CNC-bewerkingsmaterialen: de ultieme selectiegids

Kunststoffen die gebruikt worden voor CNC-bewerking

Door hun lichte gewicht, isolerende eigenschappen en weerstand tegen corrosieve chemische omgevingen is kunststof vaak een geschikte materiaalkeuze. Het is bijvoorbeeld populair in medische en elektronische apparaten, zowel tijdens de prototypefase als bij de uiteindelijke productie.

• ABS (Acrylonitril Butadieen Styreen): ABS is een van de meest gebruikte technische kunststoffen. Het is goedkoop, gemakkelijk te bewerken en zelfs slagvast; dit is een van de vele redenen waarom rapid prototyping vaak wordt toegepast in de technische wereld.
• Nylon (polyamide): Nylon staat bekend om zijn extreme sterkte, duurzaamheid en slijtvastheid en is daarom zeer gewild voor de vervaardiging van wrijvingsarme onderdelen. Omdat nylon echter zeer absorberend is, kan vocht in de lucht het nylon aantasten en vervorming veroorzaken.
• Delrin (POM): Delrin is uitermate geschikt voor precisietechnische toepassingen in de kunststofindustrie vanwege de hoge dimensionale stabiliteit en lage wrijving. Het is tevens een populair alternatief voor metaal bij technische onderdelen zoals bevestigingsmiddelen en bussen.
• PEEK (polyetheretherketon): Voor zeer veeleisende toepassingen die bestand moeten zijn tegen extreme temperaturen, chemisch corrosieve omgevingen en zeer zware omstandigheden (bijvoorbeeld in de medische en ruimtevaartindustrie) wordt een duurder plastic gebruikt dat bekend staat als PEEK.
• Polycarbonaat (pc): Polycarbonaat is ook een zeer gewilde technische kunststof. Het is transparant, staat bekend om zijn hoge slagvastheid, wordt vaak gebruikt in een breed scala aan optische toepassingen en vindt ook toepassing in veiligheidsbrillen en systemen die verschillende vloeistoffen verwerken.

Materiaaleigenschappen en hun impact op CNC-bewerkingen

Bij CNC-bewerking helpt kennis van de basiseigenschappen van materialen bij het voorspellen van het gedrag van de materialen onder het snijgereedschap.

Hardheid

Hardheid geeft aan hoeveel spanning een materiaal kan weerstaan ​​zonder te vervormen.

• Gevolg: Als een materiaal te hard is (bijvoorbeeld gehard staal, titanium), moeten de snijsnelheden drastisch worden verlaagd om gereedschapsbreuk te voorkomen, wat op zijn beurt de bewerkingstijd en -kosten verhoogt.
• Keuzetip: Kies alleen voor een hogere hardheidsgraad als het materiaal veel slijtage of wrijving te verduren krijgt.

bewerkbaarheid

Bewerkbaarheid verwijst naar het gemak waarmee een bepaald materiaal te bewerken is. Meestal is het een vergelijkende beoordeling, waarbij gemakkelijk bewerkbare staalsoorten (1212) een score van 100% krijgen.

• Impact: Materialen met een hoge bewerkbaarheid (bijv. aluminium 6061, messing) zorgen ervoor dat het werk veel sneller wordt gedaan, met minder gereedschapslijtage, en zijn goedkoper om te produceren.
• Keuzetip: Kies, indien mogelijk, altijd voor materialen met een hogere classificatie om de kosten te minimaliseren.

Thermische stabiliteit

De thermische stabiliteit van een materiaal is de reactie ervan op warmte.

• Impact: Verspanen genereert wrijvingswarmte. Als een kunststof een lage thermische stabiliteit heeft, kan deze smelten of vervormen bij te agressieve bewerking. Metalen met een slechte warmtegeleiding, zoals titanium, concentreren veel warmte rond het snijgereedschap, waardoor de levensduur ervan wordt verkort.
• Keuzetip: Bij intensieve bewerkingen of toepassingen bij hoge temperaturen dienen materialen met een hoge thermische stabiliteit te worden gekozen.

Treksterkte

Treksterkte verwijst naar de hoeveelheid spanning die een materiaal kan weerstaan ​​voordat het breekt.

• Impact: Als er voor de bewerking een materiaal met een hoge treksterkte wordt gekozen, zal dit de bewerking waarschijnlijk bemoeilijken.
• Selectietip: Zorg ervoor dat de treksterkte voldoende is voor de constructie, maar vermijd het specificeren van een sterkte die meer dan voldoende is als het onderdeel geen dragende functie heeft.

Kostenimplicaties van verschillende bewerkingsmaterialen

De kosten van een CNC-gefreesd onderdeel bestaan ​​zelden alleen uit de kosten van het onbewerkte metaalblok. Het is een combinatie van materiaalkosten, bewerkingstijd en gereedschapslijtage.

De grondstofkosten

Dit is de meest voor de hand liggende overweging.

• Voordelig: ABS, aluminium 6061, zacht staal.
• Gemiddelde kosten: roestvrij staal 304, nylon, polycarbonaat.
• Hoge kosten: titanium, PEEK, roestvrij staal 316.

De verborgen kosten: Bewerkbaarheid

Dit is waar budgetten vaak vastlopen. Een blok titanium kan wel vijf keer zo duur zijn als een blok aluminium, maar de werkelijke kosten zitten hem in de machinetijd. Omdat titanium langzaam gesneden moet worden om schade aan de apparatuur te voorkomen, kan een machine wel 10 uur draaien voor een onderdeel waar aluminium maar 1 uur voor nodig is.

Als je een uurtarief betaalt voor de bewerking, dan is die vertienvoudiging van de tijdsinvestering vele malen groter dan de kosten van de grondstoffen.

Slijtage en vervanging van gereedschap

Schurende materialen zoals met glasvezel versterkt nylon of harde metalen slijten freesgereedschap en boren snel. Als een machinist de machine halverwege het werk moet stilzetten om een ​​bot gereedschap te vervangen, betaalt u voor die stilstand en de kosten van het nieuwe gereedschap.

Tips voor het optimaliseren van de materiaalkeuze voor CNC-bewerking

Door deze optimalisatiestrategieën toe te passen tijdens de ontwerpfase kunt u kosten en doorlooptijden verlagen.

1. Geef niet te veel details.

Dat titanium van klasse 5 het "beste" materiaal is voor het ontwerp, betekent niet dat het ook daadwerkelijk gebruikt moet worden. Ingenieurs moeten materialen gebruiken die op zichzelf het meest kosteneffectief zijn. Als het onderdeel op een bureau komt te staan ​​en alleen dient om een ​​sensor vast te houden, is een dure variant van hoogwaardig staal niet nodig.

2. Standaardiseer de afmetingen van uw werkstukken

Bij het bewerken van CNC-componenten ontvangen de machinisten hun basismateriaal in de vorm van staven, rondsels en platen. Als een ontwerp aangeeft dat het onderdeel 51 mm breed is, moet de machinist een staaf van 60 mm gebruiken en daar 9 mm materiaal vanaf frezen. Als het onderdeel daarentegen 49 mm breed is, kan een staaf van 50 mm worden gebruikt en gaat er geen materiaal verloren. Dit verkort de bewerkingstijd.

3. Denk na over de nabewerking

Als een specifieke oppervlaktehardheid vereist is en het onderdeel gemakkelijk te bewerken moet zijn, moeten secundaire processen worden toegepast. Zachtere staalsoorten kunnen worden gebruikt voor oppervlakteharding, en hetzelfde geldt voor aluminium, dat kan worden geanodiseerd voor een oppervlaktelaag die beter bestand is tegen slijtage en corrosie.

4. Houd rekening met de dikte van uw muren.

Hoewel dit voor alle andere materialen geldt, is het bij kunststoffen nog belangrijker. Verspaningsprocessen kunnen een oneffen oppervlak creëren en, nog gevaarlijker, scheuren in het werkstuk veroorzaken als de wand te dun is. Zorg voor een overdimensionering van de wanddikte en dat deze voldoende is om de impact van het snijgereedschap te weerstaan.

Conclusie

Het kiezen van het juiste materiaal voor CNC-bewerking is zelden een eenvoudige beslissing. Het is een afweging tussen de fysieke eisen van het eindproduct en de economische realiteit van de productie. Door de afwegingen tussen bewerkbaarheid, kosten en mechanische eigenschappen te begrijpen, kunt u onderdelen ontwerpen die niet alleen functioneel, maar ook efficiënt te produceren zijn.

Of je nu de voorkeur geeft aan de veelzijdigheid van aluminium, de duurzaamheid van staal of de precisie van Delrin, de sleutel is om je productiepartner vroeg in het ontwerpproces te betrekken. Hun praktijkervaring kan waardevolle inzichten opleveren die tijd en geld besparen nog voordat de eerste spaander wordt gesneden.