راهنمای انتخاب مواد برای قطعات CNC

مواد

زمانی که شما در حال نمونه‌سازی یا ساخت یک قطعه برای یک پروژه هستید، انتخاب مواد ساخت بسیار مهم است. استفاده از مواد مختلف و یا حتی موادی از یک خانواده باعث نتایج مختلف در عملکرد محصول می‌شود.

بنابراین بهتر است قبل از طراحی، نیاز‌های پروژه را شناسایی کنیم. این که باید تحت تنش بالایی باشد یا قیمت مساله‌ی مهمی است، انتخاب مواد ساخت را تحت الشعاع قرار می‌دهد.

در این مقاله، فبری نکست سعی دارد برای انتخاب مواد صحیح برای ساخت قطعات به روش ماشین‌کاری با دستگاه CNC به راهنمایی شما بپردازد.

چه موادی در ماشین‌کاری با دستگاه CNC استفاده می‌شوند؟

  • آلیاژ‌های آلومینیوم
  • استیل ضد زنگ
  • فولاد
  • پلاستیک
  • فلزات نرم

هریک از این مواد دارای ویژگی‌های مختلفی هستند که هر کدام به چند زیرگروه تقسیم می‌شوند:

آلیاژهای آلومینیوم

  • آلومینیوم ۷۰۰۰ ایرانی

تجربه‌ی فبری نکست نشان می‌دهد بیشتر قطعاتی که تحت تنش بالایی نیستند از این مواد استقاده می‌کنند. این آلومینیوم از خانواده ۷۰۰۰ نیست و در بازار ایران به این اسم آلومینیوم ۷۰۰۰ اراک یا تهران شناخته می‌شود که آلومینیوم ۷۰۰۰ اراک دارای کیفیت بهتری است. به طور معمول اگر نیازمندی طراحی قیمت پایین است، آلومینیوم ۷۰۰۰ انتخاب مناسبی است.

  • آلومینیوم ۶۰۶۱ T6

این آلیاژ آلومینیوم، یک آلیاژ همه منظوره است. ماشینکاری عالی و قابل جوشپذیری از ویژگی‌های بارز آن است. عناصر این آلیاژ منیزیم و سیلیکون هستند. آلیاژ ۶۰۶۲ آلومینیوم برای ساخت اتصالات الکتریکی، پیستون، ترمز و قاب دوچرخه استفاده می‌شود.

  • آلومینوم ۶۵۱T 7075

افزودن زینک، منیزیم و مس به این آلیاژ سختی بالایی داده است. از ویژگی‌های بارز این آلیاژ، قابلیت شکل‌پذیری و پایداری بالا است. این آلیاژ برای محیط‌های مرطوب پیشنهاد نمی‌شود چرا که در برابر خوردگی مقاومت کمی دارد. مصارف آن در صنایع نظامی، هوافضا، غذایی، خودرو و صنایع پیشرفته است.

استیل ضد زنگ

  • استیل ۳۰۴

آلیاژ آستنیتی که از ۱۸% کروم و ۸% نیکل تشکیل شده است. کروم خاصیت ضد زنگی و نیکل خاصیت ارتجاعی آن را افزایش می‌دهد. فولاد ضدزنگ ۳۰۴ دارای شکل‌پذیری عالی و با مقاومت در برابر خوردگی بالایی است. کاربرد آن در صنایع و کاربردهای بسیار متنوعی مانند صنایع غدایی است، همچنین در تولید قطعات ماشین‌آلات، ابزارآلات، معماری و هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • استیل ۳۱۶L

آلیاژ آستنیتی متشکل از کروم، نیکل و مولیبدن در درصدهای بالاتر از فولاد ضد زنگ ۳۰۴ است. درصد بالاتر به این آلیاژ، مقاومت بیشتری در برابر خوردگی توسط اسیدها در دما و غلظت بالا می‌دهد.

فولاد

  • فولاد MO40 (1.7225 یا AISI 4140)

این ماده دارای استحکام، چقرمگی، سختی پذیری خوب و مقاومت مناسبی است. به طور گسترده‌ای در ساخت ماشین‌آلات، محورها، شفت دنده، چرخ و پایه استفاده می‌شود، همچنین برای تولید قالب‌های پلاستیکی بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • فولاد CK35 (1.1181 یا AISI 1035)

درصد کمتری از عنصر کربن نسبت به فولاد CK45 دارد و به همین دلیل استحکام کششی، تنش تسلیم و سختی کمتری نسبت به آن دارد. این فولاد دارای کاربردهایی نظیر قطعات موتور خودرو، قطعات ماشین‌سازی و اجزا سازه‌ای فولادی با درجه خلوص بالا است.

  • فولاد CK45 ( 1.1191 یا AISI 1045)

فولادی با استحکام کششی متوسط و استحکام فشاری و مقاومت به ضربه‌ی مناسبی است. این فلز در صورتی که نورد گرم یا عملیات حرارتی نرمالایز شده باشد قابلیت جوشکاری مناسبی دارد. یکی از نقاط ضعف این ماده قابلیت سختکاری کم آن است.

  • فولاد CK60 (1.1221 یا AISI 1060)

خواص سختی پذیری، استحکام کششی و تنش تسلیم بیشتری نسبت به CK45 دارد. استفاده از عنصر سیلیسیم در این فولاد قابلیت ارتجاعی آن را در عملیات حرارتی افزایش می‌دهد به همین علت این فلز برای کاربردهای نظیر استفاده در سندان، چکش، پیچ و مهره و … مناسب است.

  • فولاد CK75 (1.1248 یا AISI 1078)

دارای خواص الاستیسیته بیشتری نسبت به CK60 است. به همین علت نام دیگر این فولادها، فولاد فنر نیز می‌باشد. این فولاد کاربردهایی نظیر ساخت فنر دارد. از جمله نقاط ضعف این فولاد خطر ترک خوردگی و قابلیت جوشکاری پایین آن است.

  • فولاد St37 (1.0037)

فولادی نرم و کم کربن بوده و جز فولادهای ساختمانی دسته بندی می­‌شود. این فولاد خواص جوشکاری، برشکاری و شکل پذیری بسیار خوبی دارد. این فلز به صورت تیرآهن، میلگرد و ورق موجود است. کاربرد عمده این فلز، ساخت اسکلت و سازه فلزی می­باشد. همچنین در ورقکاری لوازم خانگی نظیر یخچال، لباسشویی و… عموما از این فولاد استفاده می­‌شود.

  • فولاد St52 (1.0570)

نسبت به St37 دارای استحکام بیشتری است و مقاومت آن در برابر خمش و پیچش بیشتر است. همچنین مشابه با گرید قبلی در انواع مختلف ورق، تیرآهن و میلگرد در دسترس است. برخی از خواص بارز این فولاد قابلیت ماشین‌کاری و پرس‌کاری خوب و خواص ارتجاعی عالی آن است. همانند گرید قبل، عمده کاربرد این فولاد در اجزا سازه‌ای است.

  • فولاد ۱۵۰VCN (1.6582 یا AISI 4340)

فولادی با استحکام بالا است. همچنین از ویژگی­های بارز این فولاد حفظ استحکام و چقرمگی در دماهای بالاتر است. این فولاد کاربردهایی نظیر ساخت چرخ‌دنده، شفت و اجزا سازه‌ای دارد.

  • فولاد ۲۰۰VCN (1.6580)

مقاومت کششی و استحکام بیشتر و درصد کربن کمتری نسبت به فولاد VCN150 دارد. از جمله کاربردهای این فولاد، اجزا تحت تنش بالا با مقاطع بزرگ در صنایع هوایی و خودرویی و مهندسی نظیر پروانه کشتی و هواپیما، چرخ‌دنده، میل‌لنگ و اجزا جعبه دنده است.

  • فولاد SPK(K100) (1.2080 یا AISI D3)

میزان کربن بالایی دارد که این امر سبب بروز خواصی چون مقاومت بالا در برابر سایش و سختی بالا در این فولاد می­‌شود. این فولاد کاربردهایی نظیر ساخت تیغه‌های برش، ابزار خان کشی، قالب‌های پانچ و برش با فشار بالا، ابزار رزوه‌زنی و دنده‌زنی، غلت‌ک­های شکل‌دهی، قالب‌های کشش و نورد سرد دارد.

  • فولاد H13 (1.2344)

از جمله فولادهای گرم‌کار و پرکاربرد است. این فولاد مقاومت به سایش و سختی بالایی داشته و خواص مکانیکی خود را در دماهای بالاتر حفظ می­‌نماید. از جمله کاربردهای این فولاد در ساخت قطعات صنعت اولتراسونیک است. همچنین کاربردهایی نظیر ساخت قالب­‌های اکستروژن و ریخته‌گری تحت فشار دارد.

پلاستیک

  • تفلون PTFE

تفلون دارای نقطه ذوب بسیار بالا، ضریب اصطکاک کم و بی‌اثر شیمیایی است، این ویژگی تفلون، آن را از اکثر پلاستیک‌های مهندسی متمایز می‌کند. این ویژگی‌های غیرمعمول باعث شده است که پوشش‌های تفلون نقش شناخته شده‌ای در ظروف نچسب و کاربردهایی در صنایع غذایی، آشامیدنی، پتروشیمی، پزشکی و قطعات الکتریکی داشته باشند. همچنین به دلیل ترکیبات شیمیایی فلوروپلیمری تفلون، در برابر خوردگی بسیار مقاوم است. ماشین‌کاری تفلون به دلیل استحکام کم و نرمی نسبی آن نسبتاً آسان است؛ اگرچه ممکن است دستیابی به تلرانس و دقت بالا غیرقابل دست‌یابی باشد.

  • ABS

پلاستیک ABS به دلیل قیمت کم، قابلیت ماشین‌کاری و خواص مکانیکی استثنایی در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده می‌شود. ABS ابزارخوری، چقرمگی، استحکام و ویژگی‌های جذب ضربه قابل توجهی را نشان می‌دهد. ABS یک ماده‌ی مقرون به صرفه برای ماشین‌کاری به شکل‌های سفارشی بدون نیاز به ابزار‌های گران قیمت است، به ویژه برای نمونه‌های اولیه، جیگ‌ها و فیکسچرها و تولید در تعداد کم پیشنهاد مناسبی است. ABS دارای ثبات ابعادی خوب و مقاومت ضربه‌ای عالی است و به راحتی ماشین‌کاری می‌شود. این ویژگی، ABS را برای کاربردهایی که نیاز به قطعات کم هزینه و سایش سخت مانند محفظه دارند ایده آل می‌کند.

فلزات نرم

  • برنج ۵۸OT

این فلز بسیار نرم است و بدون آب‌صابون یا خنک‌کاری قابل ماشین‌کاری است. همچنین در دمای اتاق بسیار کاربردی است، بنابراین اغلب در کاربردهایی که به استحکام بالایی نیاز ندارند استفاده می‌شود. انواع مختلفی از برنج وجود دارد که تا حد زیادی به مقدار فلز روی بستگی دارد. با افزایش روی، احتمال خوردگی بیشتر می‌شود.

  • مس ۱۰۱C

یکی دیگر از فلزات نرم که دارای خواص عالی از جمله شکل‌پذیری، چکش‌خواری و مقاومت در برابر خوردگی است. این فلز گرما و الکتریسیته را به طور موثر هدایت می‌کند. مس یک رسانای الکتریکی قوی است. بیشتر کاربرد آن بر به دلیل خاصیت رسانندگی الکتریکی و حرارتی است.

  • برنز ۱۲CuSn

نسبت به سایر فلزات سختی کمتری دارد و کار کردن با آن آسان‌تر است. ویژگی اصلی آن خاصیت تجمع گرمای کمتر است که باعث عدم ایجاد جرقه هنگام ماشین‌کاری می‌شود. به همین دلیل برای قطعات ماشین‌آلاتی که در تماس با عناصر انفجاری یا گازهای قابل اشتعال هستند، استفاده می‌شود. همچنین در برابر فشارهای قوی مقاوم است و به همین دلیل از آن برای یاتاقان‌ها، بوش‌ها، چرخ‌ها یا چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

روند انتخاب صحیح مواد برای ماشین‌کاری CNC

برای روشن شدن مفهوم نیاز عملکردی یک پروژه، می‌توانیم مقایسه‌ای بین مواد انتخاب شده برای ماشین‌کاری CNC و یک کفش ورزشی داشته باشیم. هر ورزشی کفش مخصوص به خود را دارد؛ به همین دلیل است که نمی‌توان با کفش‌های فوتبال از کوه بالا رفت، در مهندسی مکانیک هم همین اتفاق می‌افتد. برای شناسایی موادی که برای ساخت قطعه‌ی خود نیاز داریم، مهم است که در مورد خواص فنی، شیمیایی و مکانیکی آن شناخت داشته باشیم.

هنگامی که نیازهای شیمیایی، فنی و مکانیکی پروژه خود را شناسایی کردیم، آماده هستیم تا مناسب‌ترین مواد را برای ساخت انتخاب کنم و از این میان، نسبت هزینه و اثربخشی را ملاک قرار می‌دهیم.

برای شناسایی نیاز‌ها بهتر است سوالات زیر پرسیده شود:

  • قطعه به چه ویژگی هایی نیاز دارد؟
  • آیا قطعه به موادی نیاز دارد تا دمای خاصی را تحمل کند؟
  • آیا نیاز به مقاومت در برابر خوردگی دارد؟
  • آیا وزن نهایی قطعه مهم است؟
  • به چه نیازهای فنی (جوشکاری، سنگ و . . .) نیاز دارد؟
  • به چه نیازهای مکانیکی (سختی، آبکاری و . . .) نیاز دارد؟
  • آیا باید رسانای (الکتریسیته یا حرارت) باشد؟

داشتن پاسخ روشن برای هر یک از این سؤالات به ما این امکان را می‌دهد که بهترین مواد را با توجه به شاخص‌های زیر شناسایی کنیم:

  • وزن و چگالی
  • مقاومت در برابر خوردگی
  • ویژگی‌های مکانیکی
  • خواص فنی
  • شکل زیبا و چشم‌نواز
  • هزینه

قوانینی برای انتخاب دقیق مواد برای ماشین‌کاری CNC

در پایان، متوجه می‌شویم که بهترین ماده به صورت مطلق وجود ندارد؛ هر پروژه‌ای نیاز به انتخاب صحیح مواد با توجه به شناخت نیاز‌ها دارد.

کارشناسان فبری نکست برای انتخاب بهترین مواد برای ماشین‌کاری دستگاه CNC، قوانین زیر را توصیه می‌کنند:

  • شناسایی نیازهای مکانیکی، شیمیایی و فنی مورد نیاز پروژه؛
  • شناسایی موادی که ویژگی‌های مورد نیاز را برآورده می‌کنند؛
  • ساخت نمونه اولیه کاربردی و انجام آزمایش لازم برای تایید فرضیه‌های طراحی برای بهبود و بهینه‌سازی طرح.

اگر هنوز در انتخاب مواد شک دارید، نگران نباشید. انتخاب متریال یکی از مهم‌ترین مراحل طراحی است. تیم کارشناسان فبری نکست به صورت رایگان شما را در انتخاب مواد صحیح راهنمایی خواهند کرد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.