چه موادی را نمی‌توان با دستگاه CNC ماشینکاری کرد؟ مواردی که اکثر مهندسان از دست می‌دهند

ماشینکاری CNC یک فرآیند تولید کاهشی است که به طور گسترده برای تولید قطعات پیچیده استفاده می‌شود. از قطعات آلیاژ آلومینیوم و تیتانیوم درجه خودرو گرفته تا قطعات پلاستیکی که هر روز استفاده می‌کنیم، قطعات ماشینکاری شده با CNC بخش جدایی‌ناپذیر زندگی ما هستند. با این حال، ماشینکاری CNC یک راه حل یکسان برای همه نیست. این مقاله به بررسی موادی می‌پردازد که برای ماشینکاری CNC مناسب نیستند.

محدودیت‌های ماشینکاری CNC از نظر مواد

CNC مخفف "کنترل عددی کامپیوتری" است و شامل استفاده از ابزارهای برش چرخشی با سرعت بالا برای فرزکاری و سوراخکاری فلز است. این فرآیند تفریقی، الزامات اساسی را بر استحکام و مقاومت حرارتی ماده اعمال می‌کند.

برای مثال، اگر یک ماده بیش از حد سفت و سخت باشد، می‌تواند سایش ابزار را تسریع کرده و پایداری برش را به خطر بیندازد. این امر نه تنها هزینه‌ها را به سرعت افزایش می‌دهد، بلکه بر دقت ماشینکاری قطعات نیز تأثیر می‌گذارد.

در طول فرزکاری CNC، اصطکاک بین قطعه کار و ابزار برش گرما تولید می‌کند. اگر خود قطعه کار فاقد مقاومت حرارتی کافی باشد، ممکن است به دلیل انبساط حرارتی تغییر شکل دهد. از آنجایی که قطعات ماشینکاری CNC معمولاً الزامات دقیقی دارند، این نتیجه غیرقابل قبول است.

 

موادی که برای ماشینکاری CNC مناسب نیستند

موادی که برای ماشینکاری CNC مناسب نیستند، در درجه اول به دلیل خواص فیزیکی خود، مانند خاصیت ارتجاعی بالا و ماهیت کامپوزیتی، محدود می‌شوند. در این بخش، چندین نوع ماده را معرفی می‌کنم و توضیح می‌دهم که چرا آنها برای ماشینکاری CNC مناسب نیستند.

جدول: موادی که برای ماشینکاری CNC مناسب نیستند

موادنوع	مواد	علت
مواد غیرفلزی با خاصیت ارتجاعی بالا	سیلیکون، پلی اورتان نرم، TPE (الاستومر ترموپلاستیک)	بسیار الاستیک، به راحتی تغییر شکل می‌دهد
مواد شکننده با سختی بالا (سرامیک و شیشه)	سرامیک اکسید آلومینیوم، شیشه کوارتز، چینی صنعتی، شیشه سکوریت	شکننده، مستعد ترک خوردن، سایش زیاد ابزار
کامپوزیت‌های فیبر کربن	CFRP (پلیمر تقویت‌شده با الیاف کربن)	ساینده، خطر لایه لایه شدن، خطر گرد و غبار
فلزات بسیار نرم و چسبنده	طلای با خلوص بالا، سرب نرم، قلع	خیلی نرم، به ابزار می‌چسبد، به راحتی تغییر شکل می‌دهد
فوم‌های متخلخل با چگالی کم	اسفنج، پلاستیک‌های فومی، مواد فومی	قابل تراکم، قابل ماشینکاری دقیق نیست
مواد غیر همگن	چوب طبیعی با گره، مواد بازیافتی، تخته‌های چندلایه	چگالی ناهموار، نیروی برش ناپایدار

مواد غیرفلزی با خاصیت ارتجاعی بالا

این مواد انعطاف‌پذیری و خاصیت ارتجاعی بسیار خوبی دارند و معمولاً در آب‌بندهای صنعتی، ایزولاسیون ارتعاش و کالاهای مصرفی نرم استفاده می‌شوند. نمونه‌های بارز آن شامل سیلیکون، پلی‌یورتان نرم و الاستومرهای ترموپلاستیک مختلف (TPE) است.

LVMA CNC این مواد را با استفاده از برش قالبی یا قالب‌گیری تزریقی پردازش می‌کند.

علت: در طول ماشینکاری CNC، این مواد در معرض ابزارهای برش با چرخش سریع، تمایل به کشش به سمت بیرون یا تغییر شکل دارند که منجر به سطوح ماشینکاری ناهموار و خشن می‌شود و دستیابی به تلرانس‌های مورد نظر را دشوار می‌سازد.

مواد شکننده با سختی بالا (سرامیک و شیشه)

اگرچه این مواد از مقاومت حرارتی و پایداری شیمیایی عالی برخوردارند، اما ساختارهای بلوری آنها بسیار شکننده هستند و فاقد انعطاف‌پذیری موجود در فلزات می‌باشند. نمونه‌های رایج شامل سرامیک‌های صنعتی مختلف، کوارتز، چینی تزئینی و شیشه سکوریت شده است که برای افزایش استحکام، عملیات حرارتی شده‌اند. در مقایسه با ماشینکاری CNC، این مواد برای فرآیندهایی مانند برش واترجت و ماشینکاری اولتراسونیک مناسب‌تر هستند.

علت: هنگامی که نیروهای برش مکانیکی حاصل از ماشینکاری CNC اعمال می‌شوند، ترک‌های میکروسکوپی می‌توانند به راحتی روی سطح ایجاد شوند و منجر به لب‌پریدگی یا تکه‌تکه شدن کامل کل قطعه شوند. علاوه بر این، سختی بالای این ماده می‌تواند باعث فرسودگی زودرس ابزار برش شود.

کامپوزیت‌های فیبر کربن

این نوع جدیدی از مواد ساختاری سبک وزن است که با اتصال الیاف کربن با سختی بالا با یک ماتریس رزین ایجاد می‌شود. این ماده اغلب در هوانوردی، مسابقات اتومبیل‌رانی و تجهیزات ورزشی سطح بالا که وزن و استحکام بسیار مهم هستند، استفاده می‌شود. این ماده معمولاً از طریق قالب‌گیری و برش لیزری فرآوری می‌شود.

علتفیبر کربن مقاومت سایشی بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد، زمانی که فرزکاری CNC، باعث کند شدن سریع ابزارها می‌شود. علاوه بر این، ماشینکاری اغلب منجر به لایه لایه شدن و پارگی بین لایه‌ها می‌شود و گرد و غبار رسانای ریز حاصل، خطراتی برای سلامتی اپراتورها ایجاد می‌کند.

فلزات بسیار نرم و چسبنده

این فلزات به دلیل ساختار اتمی داخلی خود، شکل‌پذیری بسیار بالا و سختی فشاری بسیار پایینی از خود نشان می‌دهند. از آنجا که در حالت مذاب سیالیت خوبی دارند، معمولاً از ریخته‌گری دقیق استفاده می‌کنیم. نمونه‌های شناخته‌شده شامل سرب، قلع و طلای جامد با خلوص بالا هستند. اگر هدف تولید محصولات با دیواره نازک باشد، می‌توان از مهرزنی استفاده کرد.

علتوقتی ابزارهای CNC برش با سرعت بالا انجام می‌دهند، این فلزات نه تنها براده‌های تمیزی تشکیل نمی‌دهند، بلکه به دلیل گرما و فشار، چسبنده می‌شوند و مانند یک خمیر نازک به لبه برش می‌چسبند. آنها حتی ممکن است هنگام بستن در گیره‌ها یا فیکسچرها فوراً تغییر شکل دهند زیرا نمی‌توانند نیروی گیره را تحمل کنند.

فوم‌های متخلخل با چگالی کم

ویژگی بارز این مواد این است که فضای داخلی آنها با حفره‌های هوای متعددی پر شده است. اگرچه حجم زیادی دارند، اما استحکام ساختاری کلی آنها بسیار کم است و همین امر باعث می‌شود که بسیار فشرده شوند. نمونه‌های رایج شامل اسفنج فوم و فوم پلی استایرن است. ما معمولاً برای راندمان برش بالاتر، EDM سیمی، برش لیزری یا برش قالبی سفارشی را توصیه می‌کنیم.

علتوقتی یک ابزار CNC سعی در برش این ماده دارد، فشار باعث می‌شود که ماده به طور مداوم به سمت داخل فرو بریزد. به محض اینکه ابزار خارج می‌شود، ماده به عقب برمی‌گردد و در نتیجه ابعاد برش کاملاً غیرقابل کنترل می‌شود. در موارد شدید، ممکن است به دلیل گرمای اصطکاکی تولید شده توسط چرخش با سرعت بالا، ذوب موضعی رخ دهد.

مواد غیر همگن

این مواد معمولاً به دلیل الگوهای رشد طبیعی، روش‌های فرآوری خشن یا آلودگی ناشی از مواد بازیافتی، تغییرات قابل توجهی در چگالی فیزیکی و سختی در بخش‌های مختلف نشان می‌دهند. نمونه‌هایی از آن شامل کنده‌های طبیعی با گره، پلاستیک‌های بازیافتی حاوی مواد خارجی ناشناخته و پانل‌های چندلایه با لایه‌های چسب ناهموار اعمال شده است. برای چنین موادی، معمولاً توصیه می‌شود از ماشین‌آلات نجاری دستی سنتی برای فرآوری با سرعت کم استفاده شود. با این حال، مواد چوبی با بافت یکنواخت را می‌توان با استفاده از CNC ماشینکاری سطحی کرد.

علتوقتی یک اسپیندل CNC با سرعت بالا حرکت می‌کند، اگر ناگهان از یک ناحیه با چگالی کم به یک گره با سختی بالا یا یک جسم خارجی برخورد کند، نیروی برش فوراً افزایش می‌یابد. این ضربه غیرقابل پیش‌بینی می‌تواند به راحتی باعث لرزش شدید دستگاه شود یا حتی مستقیماً منجر به شکستگی ابزار یا آسیب به تجهیزات شود.

نتیجه‌گیری

انتخاب ماده مناسب برای ماشینکاری CNC بسیار مهم است. اگر ماده برای ماشینکاری CNC نامناسب باشد، می‌تواند منجر به مجموعه‌ای از مشکلات از جمله سایش بیش از حد ابزار، طولانی شدن زمان ماشینکاری، آسیب‌های شخصی و عدم دستیابی به نتایج طراحی مورد نظر شود. انتخاب ماده مناسب برای قطعه شما اولین قدم در ماشینکاری CNC است.

اگر پروژه‌ای در حال انجام دارید و مطمئن نیستید که کدام ماده را انتخاب کنید، برای ارسال درخواست، روی دکمه زیر کلیک کنید. مهندسان LVMA CNC بلافاصله قطعه شما را تجزیه و تحلیل کرده و توصیه‌های مناسب مواد را به شما ارائه می‌دهند.

سوالات متداول

محدودیت‌های ماشینکاری CNC چیست؟