Υλικά που δεν μπορούν να υποστούν επεξεργασία με CNC και γιατί

Η κατεργασία με CNC βασίζεται στην ακριβή, επαναλαμβανόμενη αφαίρεση υλικού χρησιμοποιώντας ελεγχόμενα εργαλεία κοπής. Ενώ ένα ευρύ φάσμα μετάλλων, πλαστικών και σύνθετων υλικών μπορεί να υποβληθεί σε κατεργασία με CNC, ορισμένα υλικά είναι κακοί υποψήφιοι ή ουσιαστικά αδύνατο να κατεργαστούν με συμβατική φρεζάρισμα ή τόρνευση με CNC. Η κατανόηση του γιατί ορισμένα υλικά δεν μπορούν να υποβληθούν σε κατεργασία με CNC είναι ζωτικής σημασίας για τον σχεδιασμό, την επιλογή υλικών και τον προγραμματισμό των διαδικασιών.

Τι σημαίνει τεχνικά όταν ένα υλικό «δεν μπορεί να υποστεί κατεργασία με CNC»

Το «δεν μπορεί να υποστεί κατεργασία με CNC» μπορεί να σημαίνει πολλά διαφορετικά αλλά σχετικά πράγματα:

• Το εργαλείο δεν μπορεί να κόψει αποτελεσματικά το υλικό (υπερβολική φθορά, αστοχία στις άκρες, μη σχηματισμός θραυσμάτων).
• Το υλικό αποικοδομείται φυσικά ή χημικά υπό συνθήκες κατεργασίας (τήξη, καύση, ρωγμές, μουτζούρες, αποκόλληση).
• Η ακρίβεια διαστάσεων και η ποιότητα της επιφάνειας δεν μπορούν να επιτευχθούν με αξιοπιστία.
• Η διαδικασία καθίσταται ασύμφορη ή μη ασφαλής σε σύγκριση με εναλλακτικές μεθόδους.

Στην πράξη, ορισμένα υλικά είναι εντελώς ασύμβατα με την συμβατική κοπή CNC, ενώ άλλα είναι τεχνικά κατεργάσιμα αλλά μόνο υπό εξαιρετικά περιορισμένες ή εξειδικευμένες συνθήκες, καθιστώντας τα μη πρακτικά για κανονική χρήση. Εργαστήρια CNC.

Βασικοί φυσικοί και χημικοί παράγοντες που περιορίζουν την κατεργασιμότητα CNC

Είτε ένα το υλικό μπορεί να κατεργαστεί με CNC εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις φυσικές και χημικές του ιδιότητες και τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν με τη μηχανική κοπής.

μηχανικές Ιδιότητες

Οι κρίσιμες μηχανικές ιδιότητες περιλαμβάνουν τη σκληρότητα, την αντοχή, την ανθεκτικότητα, την ολκιμότητα και την τριβή.

Θερμικές ιδιότητες

Η κοπή παράγει θερμότητα στο εργαλείο και στο τεμάχιο εργασίας. Οι θερμικές ιδιότητες που περιορίζουν την κατεργασιμότητα περιλαμβάνουν:

• Χαμηλή θερμοκρασία τήξης (μαλάκυνση ή τήξη στην ακμή κοπής).
• Υψηλή θερμική διαστολή (αστάθεια διαστάσεων υπό εντοπισμένη θέρμανση).
• Πολύ χαμηλή θερμική αγωγιμότητα (συγκεντρώνεται η θερμότητα στη ζώνη κοπής, καταστρέφοντας το εργαλείο και την επιφάνεια).

Τα μαλακά θερμοπλαστικά με θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης κοντά στη θερμοκρασία δωματίου ή τα κράματα χαμηλού σημείου τήξης είναι ιδιαίτερα ευαίσθητα σε αυτό το φαινόμενο.

Χημική αντιδραστικότητα και σταθερότητα φάσης

Η χημική συμπεριφορά μπορεί να καταστήσει τα υλικά ασύμβατα με τα τυπικά υγρά κοπής CNC ή την κατεργασία με αέρα:

• Αυθόρμητη ανάφλεξη ή επικίνδυνες αντιδράσεις σε μορφή θραυσμάτων.
• Διάβρωση ή ευθραυστότητα παρουσία ψυκτικού υγρού.
• Μετασχηματισμοί φάσης (π.χ., αποσύνθεση κεραμικών σε υψηλή θερμοκρασία) που αλλοιώνουν τις ιδιότητες κατά την κατεργασία.

Ορισμένα αντιδραστικά μέταλλα, εκρηκτικά και χημικά ασταθή υλικά εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία.

Μικροδομή και Εσωτερική Αρχιτεκτονική

Μικροδομικά χαρακτηριστικά όπως το μέγεθος των κόκκων, το πορώδες, ο προσανατολισμός των ινών, η συγκόλληση των στρώσεων και οι εσωτερικές τάσεις επηρεάζουν τον σχηματισμό θραυσμάτων και την ακεραιότητα της επιφάνειας. Ένα υλικό μπορεί να είναι ανθεκτικό σε όγκο, αλλά να μην είναι κατάλληλο για κατεργασία CNC εάν η δομή του αποκολλάται, θρυμματίζεται ή σχίζεται υπό τοπικές δυνάμεις κοπής. Πολλοί αφροί, εύθραυστα σύνθετα υλικά και υλικά σε στρώσεις αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα.

Ευρείες κατηγορίες υλικών που δεν μπορούν να υποστούν αποτελεσματική κατεργασία με CNC

Υλικά ασύμβατα με κατεργασία CNC γενικά εμπίπτουν σε επικαλυπτόμενες κατηγορίες: εξαιρετικά μαλακά, εξαιρετικά σκληρά, εξαιρετικά εύθραυστα, εξαιρετικά ελαστικά, χημικά επικίνδυνα και δομικά ασταθή κατά την κοπή. Παρακάτω παρατίθενται οι κατηγορίες που έχουν ως αποτέλεσμα τα υλικά να θεωρούνται συνήθως μη μηχανικά στο πλαίσιο μιας CNC.

Εξαιρετικά μαλακά και χαμηλής τήξης υλικά

Τα πολύ μαλακά υλικά παραμορφώνονται αντί να κόβονται. Τα εργαλεία τα διαπερνούν, προκαλώντας μουτζούρες, σχισίματα και διαστατικές ανακρίβειες. Εάν το σημείο τήξης είναι χαμηλό, το υλικό μπορεί να λιώσει λόγω της θερμότητας τριβής στην κοπτική άκρη.

Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Πολύ μαλακά θερμοπλαστικά (π.χ. TPU χαμηλής σκληρότητας, ορισμένες κόλλες θερμής τήξης).
• Κηροί και ορισμένα εύτηκτα κράματα χαμηλής τήξης.
• Μαλακά τρόφιμα χωρίς εξαρτήματα και εξειδικευμένα εργαλεία.

Βασικοί μηχανισμοί που εμποδίζουν την ορθή κατεργασία CNC:

1. Ροή πλαστικού αντί για σχηματισμό τσιπς
Κάτω από ένα ορισμένο όριο σκληρότητας και ορίου διαρροής, το υλικό ρέει πλαστικά γύρω από την κοπτική ακμή αντί να θρυμματίζεται σε θραύσματα. Αυτό οδηγεί σε:

• Σχηματισμός έντονων γρεζιών.
• Λείψιμο επιφάνειας αντί για κόψιμο.
• Κακή επαναληψιμότητα διαστάσεων.

2. Μαλάκωμα και τήξη με θερμότητα
Τα υλικά με θερμοκρασίες τήξης κάτω από περίπου 150–200 °C είναι πολύ ευαίσθητα σε τοπικό μαλάκωμα σε τυπικές ταχύτητες κοπής. Η συνεχής επαφή με ένα περιστρεφόμενο εργαλείο μπορεί να προκαλέσει τήξη της επιφάνειας, συγκόλληση στο εργαλείο και απότομη φόρτιση του εργαλείου. Αυτό είναι ιδιαίτερα ορατό με ρητίνες και κεριά θερμής τήξης χαμηλής μαλάκυνσης, τα οποία μπορεί να είναι πιο κατάλληλα για χύτευση ή προσθετικές διεργασίες από την κατεργασία CNC.

Εξαιρετικά σκληρά ή λειαντικά υλικά πέρα ​​από τις δυνατότητες των εργαλείων

Στο αντίθετο άκρο, ορισμένα υλικά είναι τόσο σκληρά ή λειαντικά που το συμβατικό καρβίδιο ή ακόμα και πολλά προηγμένα εργαλεία δεν μπορούν να τα κόψουν αποτελεσματικά. Η κοπτική άκρη φθείρεται τόσο γρήγορα που η μηχανική κατεργασία καθίσταται μη πρακτική ή αδύνατη.

Τα υλικά αυτής της κατηγορίας περιλαμβάνουν:

• Πλήρως πυροσυσσωματωμένα κεραμικά εργαλείων και ορισμένα προηγμένα κεραμικά οξειδίων/νιτριδίων.
• Πολυκρυσταλλικό διαμάντι, χύδην υλικά από κυβικό νιτρίδιο του βορίου (PCBN).
• Πλήρως σκληρυμένοι χάλυβες πέραν του εύρους των διαθέσιμων εργαλείων (π.χ., ορισμένοι χάλυβες μήτρας άνω των 65 HRC, ανάλογα με την τεχνολογία εργαλείων).
• Σύνθετα υλικά με υψηλή πλήρωση, λειαντικά (π.χ. βαριά θερμοσκληρυνόμενα υλικά με πλήρωση ορυκτών, ορισμένα σύνθετα υλικά που μοιάζουν με σκυρόδεμα) χωρίς κατάλληλα εξειδικευμένα εργαλεία.

Βασικοί περιορισμοί:

• Υπερβολική φθορά των εργαλείων, που απαιτεί συνεχείς αλλαγές εργαλείων.
• Ανεπαρκής διείσδυση στην κοπτική ακμή (το εργαλείο απλώς τρίβεται και υπερθερμαίνεται).
• Σπάσιμο ή καταστροφικό σπάσιμο των κοπτικών ενθεμάτων.

Σε πολλές περιπτώσεις, τέτοια υλικά διαμορφώνονται με λείανση, κατεργασία με ηλεκτρική εκκένωση (EDM), κοπή με λέιζερ ή άλλες μη συμβατικές διαδικασίες αντί για την παραδοσιακή αφαιρετική φρεζάρισμα ή τόρνευση με CNC.

Εξαιρετικά εύθραυστα υλικά επιρρεπή σε ρωγμές και σπασίματα

Τα εύθραυστα υλικά έχουν χαμηλή αντοχή σε θραύση και μικρή πλαστική παραμόρφωση πριν από τη θραύση. Υπό τις τοπικές δυνάμεις κοπής, τείνουν να θρυμματίζονται, να ραγίζουν ή να θρυμματίζονται αντί να σχηματίζουν ελεγχόμενα θραύσματα. Ακόμα και όταν είναι τεχνικά κατεργάσιμα με πολύ συγκεκριμένες παραμέτρους, η επιφανειακή φθορά μπορεί να είναι απαράδεκτη.

Τυπικά παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Γυαλί και τα περισσότερα υαλοκεραμικά (ελλείψει εξειδικευμένων διατάξεων λείανσης).
• Πολλά τεχνικά κεραμικά (π.χ. αλουμίνα, ζιρκονία, καρβίδιο του πυριτίου) μετά την πυροσυσσωμάτωση.
• Ορισμένοι τύποι λίθων με ισχυρή ανισοτροπία ή εσωτερικές μικρορωγμές.

Κατά την κατεργασία CNC, αυτά τα υλικά μπορούν να εμφανίσουν:

• Η υπεδαφική μικρορωγμάτωση θέτει σε κίνδυνο την αντοχή και την αξιοπιστία.
• Σπάσιμο ακμής και ανεξέλεγκτη θραύση.
• Απρόβλεπτο σπάσιμο, ειδικά σε λεπτά τμήματα.

Ενώ υπάρχουν εξειδικευμένες διαδικασίες CNC που χρησιμοποιούν εργαλεία λείανσης με διαμάντια σε εξειδικευμένα μηχανήματα για τη διαμόρφωση γυαλιού και κεραμικών, αυτό απομακρύνεται από την συμβατική κοπή CNC με διαμόρφωση τσιπ και κατευθύνεται σε διαδικασίες λείανσης, λείανσης και στίλβωσης.

Υψηλής ελαστικότητας, ελαστοειδώς και ιξωδοελαστικά υλικά

Τα υλικά που μοιάζουν με καουτσούκ παρουσιάζουν έναν ακόμη βασικό περιορισμό. Η υψηλή ελαστικότητά τους και η ιξωδοελαστική τους συμπεριφορά σημαίνουν ότι εκτρέπονται μακριά από το εργαλείο κοπής αντί να κόβονται καθαρά.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Φυσικά και συνθετικά καουτσούκ σε ένα ευρύ φάσμα σκληρομετρικών μετρήσεων.
• Ελαστομερή σιλικόνης και πολλές ελαστομερείς σφραγίδες και φλάντζες.
• Μαλακός αφρός πολυουρεθάνης και παρόμοια υλικά απορρόφησης κραδασμών.

Τυπικά προβλήματα κατεργασίας:

• Παραμόρφωση υλικού: το εξάρτημα κάμπτεται και αναπηδά, επομένως το εργαλείο δεν μπορεί να ορίσει μια ακριβή διάσταση.
• Λεκέδες και σχίσιμο: αντί για θραύσματα, το υλικό τεντώνεται και σχίζεται, δημιουργώντας ακανόνιστες άκρες.
• Κακή ποιότητα επιφάνειας: οι κομμένες επιφάνειες εμφανίζονται τραχιές, παραμορφωμένες ή ανομοιόμορφες.

Για αυτά τα υλικά, η κοπή με μήτρα, η κοπή με υδροβολή, η χύτευση ή η επεξεργασία με λέιζερ συχνά αντικαθιστούν την άλεση με CNC ή την τόρνευση για καλύτερο έλεγχο των διαστάσεων και καλύτερη ποιότητα ακμών.

Υψηλής Πορώδους, Εύθρυπτης και Εύθρυπτης Υλικής

Υλικά με υψηλό πορώδες και ασθενή εσωτερική συγκόλληση μπορούν να θρυμματιστούν υπό την επίδραση τοπικών δυνάμεων κοπής. Καθώς το εργαλείο εμπλέκεται, το υλικό μπορεί να αποσυντεθεί αντί να παράγει συνεχή θραύσματα.

Συνήθη παραδείγματα:

• Αφροί χαμηλής πυκνότητας (ειδικά αφροί ανοιχτών κυψελών με εύθραυστα κυτταρικά τοιχώματα).
• Ορισμένοι τύποι αεριζόμενου σκυροδέματος και ελαφριές οικοδομικές πέτρες.
• Υλικά που μοιάζουν με κιμωλία ή είναι συντηγμένα με ανεπαρκή συνοχή.

Τα προβλήματα κατά την κατεργασία CNC περιλαμβάνουν:

• Σύνθλιψη υλικού αντί για κοπή.
• Υπερβολική σκόνη και υπολείμματα αντί για ελεγχόμενα θραύσματα.
• Διαστατική ανακρίβεια λόγω τοπικής κατάρρευσης του υλικού.

Για αφρούς και παρόμοια υποστρώματα, η κοπή με θερμό σύρμα, η κοπή με μήτρα ή η εξειδικευμένη λειαντική υδροβολή μπορεί να παρέχει πιο προβλέψιμα αποτελέσματα από την συμβατική κατεργασία CNC.

Υλικά με ασταθή ή ασθενή εσωτερική σύνδεση

Ορισμένα υλικά έχουν πολυστρωματικές, ελασματοποιημένες ή ασθενώς συνδεδεμένες εσωτερικές δομές που αποκολλώνται, σχίζονται ή ξεφλουδίζουν υπό την επίδραση φορτίων κοπής. Ακόμα κι αν τα βασικά συστατικά τους είναι μηχανικά, η συνδυασμένη δομή μπορεί να μην είναι.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Λαμαρίνια χαμηλής ποιότητας με κακή συγκόλληση μεταξύ των στρώσεων.
• Ορισμένες τυπωμένες δομές με ατελή σύντηξη ενδιάμεσων στρώσεων.
• Ασθενώς στερεοποιημένα σύνθετα υλικά ή πράσινα σώματα πριν από την τελική σκλήρυνση ή πυροσυσσωμάτωση.

Αντιπροσωπευτικά ζητήματα:

• Διαχωρισμός στρώσεων και αποκόλληση κατά μήκος των διαδρομών του εργαλείου.
• Ξέφτιση ακμών και έλξη ινών σε χαλαρά συνδεδεμένα σύνθετα υλικά.
• Απώλεια διαστατικής ακεραιότητας επειδή η δομή διαλύεται κατά την κατεργασία.

Πολλές από αυτές τις δομές πρέπει να σκληρυνθούν πλήρως, να πυροσυσσωματωθούν ή να σταθεροποιηθούν με άλλο τρόπο πριν επιχειρηθεί οποιαδήποτε κατεργασία ακριβείας. Στην περίπτωση ορισμένων ελασμάτων ή κακώς συγκολλημένων στοιβών, ενδέχεται να είναι εντελώς ακατάλληλες για κατεργασία CNC.

Χημικά αντιδραστικά, επικίνδυνα ή ενεργειακά υλικά

Η κατεργασία CNC παράγει θραύσματα, λεπτά σωματίδια και θερμότητα και συνήθως χρησιμοποιεί υγρά κοπής ή πεπιεσμένο αέρα. Ορισμένα υλικά αντιδρούν επικίνδυνα υπό αυτές τις συνθήκες και επομένως είναι ακατάλληλα για την τυπική κατεργασία CNC.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Ενεργειακά υλικά (εκρηκτικά, προωθητικά) που ενδέχεται να εκραγούν ή να αναφλεγούν όταν κοπούν, θερμανθούν ή κρούσουν.
• Υλικά που αντιδρούν βίαια με ψυκτικά μέσα ή έλαια με βάση το νερό (π.χ. ορισμένα αντιδραστικά μέταλλα, ορισμένα μεταλλικά υδρίδια, ορισμένοι ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες).
• Ορισμένα πυροφορικά μέταλλα σε λεπτοδιαμερισμένη μορφή, όπου τα θραύσματα ή η σκόνη μπορούν να αναφλεγούν αυθόρμητα.

Λόγοι για τους οποίους αυτά τα υλικά είναι ουσιαστικά μη επεξεργάσιμα σε τυπικά περιβάλλοντα CNC:

• Αδυναμία ελέγχου του κινδύνου ανάφλεξης από θερμότητα και σπινθήρες.
• Επικίνδυνα υποπροϊόντα κατά την αντίδραση με υγρά κοπής.
• Σοβαροί κίνδυνοι για την υγεία και την ασφάλεια από τοξική ή εκρηκτική σκόνη.

Όταν αυτά τα υλικά πρέπει να διαμορφωθούν, συνήθως υποβάλλονται σε επεξεργασία σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις χρησιμοποιώντας αυστηρά ελεγχόμενες μεθόδους, συχνά πολύ μακριά από τις τυπικές πρακτικές κατεργασίας CNC.

Βιολογικά, υγροσκοπικά και διογκώσιμα υλικά

Ορισμένα υλικά απορροφούν υγρασία, διογκώνονται ή αποικοδομούνται υπό την έκθεση σε υγρά κοπής ή σε περιβαλλοντικές συνθήκες που επικρατούν στην κατεργασία CNC. Αυτό μπορεί να δυσχεράνει ή να καταστήσει αδύνατο τον έλεγχο των διαστάσεων και την ακεραιότητα της επιφάνειας.

Παραδείγματα περιλαμβάνουν:

• Μη σταθεροποιημένοι βιολογικοί ιστοί ή βιοϋλικά που δεν είναι στερεωμένα ή ενθυλακωμένα.
• Υλικά υψηλής υγροσκοπικότητας που διογκώνονται σημαντικά με την υγρασία ή την έκθεση σε υγρά.
• Ορισμένα υδατοδιαλυτά ή ευαίσθητα σε διαλύτες υλικά που ενδέχεται να διαλυθούν ή να παραμορφωθούν σε επαφή με ψυκτικό υγρό.

Προβλήματα που αντιμετωπίστηκαν:

• Αλλαγές διαστάσεων κατά τη διάρκεια ή μετά την κατεργασία λόγω πρόσληψης ή απώλειας υγρασίας.
• Μάλθωση ή διάλυση της επιφάνειας στη διεπιφάνεια κοπής.
• Κίνδυνοι βιολογικής μόλυνσης και απώλεια στειρότητας για ιατρικές εφαρμογές.

Αυτά τα υλικά ενδέχεται να απαιτούν εναλλακτικές τεχνικές διαμόρφωσης, όπως χύτευση, λυοφιλοποίηση με μετεπεξεργασία ή εξειδικευμένες συνθήκες ξηρής κατεργασίας που δεν είναι συνήθως διαθέσιμες.

Συγκεκριμένες κατηγορίες υλικών που θεωρούνται συνήθως μη μηχανικά επεξεργάσιμες

Πέρα από τις ευρείες κατηγορίες, οι ακόλουθες συγκεκριμένες κατηγορίες υλικών συχνά προσδιορίζονται στην πράξη ως ακατάλληλες ή σοβαρά περιορισμένο για κατεργασία CNC.

Ορισμένα θερμοπλαστικά και ελαστομερή

Δεν είναι όλα τα πλαστικά προβληματικά. Πολλά πλαστικά μηχανικής κατεργάζονται καλά. Ωστόσο, ορισμένες κατηγορίες θεωρούνται συνήθως μη μηχανικά κατεργάσιμες ή δύσκολες στην κατεργασία με τυπικές ρυθμίσεις CNC:

• Εξαιρετικά μαλακά θερμοπλαστικά ελαστομερή (TPE και TPU με πολύ χαμηλή σκληρότητα).
• Θερμοπλαστικά με πολύ χαμηλή θερμοκρασία εκτροπής θερμότητας, που οδηγούν σε άμεσο μαλάκωμα κοντά στη ζώνη κοπής.
• Πλαστικά με υψηλή πλήρωση και λειαντικά (π.χ., βαριά ορυκτά ή γεμισμένα με γυαλί σκευάσματα) όταν δεν υπάρχουν διαθέσιμα κατάλληλα εργαλεία.

Βασικές δυσκολίες:

• Ελαστική επαναφορά, που προκαλεί την έξοδο των κατεργασμένων διαστάσεων από τα όρια ανοχής.
• Τήξη και συγκόλληση ρωγμών στα εργαλεία, με αποτέλεσμα το φινίρισμα της επιφάνειας να μην είναι καλό και να απαιτείται συχνός καθαρισμός.
• Υπερβολική φθορά των εργαλείων λόγω σκληρών υλικών πλήρωσης σε ορισμένες ενώσεις.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, ο έλεγχος της θερμοκρασίας, οι εξειδικευμένες γεωμετρίες των εργαλείων και οι πολύ αιχμηρές ακμές κοπής μπορούν να βελτιώσουν τα αποτελέσματα, αλλά η διαδικασία μπορεί να παραμείνει μη πρακτική σε μεγάλη κλίμακα.

Πλήρως συμπυκνωμένη τεχνική κεραμική χωρίς λείανση

Τα τεχνικά κεραμικά όπως η αλουμίνα, η ζιρκονία, το νιτρίδιο του πυριτίου και το καρβίδιο του πυριτίου χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές υψηλής απόδοσης. Μόλις πυροσυσσωματωθούν πλήρως, είναι εξαιρετικά σκληρά και εύθραυστα. Η συμβατική κατεργασία με φρεζάρισμα ή τόρνευση με CNC για τη διαμόρφωση τσιπ με τα τυπικά εργαλεία καρβιδίου συνήθως δεν είναι εφικτή.

Συνήθεις περιορισμοί:

• Σκληρότητα που υπερβαίνει σημαντικά την ικανότητα του εργαλείου καρβιδίου.
• Σοβαρή ευθραυστότητα, που οδηγεί σε ξεφλούδισμα των άκρων και έναρξη ρωγμών υπό τάση επαφής.
• Αναποτελεσματικός σχηματισμός θραυσμάτων, με αποτέλεσμα την επιφανειακή ζημιά και την αστοχία του εργαλείου.

Η κατεργασία τέτοιων κεραμικών βασίζεται γενικά σε λείανση με διαμάντι, κατεργασία με υπερήχους ή πράσινη κατεργασία (διαμόρφωση του υλικού πριν από την πλήρη πυροσυσσωμάτωση) και όχι σε συμβατική κοπή CNC.

Γυαλί και τα περισσότερα υλικά που μοιάζουν με γυαλί

Το γυαλί συνδυάζει υψηλή σκληρότητα, χαμηλή αντοχή σε θραύση και τάση για ρωγμές. Η τυπική φρεζάρισμα και τόρνευση με CNC σπάνια είναι κατάλληλες για τη διαμόρφωση γυαλιού, ειδικά όταν απαιτούνται λεπτά χαρακτηριστικά και ακεραιότητα της επιφάνειας.

Συνήθη αποτελέσματα με συμβατική κατεργασία:

• Τυχαία ρωγμές και θραύση σε λεπτά ή ευαίσθητα τμήματα.
• Εκτεταμένες ρωγμές στις άκρες, που καταστρέφουν τις οπτικές ή τις στεγανοποιητικές επιφάνειες.
• Υποεπιφανειακή ζημιά που δεν είναι ορατή αλλά υποβαθμίζει τη μηχανική αντοχή.

Αντ' αυτού, η επεξεργασία γυαλιού συνήθως χρησιμοποιεί λείανση, στίλβωση, κοπή με λέιζερ ή λειαντική υδροβολή σε ελεγχόμενες διατάξεις.

Αφροί και υλικά υψηλής κυτταρικότητας

Παρόλο που ορισμένοι άκαμπτοι αφροί μπορούν να υποστούν μηχανική κατεργασία χρησιμοποιώντας εξειδικευμένες φρέζες CNC, πολλοί αφροί πολύ χαμηλής πυκνότητας ή υψηλής ελαστικότητας είναι ουσιαστικά μη μηχανικοί με συμβατικά εργαλεία. Η κυψελοειδής δομή καταρρέει, σχίζεται ή λιώνει αντί να κόβεται καθαρά.

Τυπικές παρατηρήσεις περιλαμβάνουν:

• Παραμόρφωση και συμπίεση υπό την πίεση του εργαλείου, που εμποδίζουν τον ακριβή έλεγχο του βάθους.
• Σκίσιμο του κυτταρικού τοιχώματος, με αποτέλεσμα την παραγωγή τραχιών επιφανειών και σκόνης.
• Τοπική τήξη ή σύντηξη σε θερμοπλαστικούς αφρούς, που προκαλεί τραχιές επιφάνειες.

Οι μέθοδοι κοπής με θερμό σύρμα, κοπής με μήτρα και υδροβολής συχνά παρέχουν καλύτερο έλεγχο για τέτοια υλικά.

Ενεργειακά και Πυροφορικά Υλικά

Τα ενεργειακά υλικά (εκρηκτικά, προωθητικά, πυροτεχνήματα) και ορισμένα πυροφορικά μέταλλα δεν μπορούν να υποβληθούν με ασφάλεια σε κατεργασία CNC με συμβατικά εργαλεία κοπής.

Βασικοί λόγοι:

• Η παραγωγή σπινθήρων από την αλληλεπίδραση εργαλείου-τεμαχίου μπορεί να προκαλέσει καύση ή έκρηξη.
• Η συσσώρευση θερμότητας μπορεί να προκαλέσει εξώθερμη αντίδραση σε ενεργητικές ενώσεις.
• Τα λεπτά θραύσματα ή η σκόνη μπορεί να έχουν πολύ χαμηλότερα όρια ανάφλεξης από το χύμα υλικό.

Η επεξεργασία τέτοιων υλικών συχνά περιλαμβάνει χύτευση, συμπίεση, ελεγχόμενη χημική σύνθεση σε σχεδόν καθαρά σχήματα ή εξειδικευμένες χειροκίνητες μεθόδους που δεν προκαλούν σπινθήρες, όχι εξοπλισμό CNC γενικής χρήσης.

Τυπικές δυσκολίες κατά την προσπάθεια κατεργασίας μη συμβατών υλικών

Όταν οι μηχανικοί ή οι μηχανικοί επιχειρούν να χρησιμοποιήσουν CNC κατεργασία υλικών Εκτός του πρακτικού του πεδίου εφαρμογής, προκύπτουν αρκετά επαναλαμβανόμενα ζητήματα.

Διαστατική ανακρίβεια και χαμηλές ανοχές

Τα μαλακά, ελαστικά ή διογκούμενα υλικά σπάνια διατηρούν αυστηρές ανοχές υπό τυπικές δυνάμεις σύσφιξης και κοπής. Το τεμάχιο εργασίας μπορεί να εκτραπεί ή να αλλάξει μέγεθος κατά τη διάρκεια και μετά την κατεργασία. Ως αποτέλεσμα, τα εξαρτήματα μπορεί να βρίσκονται εκτός ανοχής παρά τις προφανώς σωστές διαδρομές εργαλείων και μετατοπίσεις.

Μη αποδεκτό φινίρισμα επιφάνειας και ποιότητα ακμών

Αντί για καθαρές κοπές, τα μη συμβατά υλικά συχνά εμφανίζουν τραχιές ή μουτζουρωμένες επιφάνειες και έντονα γδαρμένες άκρες. Για εφαρμογές όπου η σφράγιση, το ζευγάρωμα, η οπτική απόδοση ή η διάρκεια ζωής σε κόπωση εξαρτώνται από την ποιότητα της επιφάνειας, αυτό από μόνο του μπορεί να καταστήσει μια διαδικασία CNC άχρηστη.

Επιταχυνόμενη φθορά εργαλείων και αστάθεια διεργασίας

Τα λειαντικά ή εξαιρετικά σκληρά υλικά μπορούν να καταστρέψουν τα εργαλεία κοπής πολύ γρήγορα. Οι συχνές αλλαγές εργαλείων, η μεταβλητή φθορά των εργαλείων και η απρόβλεπτη διάρκεια ζωής των εργαλείων δυσχεραίνουν τον έλεγχο της διαδικασίας και αυξάνουν το κόστος. Σε σοβαρές περιπτώσεις, τα εργαλεία ενδέχεται να σπάσουν ή να παρουσιάσουν καταστροφική βλάβη, δημιουργώντας κινδύνους για την ασφάλεια και καταστρέφοντας τους άξονες ή τα εξαρτήματα της μηχανής.

Κίνδυνοι ασφάλειας και μόλυνσης

Ορισμένα υλικά παράγουν επικίνδυνες σκόνες, αναθυμιάσεις ή θραύσματα κατά την κατεργασία. Άλλα ενδέχεται να αντιδράσουν με ψυκτικά μέσα ή να αναφλεγούν. Αυτές οι επιδράσεις μπορεί να υπερβαίνουν τους ελέγχους ασφαλείας των τυπικών συνεργείων CNC, απαιτώντας εξειδικευμένο αερισμό, περιορισμό και σχεδιασμό διεργασιών που υπερβαίνει την τυπική πρακτική.

Πώς να αξιολογήσετε εάν ένα υλικό μπορεί να υποστεί κατεργασία με CNC

Πριν δεσμευτείτε για κατεργασία CNC για ένα νέο υλικό, είναι χρήσιμο να αξιολογήσετε διάφορες τεχνικές πτυχές.

Εξέταση Θεμελιωδών Ιδιοτήτων Υλικών

Βασικά δεδομένα προς εξέταση περιλαμβάνουν:

• Σκληρότητα και αντοχή σε εφελκυσμό (για την εκτίμηση των δυνάμεων κοπής και των απαιτήσεων εργαλείων).
• Αντοχή σε θραύση και επιμήκυνση (για την αξιολόγηση της ευθραυστότητας έναντι της ολκιμότητας).
• Σημείο τήξης, θερμοκρασία υαλώδους μετάπτωσης και θερμοκρασία θερμικής εκτροπής (για την πρόβλεψη μαλάκυνσης ή τήξης).
• Θερμική αγωγιμότητα και διαστολή (για την αξιολόγηση της τοπικής θέρμανσης και των αλλαγών διαστάσεων).
• Χημική σταθερότητα με τον αέρα, το ψυκτικό μέσο και τις αναμενόμενες θερμοκρασίες κοπής.

Όπου τα δεδομένα δείχνουν ακραίες τιμές (πολύ μαλακό, πολύ σκληρό, πολύ εύθραυστο, εξαιρετικά αντιδραστικό), η κατεργασία CNC μπορεί να μην είναι πρακτική ή να απαιτεί εξειδικευμένες δυνατότητες.

Ανάλυση Μικροδομής και Κατασκευής

Για τα σύνθετα υλικά, τα ελάσματα και τους αφρούς, τα χαρακτηριστικά της μικροδομής είναι εξίσου σημαντικά με τις ιδιότητες όγκου. Λάβετε υπόψη:

• Προσανατολισμός ινών, πλαστιμότητα μήτρας και διεπιφανειακή σύνδεση.
• Πορώδες και κυτταρική δομή για αφρούς.
• Ποιότητα και προσανατολισμός συγκόλλησης στρώσεων σε ελασματοποιημένα υλικά.

Η αποκόλληση ή η θρυμματισμός υπό εντοπισμένη φόρτιση αποτελεί ένδειξη ότι το υλικό μπορεί να μην είναι κατάλληλο για συμβατική κατεργασία χωρίς τροποποίηση.

Αξιολόγηση πτυχών ασφάλειας και περιβάλλοντος

Για οποιοδήποτε υλικό με πιθανούς κινδύνους, ελέγξτε:

• Αναφλεξιμότητα και θερμοκρασία ανάφλεξης χύδην υλικού και σκόνης.
• Πιθανές αντιδράσεις με ψυκτικό μέσο ή αέρα σε αυξημένη θερμοκρασία.
• Τοξικότητα από σκόνη, ατμούς ή θραύσματα.

Όπου οι κίνδυνοι δεν μπορούν να μετριαστούν αποτελεσματικά σε μια τυπική υποδομή εργαστηρίου CNC, θα πρέπει να εξεταστούν εναλλακτικές μέθοδοι κατασκευής.

Εναλλακτικές διεργασίες για υλικά ακατάλληλα για κατεργασία με CNC

Όταν ένα υλικό δεν μπορεί να υποστεί αποτελεσματική κατεργασία με CNC, αρκετές άλλες μέθοδοι κατασκευής μπορεί να είναι πιο κατάλληλες.

Σκέψεις σχεδιασμού όταν η επιλογή υλικού έρχεται σε σύγκρουση με την κατεργασία CNC

Όταν οι σχεδιαστές επιλέγουν υλικά χωρίς να λαμβάνουν υπόψη την κατεργασιμότητα, μπορούν να προκύψουν συγκρούσεις αργότερα στην παραγωγή. Υπάρχουν αρκετές στρατηγικές για την ευθυγράμμιση της σχεδιαστικής πρόθεσης με τις κατασκευαστικές δυνατότητες.

Υποκατάσταση υλικού με παρόμοια απόδοση

Σε πολλές εφαρμογές, ένα προβληματικό υλικό μπορεί να αντικατασταθεί με μια πιο μηχανικά επεξεργάσιμη εναλλακτική λύση, διατηρώντας παράλληλα τα απαραίτητα χαρακτηριστικά απόδοσης, όπως:

• Μετάβαση από εξαιρετικά μαλακό ελαστομερές σε μια ελαφρώς σκληρότερη ποιότητα που παραμένει μηχανικά κατεργάσιμη αλλά εξακολουθεί να παρέχει επαρκή ευελιξία.
• Χρήση μηχανικά επεξεργάσιμου κεραμικού ή σύνθετου υλικού αντί για πλήρως πυροσυσσωματωμένο εξαιρετικά σκληρό κεραμικό.
• Αντικατάσταση ενός πολυμερούς λείανσης με υψηλή πλήρωση με μια σύνθεση που εξισορροπεί την κατεργασιμότητα και τις μηχανικές ιδιότητες.

Τα φύλλα δεδομένων και η υποστήριξη μηχανικής εφαρμογών από προμηθευτές υλικών μπορούν να καθοδηγήσουν τέτοιες αντικαταστάσεις.

Υβριδική Παραγωγή και Διαδικασίες Σχεδίασης Near-Net

Σε ορισμένες περιπτώσεις, είναι αποτελεσματικό να συνδυάζονται μέθοδοι:

• Σχηματίστε ένα σχεδόν καθαρό σχήμα χρησιμοποιώντας χύτευση, χύτευση ή διαδικασίες σκόνης.
• Εγγραφές CNC κατεργασία μόνο σε δευτερεύοντα χαρακτηριστικά σε πιο μηχανικά επεξεργάσιμες περιοχές ή ένθετα.
• Ενσωματώστε μηχανικές διεπαφές μέσω ξεχωριστών, μηχανικά επεξεργάσιμων εξαρτημάτων που είναι συνδεδεμένα ή ενσωματωμένα στο πρωτεύον υλικό.

Αυτή η προσέγγιση μειώνει ή εξαλείφει την ανάγκη άμεσης κοπής του μη μηχανικά επεξεργάσιμου υλικού.

Επανασχεδιασμός στοιχείων για την ελαχιστοποίηση ευαίσθητων χαρακτηριστικών

Η γεωμετρία μπορεί να εντείνει τις προκλήσεις της κατεργασίας. Χαρακτηριστικά όπως τα λεπτά τοιχώματα, οι αιχμηρές εσωτερικές γωνίες και οι βαθιές τσέπες είναι ιδιαίτερα δύσκολα σε υλικά κοντά στα όρια της κατεργασιμότητας. Ο επανασχεδιασμός των εξαρτημάτων για τη μείωση τέτοιων χαρακτηριστικών ή την προσαρμογή σε εναλλακτικά βήματα επεξεργασίας μπορεί να καταστήσει εφικτή την κατασκευή χωρίς να διακυβεύεται η συνολική λειτουργία.

Περίληψη

Δεν είναι όλα τα υλικά συμβατά με την κατεργασία CNC. Εξαιρετικά μαλακά, σκληρά, εύθραυστα, ελαστικά, πορώδη, χημικά αντιδραστικά ή δομικά ασταθή υλικά συχνά εμπίπτουν στο πρακτικό εύρος της συμβατικής φρεζαρίσματος και τόρνευσης. Οι περιορισμοί προκύπτουν από τις θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μηχανικών, θερμικών, χημικών και μικροδομικών ιδιοτήτων και τις απαιτήσεις της κοπής σχηματισμού τσιπ.

Κατανοώντας τους λόγους για τους οποίους ορισμένα υλικά δεν μπορούν να υποστούν κατεργασία με CNC, οι μηχανικοί και οι κατασκευαστές μπορούν να κάνουν ενημερωμένες επιλογές σχετικά με την επιλογή υλικών, τον σχεδιασμό των διαδικασιών και τον σχεδιασμό των εξαρτημάτων. Όπου η κατεργασία με CNC δεν είναι κατάλληλη, εναλλακτικές μέθοδοι όπως η χύτευση, η λείανση, η ηλεκτροδιαβρωτική επεξεργασία (EDM), οι διαδικασίες με υδροβολή ή οι προσθετικές μέθοδοι μπορούν να παρέχουν πιο αξιόπιστες και οικονομικές οδούς για την επίτευξη της απαιτούμενης γεωμετρίας και απόδοσης του εξαρτήματος.

Συχνές Ερωτήσεις