Obrábitelnost materiálů obrobků při CNC obrábění

Obrábitelnost udává, jak snadno lze materiál obrobit do požadovaného tvaru, rozměrů a povrchové úpravy. Má přímý vliv na dobu obrábění, opotřebení nástrojů, povrchovou úpravu a náklady na díl. Materiál však musí zároveň splňovat požadavky na pevnost, hmotnost, odolnost proti korozi a elektrickou vodivost daného dílu, takže správná volba představuje rovnováhu mezi oběma aspekty. Zkušená služba CNC obrábění vám může pomoci najít tuto rovnováhu pro váš díl.

Stručná odpověď: Mosaz (C360) a hliník (6061, 7075) jsou kovy, které se na CNC obrábějí nejsnadněji. Uhlíkové a legované oceli (1018, 1045, 4140) a nerezová ocel třídy 303 se obrábějí středně snadno. Standardní nerezové oceli (304, 316) a čistá měď (C110) jsou tvrdší a titan (třída 5) je z zde uvedených kovů nejobtížnější. Tyto tvrdší kovy se přesto široce používají díky své odolnosti proti korozi, vodivosti nebo poměru pevnosti k hmotnosti.

Co znamená obrobitelnost

Kov s dobrou obrobitelností se rychle obrábí, nástroje se při něm opotřebovávají pomalu a zanechává hladký povrch. Špatná obrobitelnost znamená pomalejší obrábění, rychlejší opotřebení nástrojů a vyšší náklady při objednávce u poskytovatele služeb CNC obrábění. Hlavními faktory jsou tvrdost (tvrdší kovy opotřebovávají nástroje rychleji), teplo (některé kovy zadržují teplo v řezacím nástroji, což jej poškozuje) a kalení během řezání (některé kovy, jako například nerezová ocel a titan, při řezání tvrdnou).

Kovy pro CNC obrábění a jejich vlastnosti

1. Mosaz (C360) – vynikající obrobitelnost

Mosaz C360 se řeže velmi rychle, štěpí se na malé, čisté třísky a zanechává hladký povrch s minimálním opotřebením nástroje. Vyznačuje se nízkým třením, dobrou odolností proti korozi a atraktivním vzhledem a používá se na výrobu součástí ventilů, armatur, spojek a dekorativních dílů. Mosaz C360 obsahuje olovo, proto může být pro součásti určené pro pitnou vodu zapotřebí bezolovnatá mosaz.

2. Hliník (6061, 7075) – vynikající obrobitelnost

Hliník je nejčastěji kov obráběný na CNC strojích a řeže se mnohem rychleji než ocel, což udržuje nízké náklady. Má přibližně třetinovou hmotnost oproti oceli, je přirozeně odolný proti korozi a dobře vede teplo. 6061 je univerzální třída. 7075 je mnohem pevnější a přesto se dobře obrábí, což jej předurčuje pro vysoce namáhané díly. Mezi typické použití patří kryty, držáky, chladiče, díly pro letecký a kosmický průmysl a prototypy.

3. Uhlíková a legovaná ocel (1018, 1045, 4140) – dobrá obrobitelnost

Tyto oceli se vyznačují vysokou pevností a houževnatostí při nízkých nákladech na materiál, většina z nich však vyžaduje povrchovou úpravu, která zabrání korozi. Ocel 1018 je cenově dostupná a snadno se obrábí i svařuje. Ocel 1045 je pevnější, ale její obrábění je o něco náročnější. Ocel 4140 lze obrábět v měkčím stavu a následně tepelně zpracovat, nebo ji lze zakoupit již v kaleném stavu. Mezi typické oblasti použití patří hřídele, ozubená kola, upínací přípravky a upínací zařízení.

4. Nerezová ocel (303, 304, 316) – průměrná obrobitelnost

Nerezová ocel se vyznačuje pevností a vynikající odolností proti korozi, její obrábění je však náročnější než u uhlíkové oceli. Při řezání tvrdne a akumuluje teplo v nástroji, proto vyžaduje ostré nástroje a pomalejší řezání. Třída 303 se obrábí nejsnadněji, má však o něco nižší odolnost proti korozi a nedoporučuje se pro svařování. Třída 304 je nejběžnější. Třída 316 nejlépe odolává slané vodě a chemikáliím, ale z těchto tří tříd se obrábí nejobtížněji. Mezi typické oblasti použití patří zdravotnictví, potravinářský průmysl a námořní díly.

5. Měď (C110) – průměrná obrobitelnost

Měď se volí kvůli své elektrické a tepelné vodivosti, nikoli kvůli snadné obrobitelnosti. Je měkká a lepkavá, vytváří dlouhé třísky, které ulpívají na nástroji, a vyžaduje velmi ostré nástroje. C110 je standardní jakost pro sběrnice, elektrické kontakty, výměníky tepla a vysokofrekvenční zařízení.

6. Titan (třída 2, třída 5) – obtížná obrobitelnost

Titan je ideální pro součásti, které musí být lehké a velmi pevné, avšak z kovů zde zmíněných se obrábí nejobtížněji. Zadržuje teplo v řezacím nástroji a rychle ho opotřebovává, proto se musí obrábět pomalu s velkým množstvím chladicí kapaliny, což zvyšuje náklady. Je odolný proti korozi a bezpečný pro použití v lidském těle; používá se pro součásti v leteckém a kosmickém průmyslu, lékařské implantáty a vysoce výkonné součásti. Nejčastěji se používá třída 5. Třída 2 je měkčí a snáze obrobitelná, ale méně pevná.

Obrábitelnost běžných plastů pro CNC obrábění

Plasty se řežou rychle a s minimálním opotřebením nástroje, mohou se však v důsledku tepla vznikajícího při řezání roztavit, pod tlakem při řezání se ohýbat a měnit své rozměry v závislosti na teplotě, takže je obtížnější zachovat přesné rozměry. Nejlepších výsledků dosáhnete s ostrými nástroji, jemnými řezy a dobrým chlazením.

• Acetal (Delrin): Acetal je tuhý materiál s nízkým třením, který si dobře zachovává svůj tvar. Používá se na ozubená kola, pouzdra a přesné součástky.

• Nylon: Nylon je pevný a odolný proti opotřebení, ale absorbuje vlhkost, což může způsobit mírnou změnu jeho rozměrů. Používá se na ozubená kola, opotřebitelné podložky a distanční vložky.

• ABS: ABS je cenově dostupný a snadno se lakuje, díky čemuž je oblíbený pro výrobu prototypů, krytů a obalů.

• Polykarbonát a akrylát: Oba jsou průhledné plasty. Polykarbonát se snadno poškrábe a akrylát může prasknout, pokud se řeže příliš agresivně. Používají se na kryty, okna a vitríny.

• PEEK: PEEK je pevný a odolný vůči teplu i chemikáliím, je však drahý. Používá se na výrobu dílů pro letecký průmysl a zdravotnictví.

Jak vybrat správný kov pro CNC obrábění

Nejlepší kov je ten, který splňuje vaše požadavky na výkon při nejnižších celkových nákladech.

Jak najít rovnováhu mezi obrobitelností a požadavky na díly

Ten nejlepší materiál splňuje vaše požadavky na výkon při nejnižších celkových nákladech:

1. Definujte funkci: Uveďte zatížení, napětí a opotřebení, kterým musí díl odolávat.

2. Zkontrolujte okolní podmínky: Vlhkost, chemikálie, teplo a vystavení venkovním vlivům omezují vaše možnosti.

3. Zohledněte hmotnost: Hliník a titan jsou ideální volbou, když záleží na každém gramu.

4. Najděte rovnováhu mezi obrobitelností a rozpočtem: Kovy, které se obtížněji obrábějí, prodlužují dobu obrábění, zvyšují opotřebení nástrojů a náklady, proto je vybírejte pouze v případě nutnosti.

5. Naplánujte povrchovou úpravu: Eloxování (u hliníku) a pokovování (u oceli) mohou zlepšit odolnost levnějších kovů proti korozi a opotřebení.

6. Zamyslete se nad objemem: Vytvořte prototyp z vašeho výrobního materiálu, pokud potřebujete otestovat jeho výkon v reálných podmínkách.

CNC obrábění, prototypování a výroba se společností Norck

Společnost Norck poskytuje CNC obrábění na zakázku, od jednorázových prototypů až po velkosériovou výrobu, a to s využitím procesů certifikovaných podle normy ISO 9001:2015. Mezi nabízené služby patří 3- a 5osé frézování, soustružení a frézování-soustružení, broušení, honování a elektroerozivní obrábění (EDM), dále odjehlování, povrchovou úpravu, pokovování a montáž. Společnost Norck zpracovává hliník, oceli, speciální slitiny, plasty a kompozity, nabízí analýzu DFM včetně doporučení ohledně materiálů a disponuje výrobní sítí pokrývající USA i Evropu, která obsluhuje zákazníky z odvětví letectví a kosmonautiky, obrany, robotiky, zdravotnictví, automobilového průmyslu, energetiky, elektroniky a průmyslu.

Závěr

Mosaz a hliník patří mezi kovy, které se nejlépe obrábějí, uhlíková ocel představuje kompromis mezi pevností a cenou, zatímco nerezová ocel, měď a titan se obrábějí obtížněji, jsou však nepostradatelné v případech, kdy záleží na jejich vlastnostech. Plasty, jako je acetal, nylon a ABS, se obrábějí rychle a hodí se pro lehké nebo levné díly. Správná volba spočívá v nalezení rovnováhy mezi obrobitelností a funkčními požadavky na daný díl.

Potřebujete obrobit součástku? Nahrajte svůj CAD soubor nebo technický výkres a získejte cenovou nabídku, nebo požádejte inženýra o posouzení proveditelnosti výroby (DFM) a doporučení materiálu.