วัสดุใดบ้างที่ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC ได้? วิศวกรส่วนใหญ่มักมองข้ามไป

การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC เป็นกระบวนการผลิตแบบลดเนื้อวัสดุ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ตั้งแต่ชิ้นส่วนอลูมิเนียมและโลหะผสมไทเทเนียมเกรดสำหรับยานยนต์ ไปจนถึงชิ้นส่วนพลาสติกที่เราใช้ในชีวิตประจำวัน ชิ้นส่วนที่ตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC เป็นส่วนสำคัญในชีวิตของเรา อย่างไรก็ตาม การตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ไม่ใช่ทางออกที่ใช้ได้กับทุกวัสดุ บทความนี้จะสำรวจวัสดุที่ไม่เหมาะสำหรับการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC

ข้อจำกัดของการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC ในแง่ของวัสดุ

CNC ย่อมาจาก "Computer Numerical Control" ซึ่งหมายถึงการใช้เครื่องมือตัดหมุนความเร็วสูงในการกัดและเจาะโลหะ กระบวนการตัดเฉือนนี้ทำให้วัสดุต้องมีความแข็งแกร่งและทนความร้อนสูง

ตัวอย่างเช่น หากวัสดุมีความแข็งมากเกินไป จะทำให้เครื่องมือสึกหรอเร็วขึ้นและลดความเสถียรในการตัด ซึ่งไม่เพียงแต่จะทำให้ต้นทุนสูงขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่ยังส่งผลต่อความแม่นยำในการขึ้นรูปชิ้นส่วนอีกด้วย

ในระหว่างการกัดขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC แรงเสียดทานระหว่างชิ้นงานและเครื่องมือตัดจะก่อให้เกิดความร้อน หากชิ้นงานนั้นไม่มีความทนทานต่อความร้อนเพียงพอ อาจเกิดการเสียรูปเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อน ซึ่งโดยทั่วไปแล้วชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่อง CNC มักมีความแม่นยำสูง ผลลัพธ์เช่นนี้จึงเป็นสิ่งที่ยอมรับไม่ได้

 

วัสดุที่ไม่เหมาะสำหรับการขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC

วัสดุที่ไม่เหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC นั้น ส่วนใหญ่มีข้อจำกัดอยู่ที่คุณสมบัติทางกายภาพ เช่น ความยืดหยุ่นสูงและลักษณะที่เป็นวัสดุผสม ในส่วนนี้ ผมจะแนะนำวัสดุหลายประเภทและอธิบายว่าทำไมวัสดุเหล่านั้นจึงไม่เหมาะสมสำหรับการขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC

ตาราง: วัสดุที่ไม่เหมาะสำหรับการขึ้นรูปด้วยเครื่อง CNC

วัสดุพิมพ์	วัสดุ	สาเหตุ
วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่มีความยืดหยุ่นสูง	ซิลิโคน, โพลียูรีเทนชนิดอ่อน, ทีพีอี (เทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์)	มีความยืดหยุ่นสูง เปลี่ยนรูปได้ง่าย
วัสดุเปราะที่มีความแข็งสูง (เซรามิกและแก้ว)	เซรามิกอะลูมิเนียมออกไซด์, แก้วควอตซ์, พอร์เซเลนอุตสาหกรรม, กระจกนิรภัย	เปราะแตกง่าย สึกหรอเร็ว
วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์	CFRP (พอลิเมอร์เสริมใยคาร์บอน)	มีฤทธิ์กัดกร่อน เสี่ยงต่อการหลุดลอก และเป็นอันตรายจากฝุ่นละออง
โลหะที่อ่อนนุ่มและเหนียวมาก	ทองคำบริสุทธิ์สูง ตะกั่วอ่อน ดีบุก	นิ่มเกินไป ติดเครื่องมือ เสียรูปง่าย
โฟมพรุนความหนาแน่นต่ำ	ฟองน้ำ พลาสติกโฟม วัสดุโฟม	บีบอัดได้ แต่ไม่สามารถขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรได้อย่างแม่นยำ
วัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน	ไม้ธรรมชาติที่มีปม ไม้รีไซเคิล แผ่นไม้ลามิเนต	ความหนาแน่นไม่สม่ำเสมอ แรงตัดไม่คงที่

วัสดุที่ไม่ใช่โลหะที่มีความยืดหยุ่นสูง

วัสดุเหล่านี้มีความยืดหยุ่นและคืนตัวได้ดีเยี่ยม และนิยมใช้ในซีลอุตสาหกรรม การลดแรงสั่นสะเทือน และสินค้าอุปโภคบริโภคประเภทอ่อนนุ่ม ตัวอย่างทั่วไป ได้แก่ ซิลิโคน โพลียูรีเทนชนิดอ่อน และเทอร์โมพลาสติกอีลาสโตเมอร์ (TPE) ต่างๆ

LVMA CNC ดำเนินการแปรรูปวัสดุเหล่านี้โดยใช้การตัดด้วยแม่พิมพ์หรือการฉีดขึ้นรูป

สาเหตุ: ในระหว่างการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC วัสดุเหล่านี้มีแนวโน้มที่จะยืดออกหรือเสียรูปเมื่อสัมผัสกับเครื่องมือตัดที่หมุนเร็ว ส่งผลให้พื้นผิวที่ผ่านการตัดเฉือนหยาบและไม่เรียบ และทำให้ยากต่อการควบคุมความคลาดเคลื่อนตามที่ต้องการ

วัสดุเปราะที่มีความแข็งสูง (เซรามิกและแก้ว)

แม้ว่าวัสดุเหล่านี้จะมีคุณสมบัติทนความร้อนและเสถียรภาพทางเคมีที่ดีเยี่ยม แต่โครงสร้างผลึกของพวกมันนั้นเปราะมากและขาดความยืดหยุ่นเหมือนโลหะ ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ เซรามิกอุตสาหกรรมต่างๆ ควอตซ์ เครื่องเคลือบดินเผาตกแต่ง และกระจกนิรภัยที่ผ่านการอบชุบความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง เมื่อเปรียบเทียบกับการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC วัสดุเหล่านี้จึงเหมาะสมกับกระบวนการต่างๆ เช่น การตัดด้วยน้ำแรงดันสูงและการตัดเฉือนด้วยคลื่นอัลตราโซนิคมากกว่า

สาเหตุเมื่อแรงตัดเชิงกลจากเครื่องจักร CNC ถูกนำมาใช้ รอยแตกขนาดเล็กสามารถเกิดขึ้นได้ง่ายบนพื้นผิว ส่งผลให้ชิ้นงานบิ่นหรือแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อย นอกจากนี้ ความแข็งสูงของวัสดุยังอาจทำให้เครื่องมือตัดสึกหรอเร็วกว่ากำหนดอีกด้วย

วัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์

นี่คือวัสดุโครงสร้างน้ำหนักเบาชนิดใหม่ที่สร้างขึ้นโดยการเชื่อมเส้นใยคาร์บอนที่มีความแข็งแรงสูงเข้ากับเมทริกซ์เรซิน มักใช้ในอุตสาหกรรมการบิน การแข่งรถ และอุปกรณ์กีฬาระดับสูงที่น้ำหนักและความแข็งแรงเป็นสิ่งสำคัญ โดยทั่วไปแล้ววัสดุนี้จะถูกแปรรูปด้วยการขึ้นรูปและการตัดด้วยเลเซอร์

สาเหตุเส้นใยคาร์บอนมีคุณสมบัติทนทานต่อการเสียดสีสูงมากเมื่อ... การกัด CNCซึ่งทำให้เครื่องมือทื่อเร็วขึ้น นอกจากนี้ การกลึงมักส่งผลให้เกิดการแยกชั้นและการฉีกขาดระหว่างชั้น และฝุ่นละอองนำไฟฟ้าละเอียดที่เกิดขึ้นนั้นเป็นอันตรายต่อสุขภาพของผู้ปฏิบัติงาน

โลหะที่อ่อนนุ่มและเหนียวมาก

เนื่องจากโครงสร้างอะตอมภายใน โลหะเหล่านี้จึงมีความยืดหยุ่นสูงมากและมีความแข็งในการรับแรงอัดต่ำมาก เนื่องจากมีความลื่นไหลดีในสถานะหลอมเหลว เราจึงมักใช้การหล่อแบบแม่พิมพ์ (investment casting) ตัวอย่างที่รู้จักกันดี ได้แก่ ตะกั่ว ดีบุก และทองคำบริสุทธิ์สูง หากต้องการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีผนังบาง สามารถใช้การปั๊มขึ้นรูปได้

สาเหตุเมื่อเครื่องมือ CNC ทำงานตัดด้วยความเร็วสูง โลหะเหล่านี้ไม่เพียงแต่จะไม่เกิดเศษโลหะที่สะอาดเท่านั้น แต่เนื่องจากความร้อนและแรงดัน โลหะเหล่านี้จะเหนียวและเกาะติดกับคมตัดเหมือนกาวบางๆ และอาจเสียรูปทรงทันทีเมื่อถูกหนีบด้วยคีมจับหรืออุปกรณ์จับยึด เพราะไม่สามารถทนต่อแรงหนีบได้

โฟมพรุนความหนาแน่นต่ำ

ลักษณะเด่นของวัสดุเหล่านี้คือภายในเต็มไปด้วยช่องว่างอากาศจำนวนมาก แม้ว่าจะมีปริมาตรมาก แต่ความแข็งแรงโดยรวมของโครงสร้างนั้นต่ำมาก ทำให้สามารถบีอัดได้ง่าย ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไป ได้แก่ ฟองน้ำและโฟมโพลีสไตรีน โดยทั่วไปเราแนะนำให้ใช้การตัดด้วยลวด EDM การตัดด้วยเลเซอร์ หรือการตัดด้วยแม่พิมพ์แบบกำหนดเอง เพื่อประสิทธิภาพการตัดที่สูงขึ้น

สาเหตุเมื่อเครื่องมือ CNC พยายามตัดวัสดุนี้ แรงอัดจะทำให้วัสดุยุบตัวเข้าด้านในอย่างต่อเนื่อง เมื่อดึงเครื่องมือออก วัสดุจะดีดตัวกลับ ทำให้ขนาดการตัดไม่สามารถควบคุมได้อย่างสมบูรณ์ ในกรณีที่รุนแรง อาจเกิดการหลอมละลายเฉพาะจุดเนื่องจากความร้อนจากแรงเสียดทานที่เกิดจากการหมุนด้วยความเร็วสูง

วัสดุที่ไม่เป็นเนื้อเดียวกัน

วัสดุเหล่านี้มักแสดงความแตกต่างอย่างมากในความหนาแน่นและความแข็งทางกายภาพในส่วนต่างๆ เนื่องจากรูปแบบการเติบโตตามธรรมชาติ วิธีการแปรรูปที่ไม่ละเอียด หรือการปนเปื้อนจากวัสดุรีไซเคิล ตัวอย่างเช่น ท่อนไม้ธรรมชาติที่มีปม พลาสติกรีไซเคิลที่มีสิ่งแปลกปลอมที่ไม่ทราบชนิด และแผ่นลามิเนตที่มีชั้นกาวที่ไม่สม่ำเสมอ สำหรับวัสดุดังกล่าว โดยทั่วไปแนะนำให้ใช้เครื่องจักรงานไม้แบบดั้งเดิมด้วยมือสำหรับการแปรรูปด้วยความเร็วต่ำ อย่างไรก็ตาม วัสดุไม้ที่มีเนื้อสัมผัสสม่ำเสมอสามารถใช้เครื่อง CNC ในการตัดแต่งพื้นผิวได้

สาเหตุเมื่อแกนหมุนของเครื่อง CNC เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง หากจู่ๆ ก็ตัดจากบริเวณที่มีความหนาแน่นต่ำไปยังบริเวณที่มีความแข็งสูง เช่น ปมไม้หรือวัตถุแปลกปลอม แรงตัดจะเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน แรงกระแทกที่ไม่สามารถคาดเดาได้นี้อาจทำให้เครื่องจักรสั่นสะเทือนอย่างรุนแรง หรือแม้กระทั่งทำให้เครื่องมือแตกหักหรืออุปกรณ์เสียหายได้โดยตรง

บทสรุป

การเลือกวัสดุที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC หากวัสดุไม่เหมาะสมสำหรับการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC อาจนำไปสู่ปัญหาต่างๆ มากมาย รวมถึงการสึกหรอของเครื่องมือมากเกินไป ระยะเวลาการตัดเฉือนที่ยาวนานขึ้น การบาดเจ็บส่วนบุคคล และความล้มเหลวในการบรรลุผลลัพธ์การออกแบบที่ต้องการ การเลือกวัสดุที่ถูกต้องสำหรับชิ้นส่วนของคุณคือขั้นตอนแรกในการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC

หากคุณมีโครงการที่กำลังดำเนินการอยู่และไม่แน่ใจว่าจะเลือกวัสดุใด โปรดคลิกปุ่มด้านล่างเพื่อส่งคำถาม วิศวกรของ LVMA CNC จะวิเคราะห์ชิ้นส่วนของคุณและให้คำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุที่เหมาะสมให้คุณทันที

คำถามที่พบบ่อย

ข้อจำกัดของการตัดเฉือนด้วยเครื่อง CNC มีอะไรบ้าง?