Jakich materiałów nie da się obrabiać CNC? Czego najczęściej brakuje inżynierom

Obróbka CNC to proces ubytkowy, powszechnie stosowany do produkcji złożonych części. Od elementów aluminiowych i stopów tytanu klasy motoryzacyjnej, po części z tworzyw sztucznych, których używamy na co dzień, części obrabiane CNC stanowią integralną część naszego życia. Jednak obróbka CNC nie jest rozwiązaniem uniwersalnym. W tym artykule omówimy materiały, które nie nadają się do obróbki CNC.

Ograniczenia obróbki CNC pod względem materiałów

CNC to skrót od „Computer Numerical Control” (komputerowe sterowanie numeryczne) i polega na użyciu szybkoobrotowych narzędzi skrawających do frezowania i wiercenia metalu. Ten proces ubytkowy stawia fundamentalne wymagania dotyczące sztywności i odporności termicznej materiału.

Na przykład, jeśli materiał jest zbyt sztywny, może to przyspieszyć zużycie narzędzia i pogorszyć stabilność cięcia. To nie tylko gwałtownie podnosi koszty, ale również wpływa na dokładność obróbki części.

Podczas frezowania CNC tarcie między przedmiotem obrabianym a narzędziem skrawającym generuje ciepło. Jeśli sam przedmiot obrabiany nie ma wystarczającej odporności termicznej, może się odkształcić z powodu rozszerzalności cieplnej. Ponieważ części obrabiane CNC zazwyczaj mają surowe wymagania dotyczące precyzji, taki wynik jest niedopuszczalny.

 

Materiały nieodpowiednie do obróbki CNC

Materiały, które nie nadają się do obróbki CNC, są ograniczone przede wszystkim przez swoje właściwości fizyczne, takie jak wysoka elastyczność i kompozytowość. W tej sekcji przedstawię kilka rodzajów materiałów i wyjaśnię, dlaczego nie nadają się one do obróbki CNC.

Tabela: Materiały nieodpowiednie do obróbki CNC

PrzyboryTyp	Przybory	Przyczyna
Wysoce elastyczne materiały niemetaliczne	Silikon, miękki poliuretan, TPE (elastomer termoplastyczny)	Wysoce elastyczny, łatwo się odkształca
Materiały kruche o wysokiej twardości (ceramika i szkło)	Ceramika tlenku glinu, szkło kwarcowe, porcelana przemysłowa, szkło hartowane	Kruche, podatne na pękanie, duże zużycie narzędzi
Kompozyty z włókna węglowego	CFRP (polimer wzmocniony włóknem węglowym)	Materiał ścierny, ryzyko rozwarstwienia, zagrożenie pyłem
Ekstremalnie miękkie i lepkie metale	Wysokiej czystości złoto, miękki ołów, cyna	Zbyt miękkie, przyklejają się do narzędzia, łatwo się odkształcają
Pianki porowate o niskiej gęstości	Gąbki, tworzywa piankowe, materiały spienione	Ściśliwy, nie nadaje się do dokładnej obróbki mechanicznej
Materiały niejednorodne	Drewno naturalne z sękami, materiały z recyklingu, płyty laminowane	Nierównomierna gęstość, niestabilna siła cięcia

Wysoce elastyczne materiały niemetaliczne

Materiały te oferują doskonałą elastyczność i sprężystość i są powszechnie stosowane w uszczelnieniach przemysłowych, izolacji wibracyjnej oraz miękkich artykułach konsumpcyjnych. Typowe przykłady obejmują silikon, miękki poliuretan i różne elastomery termoplastyczne (TPE).

Firma LVMA CNC przetwarza te materiały metodą wykrawania lub formowania wtryskowego.

Przyczyna: W procesie obróbki CNC materiały te mają tendencję do rozciągania się na zewnątrz lub odkształcania pod wpływem szybko obracających się narzędzi skrawających, co skutkuje szorstkimi, nierównymi powierzchniami obrobionymi i utrudnia osiągnięcie pożądanych tolerancji.

Materiały kruche o wysokiej twardości (ceramika i szkło)

Chociaż materiały te charakteryzują się doskonałą odpornością na ciepło i stabilnością chemiczną, ich struktura krystaliczna jest niezwykle krucha i pozbawiona ciągliwości charakterystycznej dla metali. Typowymi przykładami są różnego rodzaju ceramika przemysłowa, kwarc, porcelana dekoracyjna i szkło hartowane poddane obróbce cieplnej w celu zwiększenia wytrzymałości. W porównaniu z obróbką CNC, materiały te lepiej nadają się do procesów takich jak cięcie strumieniem wody i obróbka ultradźwiękowa.

Przyczyna:Po zastosowaniu mechanicznych sił skrawania z obróbki CNC, na powierzchni mogą łatwo tworzyć się mikroskopijne pęknięcia, prowadzące do odprysków lub całkowitego rozdrobnienia całego elementu. Ponadto, wysoka twardość materiału może powodować przedwczesne zużycie narzędzia skrawającego.

Kompozyty z włókna węglowego

To nowy rodzaj lekkiego materiału konstrukcyjnego, powstającego w wyniku połączenia włókien węglowych o wysokiej sztywności z matrycą żywiczną. Jest on często stosowany w lotnictwie, wyścigach i sprzęcie sportowym wysokiej klasy, gdzie waga i wytrzymałość mają kluczowe znaczenie. Materiał ten jest najczęściej przetwarzany poprzez prasowanie w formach i cięcie laserowe.

Przyczyna:Włókno węglowe wykazuje ekstremalną odporność na ścieranie, gdy Frezowanie CNC, powodując szybkie stępienie narzędzi. Ponadto obróbka skrawaniem często prowadzi do rozwarstwienia i rozdarcia między warstwami, a powstający drobny pył przewodzący stanowi zagrożenie dla zdrowia operatorów.

Ekstremalnie miękkie i lepkie metale

Ze względu na swoją wewnętrzną strukturę atomową, metale te charakteryzują się wyjątkowo wysoką ciągliwością i bardzo niską twardością przy ściskaniu. Ze względu na dobrą płynność w stanie stopionym, zazwyczaj stosujemy odlewanie precyzyjne. Znane przykłady to ołów, cyna i lite złoto o wysokiej czystości. Jeśli celem jest produkcja wyrobów cienkościennych, można zastosować tłoczenie.

Przyczyna:Kiedy narzędzia CNC wykonują cięcie z dużą prędkością, metale te nie tylko nie tworzą czystych wiórów, ale pod wpływem ciepła i ciśnienia stają się lepkie i przylegają do krawędzi skrawającej niczym cienka pasta. Mogą nawet odkształcać się natychmiast po zaciśnięciu w imadle lub uchwytach, ponieważ nie wytrzymują siły zacisku.

Pianki porowate o niskiej gęstości

Cechą charakterystyczną tych materiałów jest to, że ich wnętrze wypełnione jest licznymi kieszeniami powietrznymi. Pomimo dużej objętości, ich ogólna sztywność strukturalna jest wyjątkowo niska, co czyni je wysoce ściśliwymi. Typowymi przykładami są gąbka piankowa i pianka polistyrenowa. Zazwyczaj zalecamy drutowanie elektroerozyjne, cięcie laserowe lub niestandardowe wykrawanie, aby zwiększyć wydajność cięcia.

Przyczyna:Gdy narzędzie CNC próbuje przeciąć ten materiał, kompresja powoduje jego ciągłe zapadanie się do wewnątrz. Po wycofaniu narzędzia materiał odbija się, co skutkuje całkowicie niekontrolowanymi wymiarami cięcia. W skrajnych przypadkach może wystąpić miejscowe topnienie spowodowane ciepłem tarcia generowanym przez wysokie prędkości obrotowe.

Materiały niejednorodne

Materiały te zazwyczaj wykazują znaczne różnice w gęstości fizycznej i twardości w różnych przekrojach ze względu na naturalny wzrost, nieostrożne metody obróbki lub zanieczyszczenia materiałami pochodzącymi z recyklingu. Przykładami są naturalne kłody z sękami, tworzywa sztuczne z recyklingu zawierające nieznane substancje obce oraz panele laminowane z nierównomiernie nałożonymi warstwami kleju. W przypadku takich materiałów zaleca się zazwyczaj stosowanie tradycyjnych, ręcznych maszyn do obróbki drewna o niskiej prędkości. Jednak materiały drewniane o jednolitej fakturze można obrabiać powierzchniowo za pomocą CNC.

Przyczyna:Gdy wrzeciono CNC porusza się z dużą prędkością, jeśli nagle wtnie się z obszaru o niskiej gęstości w sęk lub ciało obce o wysokiej twardości, siła skrawania gwałtownie wzrośnie. To nieprzewidywalne uderzenie może łatwo spowodować silne wibracje maszyny, a nawet bezpośrednie uszkodzenie narzędzia lub sprzętu.

Wniosek

Wybór odpowiedniego materiału ma kluczowe znaczenie dla obróbki CNC. Jeśli materiał nie nadaje się do obróbki CNC, może to prowadzić do szeregu problemów, w tym nadmiernego zużycia narzędzi, wydłużenia czasu obróbki, obrażeń ciała i braku osiągnięcia zamierzonych rezultatów. Wybór odpowiedniego materiału do danej części to pierwszy krok w obróbce CNC.

Jeśli realizujesz projekt i nie masz pewności, jaki materiał wybrać, kliknij poniższy przycisk, aby wysłać zapytanie. Inżynierowie LVMA CNC natychmiast przeanalizują Twoją część i przedstawią Ci odpowiednie zalecenia dotyczące materiałów.

Często zadawane pytania

Jakie są ograniczenia obróbki CNC?