Top zachte metalen ideaal voor CNC-bewerking: Een praktische gids

Naturel harde metalen zoals wolfram en chroom zijn redelijk zeldzaam in de productie-industrie. Feitelijk zijn de meeste metalen natuurlijk zacht, relatief gesproken, maar gemaakt sterk genoeg voor productie door legeringen toe te voegen of het materiaal te buigen, rekken, of hameren.

Zachte, non-ferrode (ijzerloze) metalen kunnen gemakkelijk gesneden en bewerkt worden, met slechts een minimaal bedrag aan na-proces warmtebehandeling vereist. De meest voorkomende zachte metalen voor CNC-bewerking zijn koperlegeringen, en veelvoorkomende toepassingen zijn juwelierij, platen, en elektrische geleiders. Aluminium vult vaak een vergelijkbare rol in CNC-bewerking als deze zachte metalen, maar aluminium is wijd genoeg gebruikt om een eigen gesprek te rechtvaardigen.

Zachte metalen zijn compatibel met een aantal productieprocessen, maar ingenieurs en productteams creëren vaak onderdelen met zachte metalen via CNC-bewerking. Hier is alles wat productteams moeten weten over bewerken met koper, brons, en messing, de top drie zachte metalen op de markt vandaag.

1. Koper

Koper C101 is ook uniek vanwege de antimicrobiële eigenschappen — testen uitgevoerd door de Environmental Protection Agency vonden dat 355 koperlegeringen, inclusief C101, meer dan 99,9% van bacteriën binnen twee uur na contact doodden.

Om die reden is koper veelvuldig te vinden in hoog-contactpunten in de medische industrie zoals bedrelingen, wasbakken, kraanen, en toilethardware. Andere populaire toepassingen zijn elektrische draden, elektromagneten, en printplaten in de halfgeleiderindustrie.

Hoewel koper corrosiebestendig is in de meeste mariene en industriële omgevingen, kan het gecorrodeerd worden door halogenen, sulfiden, en ammoniak-gebaseerde oplossingen. Ook is C101 met name vatbaar voor waterstofversproning bij verhoogde temperaturen door het hoge zuurstofgehalte.

Mechanische specificaties:

• Uitreksterkte: 310-380 MPa
• Elasticiteitsmodulus: 125 – 135 GPa
• Rek bij breuk: 6-25%
• Hardheid: 27 HV
• Thermische geleiding: 390 – 398 W/(m⋅°C)

2. Messing

Bijvoorbeeld, een messinglegering die 32-39% zink bevat, heeft waarschijnlijk goede warmbewerkingsmogelijkheden maar slechte koudebewerkingsmogelijkheden. Ingenieurs en productteams zouden de zinkgehalte van een messinglegering moeten noteren voordat ze een definitieve beslissing nemen.

Veel productteams werken met 360 Messing omdat het goede treksterkte en natuurlijke corrosieweerstand heeft. Bovendien is dit materiaal hoog bewerkbaar, lasbaar, en zal geen onnodige slijtage aan de CNC-machine veroorzaken.

Echter, dit materiaal heeft wel nadelen. Wanneer messing in contact komt met ammoniak of ammoniak-gebaseerde oplossingen, wordt het vatbaar voor spanningscorrosierissing. In de meeste gevallen kan deze beperking opgelost worden door aanbranden tijdens na-verwerking. Vanuit financieel oogpunt is messing een van de duurdere zachte metalen.

360 messing is ideaal voor laagwrijvingstoepassingen en wordt veel gebruikt om muziekinstrumenten, slotenonderdelen, en tandwielen te maken. Aangezien messing een zo sterke gelijkenis met goud draagt, heeft het ook een breed scala aan puur ornamentale toepassingen.

Mechanische specificaties:

• Uitreksterkte: 140 MPa
• Rek bij breuk: 23%
• Hardheid: Rockwell B35
• Dichtheid: 0,307 lbs / cu. in.
• Maximale temperatuur: 1650°F

3. Brons

Net als messing, zijn bronslegeringen samengesteld uit een koperbasis gecombineerd met andere legeringen. Tin is onder de meest voorkomende toevoegingen. De mechanische en fysieke eigenschappen van brons veranderen wanneer fosfor, aluminium, mangaan, silicium, en andere materialen worden toegevoegd, wat ingenieurs en ontwerpers in gedachten moeten houden.

642 brons is duktil, bestendig tegen corrosie, klemming, en vermoeidheid, en heeft de hoogste bewerkbaarheid van alle messing- en bronslegeringen. Ook overstijgt brons koper wat betreft sterkte en corrosieweerstand. Veelvoorkomende toepassingen voor bronslegeringen zijn muziekinstrumenten, medailles, mariene toepassingen, en industriële toepassingen zoals vliegtuigbussingen waar een laagwrijvingsmetaal vereist is. Helaas is brons duur om mee te werken door het hoge kopergehalte.

Mechanische specificaties:

• Treksterkte: 517-621 MPa
• Elasticiteitsmodulus: 16.000 ksi
• Elasticiteitsmodulus (schuif): 6.000 ksi
• Dichtheid: 0,278 lb/in³ bij 68 °F
• Elektrische geleiding: 8% IACS bij 68 °F

Het juiste materiaal selecteren voor de klus

Zachte metalen bieden veel voordelige eigenschappen aan CNC-bewerkte onderdelen. Ze zijn over het algemeen gemakkelijk te bewerken, natureel corrosiebestendig, en goed geschikt voor een breed scala aan toepassingen over diverse industrieën. Met messing en brons in het bijzonder, zouden ingenieurs en productteams zeker moeten zijn om de legeringsinhoud van deze zachte metalen te dubbelchecken, aangezien het toevoegen van additionele elementen zeker de mechanische en fysieke eigenschappen van het eindonderdeel zal beïnvloeden.

Voor ingenieurs en productteams is het kiezen van het best geschikte materiaal voor een gegeven project een van de belangrijkste beslissingen die ze tijdens het ontwikkelingsproces moeten nemen. Productteams moeten hun zorgvuldigheidsplicht nakomen om ervoor te zorgen dat ze hun gewenste resultaten bereiken, en een expert productie- en ontwerppartner zoals Fast Radius kan helpen.

Fast Radius is een one-stop-shop voor productie-innovatie. Ons ervaren team kan ingenieurs en productteams helpen ervoor te zorgen dat hun materiaalkeuze aan alle cruciale eisen voldoet — tegen een prijspunt en tijdlijn die hen past. Laten we samen nieuwe dingen mogelijk maken. Neem vandaag nog contact met ons op.

Blijf op de hoogte voor de volgende aflevering in de CNC-materiaalfamilieserie! Tussenzeitelijk kunt u de andere materiaalselectiegidsen voor processen zoals injectiegieten en 3D-printen bekijken in het Fast Radius kenniscentrum.