Welke materialen kunnen niet met een CNC-machine bewerkt worden? De materialen die de meeste ingenieurs over het hoofd zien.

CNC-bewerking is een subtractief productieproces dat veelvuldig wordt gebruikt voor de productie van complexe onderdelen. Van componenten van aluminium en titaniumlegeringen voor de auto-industrie tot de kunststof onderdelen die we dagelijks gebruiken: CNC-bewerkte onderdelen zijn een integraal onderdeel van ons leven. CNC-bewerking is echter geen universele oplossing. In dit artikel worden de materialen besproken die niet geschikt zijn voor CNC-bewerking.

Beperkingen van CNC-bewerking op het gebied van materialen

CNC staat voor "Computer Numerical Control" en maakt gebruik van snel roterende snijgereedschappen om metaal te frezen en te boren. Dit subtractieve proces stelt fundamentele eisen aan de stijfheid en hittebestendigheid van het materiaal.

Als een materiaal bijvoorbeeld te stijf is, kan dit de slijtage van het gereedschap versnellen en de snijstabiliteit verminderen. Dit drijft niet alleen de kosten snel op, maar beïnvloedt ook de bewerkingsnauwkeurigheid van de onderdelen.

Tijdens CNC-frezen ontstaat er warmte door wrijving tussen het werkstuk en het snijgereedschap. Als het werkstuk zelf onvoldoende hittebestendig is, kan het door thermische uitzetting vervormen. Aangezien CNC-bewerkte onderdelen doorgaans aan strenge precisie-eisen moeten voldoen, is dit onaanvaardbaar.

 

Materialen die niet geschikt zijn voor CNC-bewerking.

Materialen die niet geschikt zijn voor CNC-bewerking worden voornamelijk beperkt door hun fysieke eigenschappen, zoals hoge elasticiteit en composietstructuur. In dit gedeelte zal ik verschillende materiaalsoorten introduceren en uitleggen waarom ze niet geschikt zijn voor CNC-bewerking.

Tabel: Materialen die niet geschikt zijn voor CNC-bewerking

MaterialenType	Materialen	Oorzaak
Zeer elastische niet-metalen materialen	Siliconen, zacht polyurethaan, TPE (thermoplastisch elastomeer)	Zeer elastisch, vervormt gemakkelijk.
Zeer harde, breekbare materialen (keramiek en glas)	Aluminiumoxidekeramiek, kwartsglas, industrieel porselein, gehard glas	Broos, gevoelig voor scheuren, hoge gereedschapslijtage
Koolstofvezelcomposieten	CFRP (koolstofvezelversterkt polymeer)	Schurend, risico op delaminatie, stofgevaar
Extreem zachte en kleverige metalen	Hoogzuiver goud, zacht lood, tin	Te zacht, plakt aan het gereedschap, vervormt gemakkelijk.
Poreuze schuimen met lage dichtheid	Spons, schuimplastic, schuimmaterialen	Samendrukbaar, niet nauwkeurig bewerkbaar.
Niet-homogene materialen	Natuurlijk hout met knoesten, gerecyclede materialen, gelamineerde planken	Ongelijkmatige dichtheid, instabiele snijkracht

Zeer elastische niet-metalen materialen

Deze materialen bieden uitstekende flexibiliteit en veerkracht en worden veelvuldig gebruikt in industriële afdichtingen, trillingsdemping en zachte consumentenproducten. Typische voorbeelden zijn siliconen, zacht polyurethaan en diverse thermoplastische elastomeren (TPE).

LVMA CNC verwerkt deze materialen met behulp van stanssnijden of spuitgieten.

Oorzaak: Tijdens CNC-bewerking hebben deze materialen de neiging om uit te rekken of te vervormen wanneer ze worden blootgesteld aan snel roterende snijgereedschappen. Dit resulteert in ruwe, oneffen bewerkte oppervlakken en maakt het moeilijk om de gewenste toleranties te bereiken.

Zeer harde, breekbare materialen (keramiek en glas)

Hoewel deze materialen een uitstekende hittebestendigheid en chemische stabiliteit bezitten, zijn hun kristallijne structuren extreem bros en missen ze de buigzaamheid die metalen wel hebben. Bekende voorbeelden zijn diverse industriële keramische materialen, kwarts, decoratief porselein en gehard glas dat hittebehandeld is om de sterkte te verhogen. In vergelijking met CNC-bewerking zijn deze materialen beter geschikt voor processen zoals waterstraalsnijden en ultrasoon bewerken.

OorzaakZodra er mechanische snijkrachten worden uitgeoefend door CNC-bewerking, kunnen er gemakkelijk microscopische scheurtjes in het oppervlak ontstaan, wat kan leiden tot afbrokkeling of volledige fragmentatie van het gehele werkstuk. Bovendien kan de hoge hardheid van het materiaal ervoor zorgen dat het snijgereedschap voortijdig slijt.

Koolstofvezelcomposieten

Dit is een nieuw type lichtgewicht constructiemateriaal dat wordt gemaakt door zeer stijve koolstofvezels te verbinden met een harsmatrix. Het wordt veelvuldig gebruikt in de luchtvaart, de autosport en hoogwaardige sportartikelen waar gewicht en sterkte cruciaal zijn. Dit materiaal wordt meestal verwerkt door middel van matrijspersen en lasersnijden.

OorzaakKoolstofvezel vertoont een extreme slijtvastheid wanneer CNC-frezenwaardoor gereedschap snel bot wordt. Bovendien leidt bewerking vaak tot delaminatie en scheuren tussen lagen, en het daarbij vrijkomende fijne, geleidende stof vormt een gezondheidsrisico voor de operators.

Extreem zachte en kleverige metalen

Door hun interne atoomstructuur vertonen deze metalen een extreem hoge ductiliteit en een zeer lage druksterkte. Omdat ze in gesmolten toestand goed vloeibaar zijn, gebruiken we doorgaans precisiegieten. Bekende voorbeelden zijn lood, tin en massief goud van hoge zuiverheid. Als het doel is om dunwandige producten te produceren, kan stempelen worden gebruikt.

OorzaakBij het snijden met CNC-machines op hoge snelheid vormen deze metalen niet alleen geen schone spanen, maar worden ze door de hitte en druk plakkerig en hechten ze zich als een dunne pasta aan de snijkant. Ze kunnen zelfs direct vervormen wanneer ze in een bankschroef of opspaninrichting worden geklemd, omdat ze de klemkracht niet kunnen weerstaan.

Poreuze schuimen met lage dichtheid

Het kenmerkende van deze materialen is dat hun binnenkant gevuld is met talloze luchtholtes. Hoewel ze een groot volume hebben, is hun algehele structurele stijfheid extreem laag, waardoor ze zeer samendrukbaar zijn. Bekende voorbeelden zijn schuimrubber en polystyreenschuim. We raden doorgaans draad-EDM, lasersnijden of op maat gesneden stansmallen aan voor een hogere snij-efficiëntie.

OorzaakWanneer een CNC-machine dit materiaal probeert te snijden, zorgt de compressie ervoor dat het continu naar binnen inklapt. Zodra de machine wordt teruggetrokken, veert het materiaal terug, wat resulteert in volledig oncontroleerbare snijafmetingen. In ernstige gevallen kan plaatselijke smelting optreden als gevolg van de wrijvingswarmte die wordt gegenereerd door de hoge rotatiesnelheid.

Niet-homogene materialen

Deze materialen vertonen doorgaans aanzienlijke variaties in fysieke dichtheid en hardheid over verschillende delen als gevolg van natuurlijke groeipatronen, ruwe verwerkingsmethoden of verontreiniging door gerecyclede materialen. Voorbeelden hiervan zijn natuurlijke boomstammen met knoesten, gerecycled plastic met onbekende vreemde stoffen en gelamineerde panelen met ongelijkmatig aangebrachte lijmlagen. Voor dergelijke materialen wordt over het algemeen aanbevolen om traditionele handmatige houtbewerkingsmachines te gebruiken voor langzame bewerking. Houtmaterialen met een uniforme textuur kunnen echter wel met CNC-machines worden bewerkt.

OorzaakWanneer een CNC-spindel met hoge snelheid beweegt en plotseling van een gebied met lage dichtheid naar een harde knoop of vreemd voorwerp snijdt, zal de snijkracht onmiddellijk toenemen. Deze onvoorspelbare impact kan gemakkelijk ernstige machinetrillingen veroorzaken, of zelfs direct leiden tot gereedschapsbreuk of schade aan de apparatuur.

Conclusie

Het kiezen van het juiste materiaal is cruciaal voor CNC-bewerking. Als het materiaal ongeschikt is voor CNC-bewerking, kan dit leiden tot een reeks problemen, waaronder overmatige gereedschapslijtage, langere bewerkingstijden, persoonlijk letsel en het niet behalen van de beoogde ontwerpresultaten. Het kiezen van het juiste materiaal voor uw onderdeel is de eerste stap in CNC-bewerking.

Heeft u een lopend project en twijfelt u over het juiste materiaal? Klik dan op de onderstaande knop om een ​​aanvraag in te dienen. De engineers van LVMA CNC analyseren uw onderdeel direct en geven u passend materiaaladvies.

Veelgestelde vragen

Wat zijn de beperkingen van CNC-bewerking?