وقتی نوبت به طراحی محصول و ماشین‌کاری کنترل عددی کامپیوتری (CNC) می‌رسد، طیف وسیعی از مواد مهندسی را برای پروژه طراحی محصول خود می‌توانید انتخاب کنید، از جمله فلزات، پلاستیک‌ها و کامپوزیت‌ها.
اما در بین تمام این مواد مهندسی، فلزات بیشترین استفاده را در بسیاری از صنایع دارند. در سال‌های اخیر ماشین‌کاری فلزات بسیار افزایش‌یافته است. در واقع، اندازه بازار جهانی ماشین‌کاری فلزات تنها در سال 2017، 6.17 میلیارد دلار ارزش داشت و در یک دوره پیش‌بینی 2020 تا 2027 بیش از 5.9 درصد رشد خواهد کرد.
در این مقاله، برخی از فلزات مختلف موجود برای ماشین‌کاری را موردبحث قرار خواهیم داد. در اینجا پنج مورد از فلزاتی که اغلب ماشین‌کاری می‌شوند و آلیاژهای قابل ماشین‌کاری آنها آورده شده است.
فولاد
در ماشین‌کاری فلزات یکی از متداول‌ترین فلزات مورداستفاده برای ماشین‌کاری CNC دقیق، فولاد است. فولاد آلیاژی است حاوی آهن و کربن (تا ۲ درصد) و انواع عناصر دیگر در مقادیر مختلف.
به‌عنوان‌مثال، فولاد کربنی AISI 1018 معمولاً حاوی 0.15٪ – 0.20٪ کربن، 0.05٪ گوگرد و 0.04٪ فسفر است. فولاد AISI 1215 حاوی 0.09٪ کربن، 0.04٪ – 0.09٪ فسفر، 0.75٪ – 1.05٪ منگنز و 0.35٪ گوگرد است. بااین‌وجود، بیشتر آلیاژهای فولادی خواص مکانیکی و ماشین‌کاری خوبی دارند.
بااین‌حال، یک نکته قابل‌توجه است: فولاد بسیار مستعد خوردگی است، بنابراین اگر قطعه ماشین‌کاری شده شما در یک محیط مرطوب استفاده شود، ممکن است بهترین انتخاب فلزی شما فولاد نباشد.
آلومینیوم
مانند فولاد، آلومینیوم نیز در صنایع مختلف یکی از رایج‌ترین گزینه‌ها در ماشین‌کاری فلزات است و از اهمیت بالایی برخوردار است. اما چیزی که واقعاً آلومینیوم را متمایز می‌کند، ماهیت سبک‌وزن و خاصیت مقاومت در برابر خوردگی آن است.
آلومینیوم معمولاً 2.5 برابر کمتر از فولاد چگالی دارد و در طی عملیات ماشین‌کاری CNC کمتر ترک می‌خورد. آلومینیوم همچنین لایه‌ای از اکسید (اکسید آلومینیوم) را تشکیل می‌دهد که برای محافظت از فلز در برابر اکسیژن (عنصر اصلی که باعث اثر اکسیداتیو خوردگی می‌شود) عمل می‌کند.
یکی از چالش‌های اصلی آلومینیوم این است که هنگام برش یا ماشین‌کاری، ذوب می‌شود. این در درجه اول به دلیل دمای ذوب پایین آلومینیوم است که باعث می‌شود لبه برش ابزارهای برش آن را ذوب کند.
برنج
برنج یک آلیاژ فلزی حاوی مس و روی است. این فلز به دلیل پایداری، سختی متوسط، استحکام بالا، و مهم‌تر از آن، ماشین‌کاری خوب شناخته شده است. در واقع، آلیاژهای برنج؛ مانند اکثر فلزات نرم مورداستفاده در ماشین‌کاری فلزات باعث سایش و پارگی بیش از حد در ماشین‌های CNC نمی‌شوند.
بااین‌حال، یک چالش اصلی که ممکن است با برنج تجربه کنید، حساسیت آن به ترک‌خوردگی ناشی از تنش است، به‌ویژه هنگامی که با آمونیاک یا محلول‌های مبتنی بر آمونیاک در تماس باشد. برای رفع این محدودیت، باید قطعه کار را تحت عملیات حرارتی مانند بازپخت در طی عملیات پس از پردازش قرار دهید.
آلیاژهای برنج برای سخت‌افزارهای الکترونیکی و کنتاکت‌ها، چرخ‌دنده‌ها و اجزای قفل مناسب هستند. سطح عالی آن نیز آن را برای طیف وسیعی از کاربردهای زینتی ایده‌آل می‌کند.
مس
مس همچنین یکی از پرکاربردترین فلزات برای ماشین‌کاری در طیف وسیعی از صنایع است. مس علاوه بر اینکه یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین فلزات امروزی است، قابلیت ماشین‌کاری عالی، پوشش سطحی خوب و رسانایی الکتریکی و حرارتی خوبی دارد.
یکی دیگر از ویژگی‌های مهم مس، توانایی آن در مبارزه با باکتری‌ها است. نتایج آزمایش‌های انجام‌شده توسط آژانس حفاظت از محیط‌زیست ایالات متحده نشان می‌دهد که آلیاژهای مس (که حداقل 60 درصد مس دارند) 99.9 درصد از باکتری‌ها را در عرض دو ساعت از تماس می‌کشند. این امر مس را برای ساخت اجزای مورداستفاده در صنعت پزشکی مانند ریل تخت، شیر آب و سینک ایده‌آل می‌کند.
صنایع الکترونیک و نیمه‌هادی‌ها نیز به قطعات مسی CNC ماشین‌کاری شده برای آهنرباهای الکتریکی و بردهای مدار متکی هستند. تنها چالش اصلی آلیاژهای مس، حساسیت آنها به خوردگی در مواجهه با سولفیدها، هالوژن‌ها و محلول‌های مبتنی بر آمونیاک است.
تیتانیوم
اگرچه تیتانیوم دارای نسبت استحکام به وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و شیمیایی و استحکام بالا است، اما در ماشین‌کاری فلزات کار با آن بسیار چالش‌برانگیز است. این مشکل در درجه اول به دلیل هدایت حرارتی ضعیف تیتانیوم است.
در طول ماشین‌کاری فلزات، گرما در ناحیه کار به دام می‌افتد و باعث واکنش‌های متالورژیکی می‌شود که باعث ایجاد صمغ می‌شود و بر عملکرد برش شدیدتر از فلزات دیگر مانند فولاد ضدزنگ و چدن تأثیر می‌گذارد.
در اینجا چند نکته مهم برای ماشین‌کاری تیتانیوم و آلیاژهای آن آورده شده است:
- هنگام ماشین‌کاری تیتانیوم از مایع خنک‌کننده با فشار بالا استفاده کنید تا از چسبیدن قطعه کار تیتانیوم به ابزار برش جلوگیری شود.
- اطمینان حاصل کنید که تجهیزات دستگاه چسبندگی محکمی روی قطعه کار تیتانیوم دارند؛ زیرا آلیاژهای تیتانیوم نسبت به سایر مواد فلزی معمولی سفت‌تر هستند.
- تراشه‌ها را دراسرع‌وقت حذف کنید.
- برای ساخت قطعات از ماشین‌های فرز چند محوره CNC پیشرفته استفاده کنید.
با طیف گسترده‌ای از گزینه‌های فلزی که در اختیار دارید، پیداکردن فلز مناسب برای پروژه طراحی محصول می‌تواند بسیار دشوار باشد.
همان‌طور که ما همیشه به مشتریان خود می‌گوییم، هیچ فلز کاملی برای پروژه تولید شما وجود ندارد: انتخاب صحیح به عوامل زیادی از جمله سختی، استحکام کششی، مقاومت در برابر خوردگی، ماشین‌کاری، پرداخت سطح و هزینه و سایر موارد بستگی دارد.