Какие материалы нельзя обрабатывать на станках с ЧПУ? Большинство инженеров упускают из виду этот момент.

Обработка на станках с ЧПУ — это широко используемый процесс обработки материалов, применяемый для производства сложных деталей. От компонентов из автомобильного алюминия и титановых сплавов до пластиковых деталей, которые мы используем каждый день, детали, обработанные на станках с ЧПУ, являются неотъемлемой частью нашей жизни. Однако обработка на станках с ЧПУ — это не универсальное решение. В этой статье мы рассмотрим материалы, которые не подходят для обработки на станках с ЧПУ.

Ограничения станков с ЧПУ с точки зрения используемых материалов.

ЧПУ расшифровывается как «компьютерное числовое управление» и подразумевает использование высокоскоростных вращающихся режущих инструментов для фрезерования и сверления металла. Этот процесс обработки предъявляет принципиально высокие требования к жесткости и термостойкости материала.

Например, если материал слишком жесткий, это может ускорить износ инструмента и ухудшить стабильность резания. Это не только быстро увеличивает затраты, но и влияет на точность обработки деталей.

В процессе фрезерования на станках с ЧПУ трение между заготовкой и режущим инструментом генерирует тепло. Если сама заготовка не обладает достаточной теплостойкостью, она может деформироваться из-за теплового расширения. Поскольку к деталям, обрабатываемым на станках с ЧПУ, обычно предъявляются строгие требования к точности, такой результат недопустим.

 

Материалы, не подходящие для обработки на станках с ЧПУ.

Материалы, непригодные для обработки на станках с ЧПУ, в первую очередь ограничены своими физическими свойствами, такими как высокая эластичность и композитная природа. В этом разделе я познакомлю вас с несколькими типами материалов и объясню, почему они не подходят для обработки на станках с ЧПУ.

Таблица: Материалы, не подходящие для обработки на станках с ЧПУ.

МатериалыТип	Материалы	Причина
Высокоэластичные неметаллические материалы	Силикон, мягкий полиуретан, ТПЭ (термопластичный эластомер)	Обладает высокой эластичностью, легко деформируется.
Высокотвердые хрупкие материалы (керамика и стекло)	Керамика на основе оксида алюминия, кварцевое стекло, промышленный фарфор, закаленное стекло	Хрупкий, склонный к растрескиванию, подвержен высокому износу инструмента.
Композиты из углеродного волокна	CFRP (углеродное волокно, армированное полимером)	Абразивный материал, риск расслоения, опасность пыли.
Чрезвычайно мягкие и липкие металлы	Высокочистое золото, мягкий свинец, олово	Слишком мягкий, прилипает к инструменту, легко деформируется.
Пенопласты с низкой плотностью пористого состава	Губка, пенопласт, вспененные материалы	Сжимаемый, не поддающийся точной механической обработке.
Неоднородные материалы	Натуральная древесина с сучками, переработанные материалы, ламинированные доски.	Неравномерная плотность, нестабильная сила резания

Высокоэластичные неметаллические материалы

Эти материалы обладают превосходной гибкостью и упругостью и широко используются в промышленных уплотнениях, виброизоляции и мягких потребительских товарах. Типичными примерами являются силикон, мягкий полиуретан и различные термопластичные эластомеры (ТПЭ).

Компания LVMA CNC обрабатывает эти материалы с помощью вырубки или литья под давлением.

Причина: В процессе обработки на станках с ЧПУ эти материалы имеют тенденцию растягиваться или деформироваться под воздействием быстро вращающихся режущих инструментов, что приводит к образованию шероховатых, неровных обработанных поверхностей и затрудняет достижение желаемых допусков.

Высокотвердые хрупкие материалы (керамика и стекло)

Несмотря на превосходную термостойкость и химическую стабильность, эти материалы обладают крайне хрупкой кристаллической структурой и лишены пластичности, присущей металлам. К распространенным примерам относятся различные виды промышленной керамики, кварц, декоративный фарфор и закаленное стекло, подвергнутое термообработке для повышения прочности. По сравнению с обработкой на станках с ЧПУ, эти материалы лучше подходят для таких процессов, как гидроабразивная резка и ультразвуковая обработка.

ПричинаПосле приложения механических сил резания при обработке на станках с ЧПУ на поверхности легко могут образовываться микроскопические трещины, что приводит к сколам или полному разрушению всей детали. Кроме того, высокая твердость материала может привести к преждевременному износу режущего инструмента.

Композиты из углеродного волокна

Это новый тип легкого конструкционного материала, созданного путем соединения высокопрочных углеродных волокон с полимерной матрицей. Он часто используется в авиации, автоспорте и производстве высококачественного спортивного оборудования, где вес и прочность имеют решающее значение. Чаще всего этот материал обрабатывается методом прессования и лазерной резки.

ПричинаУглеродное волокно обладает исключительной износостойкостью, когда фрезерование на станках с ЧПУЭто приводит к быстрому затуплению инструментов. Кроме того, механическая обработка часто приводит к расслоению и разрыву слоев, а образующаяся мелкая проводящая пыль представляет опасность для здоровья операторов.

Чрезвычайно мягкие и липкие металлы

Благодаря своей внутренней атомной структуре эти металлы обладают чрезвычайно высокой пластичностью и очень низкой твердостью при сжатии. Поскольку они обладают хорошей текучестью в расплавленном состоянии, мы обычно используем литье по выплавляемым моделям. Хорошо известными примерами являются свинец, олово и высокочистое чистое золото. Если цель состоит в производстве тонкостенных изделий, можно использовать штамповку.

ПричинаПри высокоскоростной резке на станках с ЧПУ эти металлы не только не образуют чистую стружку, но и под воздействием тепла и давления становятся липкими и прилипают к режущей кромке, образуя тонкую пасту. Они могут даже мгновенно деформироваться при зажимании в тисках или зажимных приспособлениях, поскольку не выдерживают силы зажима.

Пенопласты с низкой плотностью пористого состава

Отличительной характеристикой этих материалов является то, что их внутренняя часть заполнена многочисленными воздушными полостями. Несмотря на большой объем, их общая структурная жесткость чрезвычайно низка, что делает их очень сжимаемыми. К распространенным примерам относятся пенополистирол и вспененный полистирол. Для повышения эффективности резки мы обычно рекомендуем электроэрозионную обработку проволокой, лазерную резку или изготовление деталей на заказ с помощью штампов.

ПричинаКогда станок с ЧПУ пытается разрезать этот материал, сжатие приводит к его непрерывному сжатию внутрь. После извлечения инструмента материал отскакивает обратно, что приводит к совершенно неконтролируемым размерам разреза. В тяжелых случаях может произойти локальное плавление из-за тепла трения, выделяемого при высокоскоростном вращении.

Неоднородные материалы

Эти материалы обычно демонстрируют значительные различия в физической плотности и твердости в разных участках из-за естественных особенностей роста, грубых методов обработки или загрязнения переработанными материалами. Примерами могут служить натуральные бревна с сучками, переработанный пластик, содержащий неизвестные посторонние примеси, и ламинированные панели с неравномерно нанесенными слоями клея. Для таких материалов обычно рекомендуется использовать традиционные ручные деревообрабатывающие станки для низкоскоростной обработки. Однако древесные материалы с однородной текстурой могут быть обработаны на станках с ЧПУ.

ПричинаКогда шпиндель станка с ЧПУ вращается на высокой скорости, если он внезапно переходит из области с низкой плотностью в область с высокой твердостью или попадание постороннего предмета, сила резания мгновенно возрастает. Это непредсказуемое воздействие может легко вызвать сильную вибрацию станка или даже напрямую привести к поломке инструмента или повреждению оборудования.

Заключение

Выбор подходящего материала имеет решающее значение для обработки на станках с ЧПУ. Если материал не подходит для обработки на станках с ЧПУ, это может привести к ряду проблем, включая чрезмерный износ инструмента, увеличение времени обработки, травмы и невозможность достижения желаемых результатов. Выбор правильного материала для детали — это первый шаг в обработке на станках с ЧПУ.

Если у вас есть текущий проект, и вы не уверены в выборе материала, нажмите кнопку ниже, чтобы отправить запрос. Инженеры LVMA CNC немедленно проанализируют вашу деталь и предоставят вам рекомендации по подходящему материалу.

Часто задаваемые вопросы

Каковы ограничения обработки на станках с ЧПУ?