Quali materiali non possono essere lavorati con macchine CNC? Gli errori più comuni commessi dagli ingegneri

La lavorazione CNC è un processo di produzione sottrattiva ampiamente utilizzato per realizzare componenti complessi. Dai componenti in alluminio e leghe di titanio per il settore automobilistico alle parti in plastica che utilizziamo quotidianamente, i componenti lavorati a CNC sono parte integrante della nostra vita. Tuttavia, la lavorazione CNC non è una soluzione universale. Questo articolo analizzerà i materiali non adatti alla lavorazione CNC.

Limitazioni della lavorazione CNC in termini di materiali

CNC è l'acronimo di "Computer Numerical Control" (controllo numerico computerizzato) e si riferisce all'utilizzo di utensili da taglio rotanti ad alta velocità per fresare e forare il metallo. Questo processo sottrattivo impone requisiti fondamentali in termini di rigidità e resistenza al calore del materiale.

Ad esempio, se un materiale è troppo rigido, può accelerare l'usura degli utensili e compromettere la stabilità del taglio. Ciò non solo fa lievitare rapidamente i costi, ma influisce anche sulla precisione di lavorazione dei pezzi.

Durante la fresatura CNC, l'attrito tra il pezzo in lavorazione e l'utensile da taglio genera calore. Se il pezzo stesso non possiede una resistenza termica sufficiente, può deformarsi a causa della dilatazione termica. Poiché i pezzi lavorati con macchine CNC hanno in genere requisiti di precisione molto stringenti, questo risultato è inaccettabile.

 

Materiali non adatti alla lavorazione CNC

I materiali non adatti alla lavorazione CNC sono principalmente limitati dalle loro proprietà fisiche, come l'elevata elasticità e la natura composita. In questa sezione, presenterò diversi tipi di materiali e spiegherò perché non sono adatti alla lavorazione CNC.

Tabella: Materiali non adatti alla lavorazione CNC

MaterialiTipo	Materiali	Causa
Materiali non metallici altamente elastici	Silicone, poliuretano morbido, TPE (elastomero termoplastico)	Altamente elastico, si deforma facilmente
Materiali fragili ad elevata durezza (ceramica e vetro)	Ceramiche all'ossido di alluminio, vetro al quarzo, porcellana industriale, vetro temperato	Fragile, soggetto a crepe, soggetto a forte usura degli utensili
Compositi in fibra di carbonio	CFRP (polimero rinforzato con fibra di carbonio)	Abrasivo, rischio di delaminazione, pericolo di polvere
Metalli estremamente morbidi e appiccicosi	oro ad alta purezza, piombo morbido, stagno	Troppo morbido, si attacca all'utensile, si deforma facilmente
Schiume porose a bassa densità	Spugna, plastica espansa, materiali espansi	Comprimibile, non lavorabile con precisione
Materiali non omogenei	Legno naturale con nodi, materiali riciclati, pannelli laminati	Densità non uniforme, forza di taglio instabile

Materiali non metallici altamente elastici

Questi materiali offrono eccellente flessibilità ed elasticità e sono comunemente utilizzati in guarnizioni industriali, isolamento dalle vibrazioni e beni di consumo morbidi. Esempi tipici includono silicone, poliuretano morbido e vari elastomeri termoplastici (TPE).

LVMA CNC lavora questi materiali mediante fustellatura o stampaggio a iniezione.

Causa: Durante la lavorazione CNC, questi materiali tendono ad allungarsi verso l'esterno o a deformarsi se esposti a utensili da taglio in rapida rotazione, con conseguente formazione di superfici lavorate ruvide e irregolari, rendendo difficile il raggiungimento delle tolleranze desiderate.

Materiali fragili ad elevata durezza (ceramica e vetro)

Sebbene questi materiali possiedano un'eccellente resistenza al calore e stabilità chimica, le loro strutture cristalline sono estremamente fragili e prive della duttilità tipica dei metalli. Esempi comuni includono diverse ceramiche industriali, il quarzo, la porcellana decorativa e il vetro temperato trattato termicamente per aumentarne la resistenza. Rispetto alla lavorazione CNC, questi materiali sono più adatti a processi come il taglio a getto d'acqua e la lavorazione a ultrasuoni.

CausaQuando vengono applicate le forze di taglio meccaniche derivanti dalla lavorazione CNC, possono facilmente formarsi microfratture sulla superficie, che portano a scheggiature o alla completa frammentazione dell'intero pezzo. Inoltre, l'elevata durezza del materiale può causare un'usura prematura dell'utensile di taglio.

Compositi in fibra di carbonio

Si tratta di un nuovo tipo di materiale strutturale leggero, ottenuto unendo fibre di carbonio ad alta rigidità con una matrice di resina. Trova impiego frequentemente nell'aviazione, nelle corse automobilistiche e nelle attrezzature sportive di alta gamma, dove peso e resistenza sono fattori critici. Questo materiale viene generalmente lavorato mediante stampaggio e taglio laser.

Causa: La fibra di carbonio presenta un'estrema resistenza all'abrasione quando Fresatura CNCCiò provoca una rapida usura degli utensili. Inoltre, la lavorazione meccanica spesso causa delaminazione e lacerazione tra gli strati, e la conseguente polvere conduttiva fine rappresenta un rischio per la salute degli operatori.

Metalli estremamente morbidi e appiccicosi

Grazie alla loro struttura atomica interna, questi metalli presentano un'elevatissima duttilità e una bassissima durezza alla compressione. Data la loro buona fluidità allo stato fuso, si ricorre in genere alla microfusione. Esempi noti includono piombo, stagno e oro massiccio ad alta purezza. Se l'obiettivo è produrre manufatti a parete sottile, si può utilizzare la stampatura.

CausaQuando gli utensili CNC eseguono tagli ad alta velocità, questi metalli non solo non riescono a formare trucioli puliti, ma, a causa del calore e della pressione, diventano appiccicosi e aderiscono al tagliente come una pasta sottile. Possono persino deformarsi immediatamente quando vengono serrati in morse o dispositivi di fissaggio perché non riescono a sopportare la forza di serraggio.

Schiume porose a bassa densità

La caratteristica distintiva di questi materiali è che il loro interno è riempito da numerose sacche d'aria. Nonostante il loro grande volume, la loro rigidità strutturale complessiva è estremamente bassa, il che li rende altamente comprimibili. Esempi comuni includono la spugna espansa e il polistirolo espanso. In genere consigliamo l'elettroerosione a filo, il taglio laser o la fustellatura personalizzata per una maggiore efficienza di taglio.

CausaQuando un utensile CNC tenta di tagliare questo materiale, la compressione lo fa collassare continuamente verso l'interno. Una volta ritirato l'utensile, il materiale rimbalza, con conseguenti dimensioni di taglio completamente incontrollabili. Nei casi più gravi, può verificarsi una fusione localizzata a causa del calore generato dall'attrito dovuto all'elevata velocità di rotazione.

Materiali non omogenei

Questi materiali presentano in genere significative variazioni di densità e durezza tra le diverse sezioni, dovute a naturali processi di crescita, metodi di lavorazione approssimativi o contaminazione da materiali riciclati. Esempi includono tronchi naturali con nodi, plastiche riciclate contenenti sostanze estranee sconosciute e pannelli laminati con strati di adesivo applicati in modo non uniforme. Per tali materiali, si raccomanda generalmente l'utilizzo di macchinari tradizionali per la lavorazione del legno a bassa velocità. Tuttavia, i materiali lignei con tessitura uniforme possono essere lavorati superficialmente mediante macchine a controllo numerico (CNC).

CausaQuando un mandrino CNC si muove ad alta velocità, se passa improvvisamente da un'area a bassa densità a un nodo ad alta durezza o a un corpo estraneo, la forza di taglio aumenta istantaneamente. Questo impatto imprevedibile può facilmente causare forti vibrazioni alla macchina, o addirittura provocare direttamente la rottura dell'utensile o danni all'attrezzatura.

Conclusione

La scelta del materiale appropriato è fondamentale per la lavorazione CNC. Se il materiale non è adatto alla lavorazione CNC, può causare una serie di problemi, tra cui usura eccessiva degli utensili, tempi di lavorazione prolungati, infortuni e mancato raggiungimento dei risultati di progettazione desiderati. Scegliere il materiale giusto per il proprio pezzo è il primo passo nella lavorazione CNC.

Se hai un progetto in corso e non sai quale materiale scegliere, clicca sul pulsante qui sotto per inviare una richiesta. Gli ingegneri di LVMA CNC analizzeranno immediatamente il tuo pezzo e ti forniranno consigli sui materiali più adatti.

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