utilizzati per la lavorazione CNC

Grazie alle sue caratteristiche di leggerezza e isolamento, nonché alla capacità di resistere ad ambienti chimici corrosivi, la plastica è spesso una scelta ideale. È utilizzata, ad esempio, nei dispositivi medici ed elettronici, sia in fase di prototipazione che nella produzione finale.

• ABS (Acrilonitrile Butadiene Stirene): L'ABS è una delle materie plastiche ingegneristiche più diffuse. È economica, facile da lavorare e persino resistente agli urti; questo è uno dei tanti motivi per cui la prototipazione rapida è spesso utilizzata nel mondo dell'ingegneria.
• Nylon (poliammide): Noto per essere estremamente robusto, durevole e resistente all'usura, è molto richiesto per la realizzazione di componenti a basso attrito. Tuttavia, poiché il nylon è altamente assorbente, l'umidità presente nell'aria può danneggiarlo e deformarlo.
• Delrin (POM): Il Delrin è perfetto per applicazioni di precisione in plastica grazie alla sua elevata stabilità dimensionale e al basso attrito. È anche un materiale ampiamente utilizzato come sostituto del metallo per componenti ingegneristici come elementi di fissaggio e boccole.
• PEEK (polietereterchetone): Per applicazioni ad altissime prestazioni che devono resistere a temperature estreme, ambienti chimicamente corrosivi e condizioni molto impegnative (ad esempio, nei settori medico e aerospaziale) viene utilizzata una plastica di alta qualità nota come PEEK.
• Policarbonato (PC): Il policarbonato è anche una plastica ingegneristica molto ricercata. È trasparente, noto per l'elevata resistenza agli urti, è spesso utilizzato in un'ampia gamma di applicazioni ottiche e trova impiego anche in occhiali di sicurezza e sistemi che gestiscono vari fluidi.

Proprietà dei materiali e loro impatto sulla lavorazione CNC

Durante la lavorazione CNC, conoscere le proprietà di base dei materiali aiuterà a prevedere come si comporteranno sotto l'azione dell'utensile da taglio.

Durezza

La durezza indica quanta sollecitazione un materiale può sopportare senza deformarsi.

• Impatto: se un materiale è troppo duro (ad esempio acciai temprati, titanio), le velocità di taglio dovranno essere ridotte drasticamente per evitare la rottura dell'utensile, aumentando così i tempi e i costi di lavorazione.
• Suggerimento per la selezione: specificare un livello di durezza più elevato solo se il materiale è soggetto a notevole usura o abrasione.

lavorabilità

La lavorabilità è la facilità di taglio di un determinato materiale. Nella maggior parte dei casi, si tratta di una valutazione comparativa, in cui agli acciai per lavorazioni meccaniche (1212) viene assegnato un punteggio del 100%.

• Impatto: i materiali con un elevato grado di lavorabilità (ad esempio alluminio 6061, ottone) consentono di completare il lavoro molto più rapidamente, con una minore usura degli utensili e con costi di produzione più bassi.
• Suggerimento per la scelta: se il progetto lo consente, utilizzare sempre materiali con valutazioni più elevate per ridurre al minimo i costi.

Stabilità termica

La stabilità termica di un materiale è la sua reazione al calore.

• Impatto: la lavorazione meccanica genera calore da attrito. Se una plastica ha una bassa stabilità termica, può fondersi o deformarsi se lavorata in modo troppo aggressivo. I metalli con scarsa conduttività termica come il titanio concentrano molto calore verso l'utensile da taglio, riducendone la durata.
• Suggerimento per la selezione: se la lavorazione deve essere eseguita in modo aggressivo o se si tratta di un'applicazione ad alta temperatura, è opportuno selezionare materiali con elevata stabilità termica.

Resistenza alla trazione

La resistenza alla trazione si riferisce alla quantità di stress che un materiale può sopportare mentre è sotto tensione prima di rompersi.

• Impatto: se per la lavorazione si sceglie un materiale con elevata resistenza alla trazione, è probabile che la lavorazione stessa diventi più difficile.
• Suggerimento per la selezione: assicurarsi che la resistenza alla trazione sia sufficiente per la struttura, ma evitare di specificare una resistenza più che sufficiente se il componente non è portante.

Implicazioni sui costi dei diversi materiali di lavorazione

Il costo di un pezzo lavorato a CNC raramente corrisponde solo al costo del blocco grezzo di metallo. È una combinazione di costi delle materie prime, tempi di lavorazione e usura degli utensili.

Il costo della materia prima

Questa è la considerazione più evidente.

• Basso costo: ABS, alluminio 6061, acciaio dolce.
• Costo medio: acciaio inossidabile 304, nylon, policarbonato.
• Costo elevato: titanio, PEEK, acciaio inossidabile 316.

Il costo nascosto: la lavorabilità

È qui che spesso i budget si rompono. Un blocco di titanio può costare cinque volte di più di un blocco di alluminio, ma il costo reale è dato dal tempo di lavorazione della macchina. Poiché il titanio deve essere tagliato lentamente per evitare di danneggiare l'attrezzatura, la macchina potrebbe funzionare per 10 ore per un pezzo che richiederebbe 1 ora in alluminio.

Se si paga una tariffa oraria per la lavorazione, quell'aumento di tempo di 10 volte fa impallidire il costo della materia prima.

Usura e sostituzione degli utensili

Materiali abrasivi come il nylon caricato con fibra di vetro o i metalli duri usurano rapidamente frese e punte. Se un operatore deve fermare la macchina per sostituire un utensile usurato a metà lavoro, si pagano sia il tempo di fermo macchina che il costo dei nuovi utensili.

Suggerimenti per ottimizzare la selezione dei materiali per la lavorazione CNC

È possibile ridurre i costi e i tempi di consegna adottando queste strategie di ottimizzazione durante la fase di progettazione.

1.Non specificare troppo

Solo perché il titanio grado 5 è il materiale "migliore" da utilizzare per il progetto non significa che debba essere utilizzato per forza. Gli ingegneri devono utilizzare materiali che siano effettivamente i più convenienti. Se il componente deve essere posizionato su una scrivania e fungere semplicemente da supporto per un sensore, non è necessaria una versione costosa di acciaio di alta qualità.

2.Standardizza le dimensioni dei tuoi billet

Durante la lavorazione di componenti CNC, gli operatori ricevono il materiale di base in barre, tondini e piastre. Se un progetto indica una larghezza del pezzo di 51 mm, l'operatore deve procurarsi una barra da 60 mm e fresare 9 mm di materiale. Se invece il pezzo è progettato per una larghezza di 49 mm, può utilizzare una barra da 50 mm senza sprecare materiale. La lavorazione richiede meno tempo.

3.Pensa alla post-elaborazione

Se è richiesta una durezza superficiale specifica e il pezzo deve essere facilmente lavorabile, è necessario implementare processi secondari. Acciai più teneri possono essere utilizzati per la cementazione, e lo stesso vale per l'alluminio, che può essere utilizzato e anodizzato per ottenere uno strato superficiale più resistente all'usura e alla corrosione.

4.Considera lo spessore delle tue pareti

Sebbene questo valga per tutti gli altri materiali, è ancora più critico quando si tratta di materie plastiche. I processi di lavorazione possono creare finiture superficiali irregolari e, cosa ancora più pericolosa, causare crepe nel pezzo in lavorazione se la parete è sottile. Sovradimensionate lo spessore della parete e assicuratevi che sia sufficiente a resistere all'impatto dello strumento da taglio.

Conclusione

La scelta del materiale giusto per la lavorazione CNC è raramente una decisione netta e univoca. È una negoziazione tra le esigenze fisiche del prodotto finale e le realtà economiche della produzione. Comprendendo i compromessi tra lavorabilità, costo e proprietà meccaniche, è possibile progettare componenti non solo funzionali, ma anche efficienti da produrre.

Che si preferisca la versatilità dell'alluminio, la durevolezza dell'acciaio o la precisione del Delrin, la chiave è coinvolgere il partner produttivo fin dalle prime fasi del processo di progettazione. La loro esperienza sul campo può fornire spunti preziosi che consentono di risparmiare tempo e denaro prima ancora che venga tagliato il primo truciolo.