Expertgids voor het selecteren van materialen voor CNC-bewerking

Overwegingen bij materiaalkeuze

Hoe worden de onderdelen gebruikt?

Sinds CNC-bewerking al jaren wordt ontwikkeld, zijn ook de CNC-machineonderdelen verder geëvolueerd. Vergelijkbare materialen kunnen in meerdere producten worden gebruikt en leiden tot verschillende functies. Worden de onderdelen gebruikt in medische apparatuur, auto's, luchtvaart, machines of industriële productie?

Neem isolatie als voorbeeld: het materiaal dat wordt gebruikt om een ademanalyser te isoleren, kan verschillen van het materiaal dat isolatie biedt in een camera. Ze dienen allebei hetzelfde doel, maar kunnen niet op dezelfde manier of met hetzelfde resultaat worden gebruikt. Als u onderdelen buitenshuis of in een vochtige omgeving gebruikt, kies dan voor roestvrij staal in plaats van koolstofstaal om roestvorming te voorkomen.

Spanning en belasting

Hoge spanningsbelasting kan ervoor zorgen dat sommige materialen vervormen of zelfs scheuren. Bij het kiezen van het materiaal voor het onderdeel moet u rekening houden met de spanning. Onderdelen die aan hoge spanning worden blootgesteld, moeten worden bewerkt met componenten die weerstand bieden tegen de belasting en vervorming voorkomen. Als uw onderdeel aan hoge spanning wordt blootgesteld, vereist het materiaal de nodige elementen om de belasting te weerstaan en vervorming te voorkomen.

Dimensietolerantie

Onder schat nooit het belang van dimensietoleranties. Het speelt niet alleen een rol bij materiaalkeuze; het beïnvloedt ook onderdelen en montage, snijmethoden, en het gebruik van gereedschappen en machines. De dimensietolerantie beïnvloedt het effect van het hele proces en de rendementen.

U moet de vereiste toleranties van het onderdeel kennen. Als u een oud ontwerp of schets gebruikt en de eerdere methoden wilt volgen, is het raadzaam om opnieuw te controleren of de toleranties passend zijn. Typfouten kunnen makkelijk in documenten verschijnen. Zelfs als de informatie correct is, kunt u geld besparen door de toleranties te herbeoordelen als deze kunnen worden vereenvoudigd zonder dat het onderdeel zijn functie verliest. Strenge toleranties zijn meestal duurder.

Standaard dimensietoleranties worden standaard gebruikt, maar als u de tolerantie niet specificeert of ontdekt dat het getal onjuist is, zult u uiteindelijk ongeschikte onderdelen bestellen. Het duurt meer tijd om ze te herdimensioneren of opnieuw te bestellen, en op de lange termijn kan deze eenvoudige initiële stap u geld besparen.

Als u niet zeker weet wat de exacte toleranties zijn die u nodig hebt, maak dan geen gegunde gokken, maar laat een professioneel CNC-bewerkingsbedrijf u helpen.

Bedrijfstemperatuur

Bij het selecteren van een materiaal moet het smeltpunt van het materiaal lager zijn dan de werkingtemperatuur van het proces. Daarnaast moet worden overwogen of er fluctuaties zijn in de bedrijfstemperatuur, en het materiaal moet de temperatuur zonder vervorming, vervorming of afbraak in de loop van de tijd kunnen weerstaan.

Hoewel sommige duurzamere materialen zijn gemaakt om deze veranderingen te weerstaan, zullen veel materialen na verloop van tijd tekenen van vervorming, zwelling en/of scheuring vertonen. Extreme temperaturen kunnen ook negatief de duurzaamheid van bepaalde materialen beïnvloeden.

Wanneer u materialen CNC-bewerkt, is het ook belangrijk om deze informatie te begrijpen, zodat u kunt zorgen dat de temperatuur die ontstaat bij het snijden en vormgeven van het onderdeel deze niet vervormt. Het vastleggen van een verband tussen de bedrijfstemperatuur en de gebruikte materialen is cruciaal voor succesvol ontwerp en productie.

Gewicht en spanningscapaciteit

Het gewicht van het bewerkte materiaal hangt af van hoe het onderdeel wordt gebruikt. Zware materialen kunnen veel druk opnemen. Voor projecten die extreme belastbaarheid en hoge spanningsbelasting vereisen, moeten zware materialen worden overwogen. Maar ze zijn niet geschikt voor gewichtsgevoelige items.

Lichte materialen zijn populair in gewichtsgevoelige projecten. Ze zijn duurzaam, kunnen veel spanning opnemen, maar zijn duurder. Lichte materialen zijn ideaal voor veel producten, maar als kosten een belangrijke factor zijn, zijn ze misschien niet de beste keuze.

Het kiezen tussen zware en lichte materialen is slechts een voorbeeld van welke kenmerken het belangrijkst zijn voor CNC-onderdelen. Op deze manier kunt u de elementen specificeren die cruciaal zijn voor uw onderdeel om goed te functioneren, materialen die niet aan deze normen voldoen uitsluiten, en vervolgens kosten vergelijken.

Totale kosten en bewerkbaarheid van materialen

De duurste materialen zijn meestal hoogsterkte, lichtgewichts materialen. Bij het kiezen van bewerkingsmaterialen helpen veel factoren bij de beslissing. Om het meest compatibele materiaal te vinden, prioriteer de eigenschappen die het belangrijkst zijn voor het eindonderdeel. Kies materialen die voldoen aan de sterktecurve, temperatuurlimieten en montagevereisten. Sluit materialen uit die niet aan deze eisen voldoen, vergelijk materiaalkosten, en kies dan.

Over het algemeen geldt: hoe meer materiaal in het onderdeel wordt gebruikt, des te hoger de kosten. Ook speciale materialen en extreem sterke materialen (zoals titanium) kosten meer.

Op zoek naar een bedrijf dat een gratis offerte aanbiedt en geen minimum bestelhoeveelheid heeft, helpt u de kosten te verlagen. Zodra alle bereiken zijn ingeperkt, kunnen meer kosteneffectieve materialen worden gebruikt om aan de meeste van uw behoeften te voldoen.

Richtlijnen voor materiaalkeuze

SANS kan honderden metalen, legeringen en kunststoffen bewerken, evenals andere aangepaste materialen op verzoek. Hieronder bespreken we de populairste materialen en hun eigenschappen.

Metalen

Eén van de meest voorkomende materialensoorten bij CNC-frezen is metaal, met een breed scala aan opties. Laten we een overzicht bekijken van de bekendste opties en de meest geschikte toepassingen voor elk metaal. Afhankelijk van de grootte en geometrie van het onderdeel, kan de materiaalkost een groot deel van de totale prijs van het onderdeel uitmaken.

Aluminium

Aluminium is waarschijnlijk het meest gebruikte materiaal voor CNC-frezen en is een uitstekende keuze voor mechanische onderdelen en exterieuronderdelen. In vergelijking met andere metalen kan aluminium doorgaans sneller worden bewerkt, wat het de meest economische methode maakt. Onderdelen van aluminium vormen een beschermende laag wanneer ze aan de omgeving worden blootgesteld, wat resulteert in extra sterkte en corrosieweerstand. Gezien deze hoogwaardige materiaaleigenschappen is CNC-gefreest aluminium zeer geschikt voor gebruik in de auto-industrie, luchtvaart, gezondheidszorg en consumentenelektronica. Specifieke toepassingen omvatten vliegtuigaccessoires, elektronische behuizingen, medische apparatuur, tandwielen en assen.

Aluminium 6061

Dit is de meest gebruikte algemeen toepasbare aluminiumlegering met een goede sterkte-gewichtsverhouding en uitstekende bewerkbaarheid. Dit is de meest voorkomende algemeen toepasbare aluminiumkwaliteit, meestal gebruikt voor autonderdelen, fietsframes, sportartikelen, RC-frames, enz.

De belangrijkste legeringselementen zijn magnesium, silicium en ijzer. Net als andere aluminiumlegeringen heeft het een goede sterkte-gewichtsverhouding en is het van nature bestendig tegen atmosferische corrosie. Een van de nadelen van 6061 is de slechte corrosieweerstand bij blootstelling aan zeewater of andere chemicaliën. In meer eisende toepassingen is het niet zo sterk als andere aluminiumlegeringen.

De samenstelling en materiaaleigenschappen van aluminium 6082 zijn vergelijkbaar met 6061. In Europa wordt het vaker gebruikt omdat het voldoet aan Britse standaarden.

Aluminium 7075

7075 is een high-end aluminiumproduct. Het is voornamelijk gelegerd met zink. Het is een van de sterkste aluminiumlegeringen. Het is een ideale keuze voor high-end recreatieve apparatuur en auto- en luchtvaartframes. Omdat aluminium 7075 voor staal uitstekende vermoeidheidseigenschappen heeft en warmtebehandeld kan worden om hoge sterkte en hardheid te bereiken, is het essentieel om gewicht te reduceren. Het moet echter worden vermeden als laswerken vereist is.

Aluminium 5083

Aluminium 5083 heeft een hogere sterkte en uitstekende zeewaterbestendigheid dan de meeste andere aluminiumlegeringen, daarom wordt het vaak gebruikt in de bouw en maritieme toepassingen. Dit is ook een uitstekende keuze voor lassen.

Meer kennis over aluminiumonderdelen vindt u in Alles over CNC-aluminiumbewerking.

Roestvrij staal

Roestvrij staal legeringen hebben hoge sterkte, hoge duktiliteit, uitstekende slijtvaste en corrosievaste eigenschappen, en zijn gemakkelijk te lassen, bewerken en polijsten. Afhankelijk van hun samenstelling kunnen ze (voornamelijk) niet-magnetisch of magnetisch zijn.

Er zijn veel soorten roestvrij staal. Het heet roestvrij staal omdat het chroom bevat dat helpt oxidatie (roest) te voorkomen. Omdat alle roestvrij staal er hetzelfde uitziet, is het noodzakelijk om moderne meetapparatuur (zoals OES-detector) te gebruiken om de binnenkomende grondstoffen met extreme zorg te testen om de eigenschappen van het gebruikte staal te bevestigen.

Roestvrij staal 303

Bij 303 wordt ook zwavel toegevoegd. Deze zwavel zorgt ervoor dat 303 het makkelijkst te bewerken roestvrij staal is, maar het verlaagt ook de corrosieweerstand in zekere mate.

303 is geen goede keuze voor koudvormen (buigen), noch kan het warmtebehandeld worden. De aanwezigheid van zwavel betekent ook dat het niet ideaal is voor lassen. Het heeft wel uitstekende bewerkbaarheid, maar u moet letten op de snelheid/voeding en de scherpte van het snijgereedschap.

303 wordt meestal gebruikt voor roestvrije moeren en bouten, fittingen, assen en tandwielen. Het mag echter niet worden gebruikt voor mariene accessoires.

Roestvrij staal 304

Dit is de meest voorkomende roestvrij staal legering met uitstekende mechanische eigenschappen en goede bewerkbaarheid. Het weerstaat de meeste omgevingsomstandigheden en corrosieve media.

Dit is de meest voorkomende vorm van roestvrij staal die in diverse consumenten- en industriële producten wordt gevonden. Meestal aangeduid als 18/8, wat verwijst naar de toevoeging van 18% chroom en 8% nikkel aan de legering, de meest voorkomende vorm van roestvrij staal.

304 is erg hard, niet-magnetisch, gemakkelijk te bewerken en meestal corrosievaste, waardoor het zeer geschikt is voor keukenaccessoires, opslagtanks en buizen die in de industrie, bouw en auto-industrie worden gebruikt.

304 is gemakkelijk te bewerken, maar in tegenstelling tot 303 kan het worden gelast. Het is ook meer bestendig tegen corrosie in de meeste normale (niet-chemische) omgevingen. Voor bewerkers: gebruik erg scherpe snijgereedschappen voor bewerking en laat het niet besmetten door andere metalen.

Roestvrij staal 316

Dit is een andere veelvoorkomende roestvrij staal legering met mechanische eigenschappen vergelijkbaar met 304. Meestal wordt het beschouwd als marien graad roestvrij staal, zacht en gemakkelijk te lassen. Het materiaal is zeer bestendig tegen corrosie, en voor zoutoplossingen (zoals zeewater) is het zeer geschikt voor bouw, scheepsfittingen, industriële buizen en auto-toepassingen.

Roestvrij staal 2205

Roestvrij staal 2205 duplex roestvrij staal is de sterkste roestvrij staal legering (tweemaal zo sterk als andere gewone roestvrij staal legeringen) en heeft uitstekende corrosieweerstand. Het wordt gebruikt in harde omgevingen en heeft veel toepassingen in de olie- en gasindustrie.

17-4 Roestvrij staal

De mechanische eigenschappen van 17-4 roestvrij staal (SAE 630 graad) zijn vergelijkbaar met die van 304. Het kan tot een hoge mate worden uitgehard (in vergelijking met gereedschapsstaal) en heeft uitstekende chemische weerstand, waardoor het geschikt is voor zeer hoogwaardige toepassingen, zoals de productie van turbinenschaufels.

Gereedschapsstalen

Gereedschapsstalen zijn metaallegeringen met uitzonderlijk hoge hardheid, stijfheid, slijtvaste en thermische weerstand. Ze worden gebruikt om productiegereedschappen te maken (vandaar de naam), zoals stempels, stempels en vormstukken. Om hun goede mechanische eigenschappen te bereiken, moeten ze een warmtebehandeling ondergaan.

Gereedschapsstaal D2 is een slijtvaste legering die zijn hardheid behoudt tot een temperatuur van 425°C. D2 staal is een luchtgeharderd, hoog-koolstof, hoog-chroom gereedschapsstaal met hoge slijtvasteheid. Het kan warmtebehandeld worden en heeft een sterke hardheidsbereik. D2 staal is een ideale keuze voor het maken van onderdelen en producten die gemakkelijk gebogen moeten worden maar gebogen moeten blijven.

Gereedschapsstaal A2 is een luchtgeharderd algemeen gereedschapsstaal met goede zwaarte en uitstekende dimensionele stabiliteit bij verhoogde temperaturen. Het wordt veel gebruikt voor het maken van injectiegietvormen.

Gereedschapsstaal O1 is een oliegeharderde legering met een hoge hardheid van 65 HRC. Wordt veel gebruikt voor messen en snijgereedschappen.

Zachte stalen

Ook bekend als laagkoolstofstalen en hebben goede mechanische eigenschappen, uitstekende bewerkbaarheid, en goede lasbaarheid. Vanwege hun lage kosten vinden ze algemeen toepassing, waaronder de productie van machineonderdelen, hulpmiddelen en vastzetapparaten. Zachte stalen zijn vatbaar voor corrosie en aanval door chemicaliën. Veelvoorkomend gebruikt zijn:

Zacht staal 1018

Zacht staal 1018 is een algemeen toepasbare legering met goede bewerkbaarheid en lasbaarheid, evenals uitstekende zwaarte, sterkte en hardheid. Het is de meest gebruikte laagkoolstofstaal legering.

Koolstofstaal 1045

Dit zachte materiaal is laagkoolstofstaal, geen roestvrij staal, wat meestal goedkoper is dan roestvrij staal, maar hogere sterkte heeft. Het materiaal kan geharderd en warmtebehandeld worden om het gemakkelijk te bewerken en te lassen. Het wordt meest gebruikt in industriële toepassingen en mechanische onderdelen die hoge zwaarte en sterkte vereisen, zoals moeren en bouten, tandwielen, assen en koppelstangen. Het wordt ook in de bouw gebruikt, maar als het aan de omgeving wordt blootgesteld, ondergaat het meestal een oppervlaktebehandeling om roest te voorkomen.

Zacht staal A36

Laagkoolstofstaal A36 is een veelvoorkomend constructiestaal met goede lasbaarheid. Het is geschikt voor diverse industriële en bouwtoepassingen.

Magnesium AZ31

Een legering van aluminium en zink, magnesium AZ31 heeft een gewichtsreductie van 35% ten opzichte van aluminium, maar de sterkte is hoger. Dit materiaal is echter doorgaans duurder en wordt vaak gebruikt voor vliegtuigcomponenten. Het materiaal is gemakkelijk te bewerken, maar heeft brandbare eigenschappen.

Magnesium is gemakkelijk te bewerken, maar ontbrandt heel gemakkelijk, vooral in poedervorm, dus het moet met vloeibare smeermiddelen worden bewerkt. Magnesium kan geanodiseerd worden om de corrosieweerstand te verbeteren. Het is ook een zeer stabiel constructiemateriaal en een uitstekende keuze voor drukgieterijen.

Vanwege het lichte gewicht en de hoge sterkte wordt het ook vaak gebruikt voor laptopbehuizingen, elektrische gereedschappen, camera's en andere huishoudelijke toepassingen.

Titanium

Titanium is bekend om zijn hoge sterkte, lichte gewicht, zwaarte en corrosieweerstand. Het kan worden gelast, gepassiveerd en geanodiseerd voor verbeterde bescherming en uiterlijk. Titanium heeft een slecht polijstresultaat en is een slechte elektrische geleider, maar een goede thermische geleider. Dit is een materiaal dat moeilijk te bewerken is, en alleen professionele gereedschappen kunnen worden gebruikt.

Dit materiaal is meestal duurder dan andere metalen. Het is rijk in de aardkorst, maar moeilijk te raffineren. Het wordt meest gebruikt in militaire, luchtvaart, industriële en biomedische toepassingen.

Messing

Messing wordt erkend als een van de eenvoudigste en meest kosteneffectieve materialen bij CNC-frezen. Het is een legering van koper en zink, stabiel maar niet sterk genoeg. Veelvoorkomende toepassingen omvatten medische apparatuur, consumentenproducten, en elektrische hardware en contacten. Omdat messing ook een lage wrijvingscoëfficiënt en hoge corrosieweerstand heeft, worden ze ook gebruikt in de techniek, sanitaire installaties, stoomtechniek, en zelfs muziekinstrumenten. Vanwege het zachte materiaal en de gemakkelijke bewerkbaarheidseigenschappen, wordt het gebruikt in sanitair, huissierwerk en muziekinstrumenten.

Met goede bewerkbaarheid en uitstekende geleiding, is het zeer geschikt voor toepassingen die lage wrijving vereisen. Het wordt ook vaak in de bouw gebruikt om een gouden uiterlijk met een esthetische uitstraling te produceren. Messing C36000 is een materiaal met hoge trekkracht en natuurlijke corrosieweerstand. Het is een van de makkelijkst te bewerken materialen, dus het wordt meestal gebruikt voor hoge-volume toepassingen.

Koper

Als het gaat om CNC-freesmaterialen, bieden weinig metalen de elektrische geleidbaarheid van koper. Hoge corrosieweerstand helpt dit materiaal roest te weerstaan, terwijl thermische geleidingseigenschappen het vormproces gemakkelijker maken tijdens CNC-bewerking. Vaak gebruikt in de auto-industrie, toepassingen omvatten koelsystemen en warmtewisselaars, evenals diverse technische toepassingen zoals kleppen en radiatoren. Het is echter belangrijk te weten dat koper zwak is tegen bepaalde chemicaliën, zoals zuren, halogenen, sulfiden en ammoniakoplossingen.

Kunststoffen

Naast metalen zijn de CNC-bewerkingsservices met hoge precisie van SANS ook compatibel met diverse kunststoffen. Hieronder staan enkele van de meest gebruikte kunststoffen voor CNC-freestechnologie.

ABS

ABS is een van de meest voorkomende thermoplastische materialen, met goede mechanische eigenschappen, uitstekende slootsterkte, hoge hittebestendigheid en goede bewerkbaarheid.

ABS heeft een lage dichtheid, waardoor het zeer geschikt is voor lichtgewicht toepassingen. CNC-gefreeste ABS-onderdelen worden meestal gebruikt als prototypes vóór massaproductie via injectiegieten.

Nylon

Nylon, ook bekend als polyamide (PA), is een soort thermoplast. Vanwege de uitstekende mechanische eigenschappen, goede slootsterkte, hoge chemische weerstand en slijtvasteheid, en ook matige vlamwering, wordt het veel gebruikt voor isolatoren, lagers, en kortdurende producten die voor injectiegieten worden gebruikt. Het nadeel is dat het gemakkelijk water en vocht absorbeert.

POM

POM heet ook Delrin. Het is een thermoplast voor technische toepassingen en heeft de hoogste bewerkbaarheid onder kunststoffen.

POM (Delrin) is meestal de beste keuze voor CNC-bewerking van kunststofonderdelen die hoge precisie, hoge stijfheid, lage wrijving, uitstekende dimensionele stabiliteit bij hoge temperaturen, en extreem lage waterabsorptie vereisen.

PTFE

PTFE, algemeen bekend als polyteetrafluoroetheen (Teflon), is een thermoplast voor technische toepassingen met uitstekende chemische en hittebestendigheid en de laagste wrijvingscoëfficiënt van elk bekende vast stof. Het is een uitstekende elektrische isolator. Het heeft echter zuivere mechanische eigenschappen en wordt vaak gebruikt als voering of insert in componenten.

HDPE

Polyetheen met hoge dichtheid (HDPE) is een thermoplast met hoge sterkte-gewichtsverhouding, hoge slootsterkte en goede weerbestendigheid.

HDPE is een lichtgewicht thermoplast, geschikt voor buitengebruik en pijpleidingstransport. Net als ABS, wordt het vaak gebruikt om prototypes te maken vóór injectiegieten.

PEEK

PEEK is een high-performance thermoplast voor technische toepassingen met uitstekende mechanische eigenschappen, thermische stabiliteit over een brede temperatuurbereik, en uitstekende weerstand tegen de meeste chemicaliën.

PEEK wordt vaak gebruikt om metalen onderdelen te vervangen vanwege de hoge sterkte-gewichtsverhouding. Medische kwaliteiten zijn ook beschikbaar, waardoor PEEK ook geschikt is voor biomedische toepassingen.