Làm thế nào để chọn vật liệu gia công CNC phù hợp？

Lựa chọn vật liệu không phù hợp, mọi nỗ lực đều vô ích! Để sản xuất ra sản phẩm đạt yêu cầu, việc lựa chọn vật liệu là bước cơ bản và quan trọng nhất. Gia công CNC có thể lựa chọn nhiều loại vật liệu, bao gồm vật liệu kim loại, vật liệu phi kim loại và vật liệu composite.

Các vật liệu kim loại thông thường bao gồm thép, hợp kim nhôm, hợp kim đồng, thép không gỉ, v.v. Các vật liệu phi kim loại là nhựa kỹ thuật, nylon, bakelite, nhựa epoxy, v.v. Vật liệu composite là nhựa gia cường sợi, nhựa epoxy gia cường sợi carbon, nhôm gia cường sợi thủy tinh, v.v.

Các vật liệu khác nhau có các đặc tính vật lý và cơ học khác nhau, và việc lựa chọn đúng vật liệu là rất quan trọng đối với hiệu suất, độ chính xác và độ bền của chi tiết. Dựa trên kinh nghiệm cá nhân, bài viết này sẽ chia sẻ với bạn cách chọn vật liệu phù hợp và giá thành thấp trong số nhiều loại vật liệu gia công.

Trước tiên, chúng ta cần xác định mục đích sử dụng cuối cùng của sản phẩm và các bộ phận của nó. Ví dụ, thiết bị y tế cần được khử trùng, hộp đựng thức ăn cần được hâm nóng trong lò vi sóng, vòng bi, bánh răng, v.v., cần được sử dụng để chịu tải và chịu ma sát quay đa chiều.

Sau khi xác định mục đích sử dụng, bắt đầu từ nhu cầu ứng dụng thực tế của sản phẩm, việc sử dụng sản phẩm được nghiên cứu, các yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu về môi trường được phân tích, và những nhu cầu này được chuyển hóa thành đặc tính của vật liệu. Ví dụ, các bộ phận của thiết bị y tế có thể phải chịu được nhiệt độ cực cao của nồi hấp tiệt trùng; vòng bi, bánh răng và các vật liệu khác có yêu cầu về khả năng chống mài mòn, độ bền kéo và độ bền nén. Chủ yếu có thể phân tích từ các điểm sau:

01 Yêu cầu về môi trường

Phân tích tình huống sử dụng thực tế và môi trường của sản phẩm; Ví dụ: Nhiệt độ hoạt động lâu dài của sản phẩm là bao nhiêu, nhiệt độ hoạt động cao nhất/thấp nhất thuộc loại nhiệt độ cao hay nhiệt độ thấp? Có yêu cầu bảo vệ khỏi tia cực tím khi sử dụng trong nhà hay ngoài trời? Sản phẩm được sử dụng trong môi trường khô hay ẩm ướt, ăn mòn?v.v.

02 Yêu cầu kỹ thuật

Theo yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm, các khả năng cần thiết được phân tích, bao gồm nhiều yếu tố liên quan đến ứng dụng. Ví dụ: sản phẩm cần có khả năng dẫn điện, cách điện hoặc chống tĩnh điện nào? Có cần khả năng tản nhiệt, dẫn nhiệt hoặc chống cháy không? Có cần khả năng tiếp xúc với dung môi hóa học không?v.v.

03 Yêu cầu về thể lực

Phân tích các đặc tính vật lý cần thiết của chi tiết dựa trên mục đích sử dụng sản phẩm và môi trường sử dụng. Đối với các chi tiết chịu ứng suất hoặc mài mòn cao, các yếu tố như độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn là rất quan trọng; đối với các chi tiết tiếp xúc với nhiệt độ cao trong thời gian dài, cần có độ ổn định nhiệt tốt.

04 Yêu cầu về hình thức và xử lý bề mặt

Sự chấp nhận của thị trường đối với sản phẩm phụ thuộc phần lớn vào hình thức bên ngoài; màu sắc và độ trong suốt của các vật liệu khác nhau là khác nhau, độ hoàn thiện và phương pháp xử lý bề mặt tương ứng cũng khác nhau. Do đó, cần lựa chọn vật liệu gia công dựa trên các yêu cầu thẩm mỹ của sản phẩm.

05. Các yếu tố cần xem xét về hiệu năng xử lý

Tính chất gia công của vật liệu sẽ ảnh hưởng đến quy trình sản xuất và độ chính xác của chi tiết. Ví dụ, mặc dù thép không gỉ có khả năng chống gỉ và ăn mòn, nhưng độ cứng của nó cao, dễ làm mòn dụng cụ trong quá trình gia công, dẫn đến chi phí gia công rất cao, và nó không phải là vật liệu tốt để gia công. Nhựa có độ cứng thấp, nhưng dễ bị mềm và biến dạng trong quá trình nung nóng, và độ ổn định kém, cần phải lựa chọn theo nhu cầu thực tế.

Vì yêu cầu ứng dụng thực tế của sản phẩm bao gồm nhiều thành phần, nên có thể có nhiều vật liệu đáp ứng được yêu cầu ứng dụng đó; hoặc trường hợp lựa chọn tối ưu cho các yêu cầu ứng dụng khác nhau tương ứng với các vật liệu khác nhau; chúng ta có thể có nhiều vật liệu đáp ứng được các yêu cầu cụ thể của mình. Do đó, một khi các đặc tính vật liệu mong muốn đã được xác định rõ ràng, bước lựa chọn còn lại là tìm kiếm vật liệu phù hợp nhất với các đặc tính đó.

Việc lựa chọn vật liệu tiềm năng bắt đầu bằng việc xem xét dữ liệu về tính chất vật liệu. Tất nhiên, không thể nghiên cứu hàng nghìn vật liệu ứng dụng, và cũng không cần thiết phải làm như vậy. Chúng ta có thể bắt đầu từ loại vật liệu, và trước tiên quyết định xem cần vật liệu kim loại, vật liệu phi kim loại hay vật liệu composite. Sau đó, dựa trên kết quả phân tích trước đó, tương ứng với đặc tính vật liệu, sẽ thu hẹp phạm vi lựa chọn vật liệu tiềm năng. Cuối cùng, thông tin về chi phí vật liệu được sử dụng để lựa chọn vật liệu phù hợp nhất cho sản phẩm từ một số vật liệu tiềm năng.

Hiện nay, Honscn đã lựa chọn và đưa vào sử dụng một số loại vật liệu phù hợp cho quá trình gia công, và chúng được khách hàng ưa chuộng.

Vật liệu kim loại là những vật liệu có các đặc tính như độ bóng, độ dẻo, khả năng dẫn nhiệt và truyền nhiệt tốt. Hiệu suất của chúng chủ yếu được chia thành bốn khía cạnh, đó là: tính chất cơ học, tính chất hóa học, tính chất vật lý và tính chất gia công. Những tính chất này quyết định phạm vi ứng dụng của vật liệu và tính hợp lý của việc ứng dụng, đây là một yếu tố tham khảo quan trọng để chúng ta lựa chọn vật liệu kim loại. Sau đây sẽ giới thiệu hai loại vật liệu kim loại, hợp kim nhôm và hợp kim đồng, có tính chất cơ học và đặc điểm gia công khác nhau.

Trên thế giới có hơn 1000 loại hợp kim nhôm được đăng ký, mỗi loại có tên thương hiệu và ý nghĩa khác nhau, các loại hợp kim nhôm khác nhau có sự khác biệt rõ rệt về độ cứng, độ bền, khả năng gia công, khả năng trang trí, khả năng chống ăn mòn, khả năng hàn và các tính chất cơ học và hóa học khác, mỗi loại đều có ưu điểm và nhược điểm riêng.

độ cứng

Độ cứng đề cập đến khả năng chống trầy xước hoặc vết lõm. Nó có mối quan hệ trực tiếp với thành phần hóa học của hợp kim, và các trạng thái khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến độ cứng của nhôm. Độ cứng ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ cắt và loại vật liệu dụng cụ có thể được sử dụng trong gia công CNC.

Theo thứ tự độ cứng cao nhất có thể đạt được, là: dòng 7 > dòng 2 > dòng 6 > dòng 5 > dòng 3 > dòng 1.

cường độ

Độ bền đề cập đến khả năng chống biến dạng và gãy vỡ, các chỉ số thường được sử dụng bao gồm giới hạn chảy, độ bền kéo, v.v.

Đây là một yếu tố quan trọng cần được xem xét trong thiết kế sản phẩm, đặc biệt khi các bộ phận hợp kim nhôm được sử dụng làm các chi tiết kết cấu, cần lựa chọn loại hợp kim phù hợp dựa trên áp suất chịu lực.

Có mối quan hệ thuận giữa độ cứng và độ bền: độ bền của nhôm nguyên chất là thấp nhất, còn độ bền của hợp kim xử lý nhiệt thuộc dòng 2 và dòng 7 là cao nhất.

Tỉ trọng

Mật độ là khối lượng trên một đơn vị thể tích và thường được sử dụng để tính trọng lượng của vật liệu.

Mật độ là một yếu tố quan trọng đối với nhiều ứng dụng khác nhau. Tùy thuộc vào ứng dụng, mật độ của nhôm sẽ ảnh hưởng đáng kể đến cách sử dụng nó. Ví dụ, nhôm nhẹ, độ bền cao rất lý tưởng cho các ứng dụng xây dựng và công nghiệp.

Khối lượng riêng của nhôm khoảng 2700 kg/m³, và giá trị khối lượng riêng của các loại hợp kim nhôm khác nhau không thay đổi nhiều.

Khả năng chống ăn mòn

Khả năng chống ăn mòn đề cập đến khả năng chống lại sự ăn mòn khi tiếp xúc với các chất khác. Nó bao gồm khả năng chống ăn mòn hóa học, khả năng chống ăn mòn điện hóa, khả năng chống ăn mòn do ứng suất và các đặc tính khác.

Nguyên tắc lựa chọn vật liệu chống ăn mòn cần dựa trên điều kiện sử dụng; hợp kim cường độ cao được sử dụng trong môi trường ăn mòn thì phải sử dụng nhiều loại vật liệu composite chống ăn mòn khác nhau.

Nhìn chung, khả năng chống ăn mòn của nhôm nguyên chất loại 1 là tốt nhất, loại 5 có hiệu suất tốt, tiếp theo là loại 3 và 6, còn loại 2 và 7 thì kém.

khả năng xử lý

Khả năng gia công bao gồm khả năng tạo hình và khả năng gia công cơ khí. Vì khả năng tạo hình liên quan đến trạng thái vật liệu, sau khi lựa chọn mác hợp kim nhôm, cần phải xem xét cả phạm vi độ bền của từng trạng thái; thông thường, vật liệu có độ bền cao sẽ khó tạo hình.

Nếu nhôm cần được uốn, kéo, dập sâu và các quy trình tạo hình khác, khả năng tạo hình của vật liệu đã được ủ hoàn toàn là tốt nhất, ngược lại, khả năng tạo hình của vật liệu đã qua xử lý nhiệt là kém nhất.

Khả năng gia công của hợp kim nhôm có mối quan hệ mật thiết với thành phần hợp kim; thông thường, hợp kim nhôm có độ bền cao hơn sẽ có khả năng gia công tốt hơn, ngược lại, hợp kim có độ bền thấp sẽ có khả năng gia công kém hơn.

Đối với khuôn mẫu, các bộ phận cơ khí và các sản phẩm khác cần gia công, khả năng gia công của hợp kim nhôm là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

Đặc tính hàn và uốn

Hầu hết các hợp kim nhôm đều có thể hàn được mà không gặp vấn đề gì. Đặc biệt, một số hợp kim nhôm dòng 5 được thiết kế đặc biệt để phù hợp với việc hàn; nói một cách tương đối, một số hợp kim nhôm dòng 2 và dòng 7 khó hàn hơn.

Ngoài ra, hợp kim nhôm серии 5 cũng là loại hợp kim nhôm thích hợp nhất để uốn cong.

Thuộc tính trang trí

Khi nhôm được sử dụng trong trang trí hoặc một số dịp đặc biệt, bề mặt của nó cần được xử lý để đạt được màu sắc và cấu trúc bề mặt phù hợp. Tình huống này đòi hỏi chúng ta phải tập trung vào các đặc tính trang trí của vật liệu.

Các phương pháp xử lý bề mặt nhôm bao gồm anot hóa và phun phủ. Nhìn chung, các vật liệu có khả năng chống ăn mòn tốt thường có đặc tính xử lý bề mặt tuyệt vời.

Các đặc điểm khác

Ngoài những đặc tính nêu trên, còn có tính dẫn điện, khả năng chống mài mòn, khả năng chịu nhiệt và các đặc tính khác mà chúng ta cần xem xét kỹ hơn khi lựa chọn vật liệu.

Orichalcum

Đồng thau là hợp kim của đồng và kẽm. Có thể thu được đồng thau với các tính chất cơ học khác nhau bằng cách thay đổi hàm lượng kẽm trong đồng thau. Hàm lượng kẽm trong đồng thau càng cao thì độ bền càng cao và độ dẻo càng thấp.

Hàm lượng kẽm trong đồng thau được sử dụng trong công nghiệp không vượt quá 45%, và hàm lượng kẽm cao sẽ làm cho hợp kim trở nên giòn và làm giảm hiệu năng. Việc thêm 1% thiếc vào đồng thau có thể cải thiện đáng kể khả năng chống ăn mòn của đồng thau với nước biển và môi trường biển, vì vậy nó được gọi là "đồng thau hải quân".

Thiếc có thể cải thiện khả năng gia công của đồng thau. Đồng thau pha chì thường được gọi là đồng tiêu chuẩn quốc gia dễ gia công. Mục đích chính của việc thêm chì là để cải thiện khả năng gia công và khả năng chống mài mòn, và chì có rất ít ảnh hưởng đến độ bền của đồng thau. Đồng chạm khắc cũng là một loại đồng thau pha chì.

Hầu hết các loại đồng thau đều có màu sắc tốt, dễ gia công, dẻo dai và dễ mạ điện hoặc sơn.

Đồng đỏ

Đồng nguyên chất, còn được gọi là đồng đỏ, có khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, tính dẻo tuyệt vời, dễ gia công bằng phương pháp ép nóng và ép nguội, có thể được chế tạo thành tấm, thanh, ống, dây, dải, lá và các sản phẩm đồng khác.

Rất nhiều sản phẩm đòi hỏi khả năng dẫn điện tốt, chẳng hạn như đồng bị ăn mòn điện hóa và thanh dẫn điện dùng trong sản xuất máy EDM, các dụng cụ từ tính và các dụng cụ phải chịu được nhiễu từ, như la bàn và dụng cụ hàng không.

Dù sử dụng loại vật liệu nào, về cơ bản một mô hình duy nhất không thể đáp ứng đồng thời tất cả các yêu cầu về hiệu năng của sản phẩm, và điều đó cũng không cần thiết. Chúng ta nên ưu tiên các hiệu năng khác nhau dựa trên yêu cầu về hiệu năng của sản phẩm, môi trường sử dụng, quy trình gia công và các yếu tố khác, lựa chọn vật liệu hợp lý và kiểm soát chi phí hợp lý trên cơ sở đảm bảo hiệu năng.

Bắt đầu từ phần cứng, nhưng không chỉ dừng lại ở phần cứng. Honscn cam kết cung cấp dịch vụ trọn gói cho chuỗi ngành công nghiệp sản xuất ốc vít/gia công CNC.