بهترین متریال ها برای ماشین کاری با دستگاه های تراش و فرز CNC

شاید برای شما هم پیش آمده باشد که یک پروژه جدید گرفته اید، نقشه ها را بررسی کرده اید و برنامه نویسی دستگاه را به بهترین شکل ممکن انجام داده اید. اما درست در وسط کار، ناگهان یکی از ابزار های گران قیمت شما می شکند! یا بدتر از آن، بعد از ساعت ها زمان گذاشتن، قطعه نهایی در بخش کنترل کیفیت رد می شود چون متریال به درستی انتخاب نشده بود و سطح کار پر از خط و خش است. انتخاب بهترین متریال ها برای ماشین کاری با دستگاه های تراش و فرز CNC تنها راه رسیدن به سوددهی بسیار زیاد یا حتی ضرر های کلان است.

وقتی شما مواد اشتباهی را زیر تیغ فرز یا روی اسپیندل تراش می برید، فقط ابزار ها نیستند که آسیب می بینند؛ بلکه بودجه، زمان و اعتبار شما نزد مشتری هم از بین می رود. در این مقاله قرار است با یک دید کاملا تخصصی اما به زبان ساده، به شما آموزش دهیم که چگونه متریال مناسب انتخاب کنید. ما نه تنها فلزات معروف را بررسی می کنیم، بلکه به سراغ پلاستیک های مهندسی می رویم که خیلی از رقبای شما اصلا سراغشان نمی روند. هدف این است که در پایان این مقاله از فراتک صنعت، شما دقیقا بدانید برای هر قطعه، با توجه به بودجه و نوع دستگاه، چه ماده ای را بخرید تا هم ابزار های شما سالم بمانند و هم مشتری از کیفیت نهایی شگفت زده شود.

 قبل از خرید مواد اولیه به چه فاکتور هایی توجه کنیم؟

قبل از اینکه لیست قیمت ها را باز کنید و سفارش بدهید، باید چند فاکتور مهم را مثل یک چک لیست در ذهن خود مرور کنید. اولین و مهم ترین عامل، «قابلیت ماشین کاری» است. این یعنی ماده مورد نظر چقدر راحت براده برداری می شود؟ موادی که قابلیت ماشین کاری بالایی دارند، عمر ابزار شما را طولانی تر می کنند و زمان کار را کاهش می دهند. اما همه چیز به اینجا ختم نمی شود.

فاکتور دوم، مقاومت حرارتی و تنش های فیزیکی است. قطعه ای که قرار است در موتور خودرو کار کند با قطعه ای که در یک قابلمه دکوری استفاده می شود، زمین تا آسمان فرق دارد. شما باید بدانید قطعه نهایی در چه محیطی قرار است نفس بکشد! آیا با مواد شیمیایی در تماس است؟ آیا در معرض سایش شدید قرار دارد؟

عامل سوم وزن نهایی است. در صنایعی مثل هوا فضا یا رباتیک، هر گرم وزن اضافه می تواند پروژه را با شکست مواجه کند. و در نهایت، هزینه! شما باید بتوانید نقطه تعادل بین کیفیت مورد نیاز و قیمت تمام شده را پیدا کنید. گاهی خرید یک متریال ارزان تر، به دلیل مصرف بالای ابزار و زمان طولانی ماشین کاری، در نهایت برای شما گران تر تمام می شود. پس همیشه تصویر بزرگ تر را ببینید.

معرفی فلزات پر کاربرد در ماشین کاری CNC

حالا وقت آن است که وارد گود شویم و فلزاتی که بیشترین کاربرد را در کارگاه ها دارند زیر ذره بین ببریم. هر کدام از این فلزات قلق های خاص خودشان را دارند که اگر آن ها را ندانید، کارتان لنگ می ماند.

آلومینیوم

آلومینیوم بدون شک محبوب ترین و پر مصرف ترین فلز در صنعت CNC است. دلیل آن هم واضح است: ماشین کاری آن بسیار لذت بخش است! آلومینیوم به سرعت براده برداری می شود، فشار کمی به اسپیندل و ابزار وارد می کند و در نهایت سطح کار بسیار براق و زیبایی به شما می دهد. این فلز برای ساخت قطعات هواپیما، قطعات الکترونیکی و نمونه سازی سریع فوق العاده است. فقط مراقب باشید که از آب صابون مناسب استفاده کنید تا براده ها به لبه ابزار نچسبند (پدیده لبه انباشته).

استنلس استیل (فولاد ضد زنگ)

اگر به دنبال مقاومت در برابر زنگ زدگی و قدرت بالا هستید، استنلس استیل انتخاب مناسبی است. اما باید بدانید یک نکته را بدانید آن هم این است که ماشین کاری استیل به دلیل سختی بالا و تمایل به سخت کاری شدن در حین کار (Work Hardening)، نیازمند ابزار های بسیار با کیفیت و تنظیم دقیق سرعت ها است. اگر سرعت پیشروی (Feed Rate) خیلی کم باشد، استیل زیر ابزار سفت می شود و تیغه شما را خرد می کند. پس در کار با استیل، باید قاطع و با برنامه عمل کنید.

تیتانیوم

تیتانیوم بسیار سبک، فوق العاده مقاوم در برابر حرارت و خوردگی، و به شدت سرسخت! از این متریال برای ساخت قطعات حساس پزشکی، ایمپلنت ها و قطعات موتور جت استفاده می شود. ماشین کاری تیتانیوم یک هنر است. این فلز حرارت را دفع نمی کند، بلکه آن را به ابزار بر می گرداند. بنابراین استفاده از سیستم خنک کننده قوی (Coolant) و سرعت چرخش پایین برای جلوگیری از ذوب شدن ابزار کاملا ضروری است.

برنج و مس

برنج یکی از خوش تراش ترین فلزات است و کار با آن روی دستگاه های تراش سرعت بالایی دارد. مس نیز به دلیل رسانایی فوق العاده، پادشاه قطعات الکتریکی و هیت سینک ها است. البته مس کمی حالت آدامسی دارد و ممکن است در فرز کاری براده های طولانی تولید کند که دور ابزار می پیچند. بنابراین استفاده از ابزار های تیز و زاویه دار برای قطع کردن سریع براده ها الزامی است.

فولاد های کربنی و چدن

وقتی صحبت از ساخت شفت ها، چرخ دنده های سنگین و قطعات صنعتی می شود، فولاد های کربنی (مثل سیکا 45) و چدن وارد میدان می شوند. این مواد قیمت مناسبی دارند و به وفور یافت می شوند. چدن در حین ماشین کاری براده های پودری تولید می کند و معمولا نیاز به خنک کننده ندارد، اما گرد و غبار آن می تواند برای ریل های دستگاه مضر باشد.

پلاستیک های مهندسی در CNC

بسیاری از کارگاه ها فقط روی فلزات تمرکز می کنند و این یک اشتباه بزرگ است. پلاستیک های مهندسی بازار بسیار پرسودی دارند. پیدا کردن بهترین متریال ها برای ماشین کاری با دستگاه های تراش و فرز CNC در دسته پلیمر ها می تواند مزیت رقابتی بزرگی برای شما ایجاد کند.

دلرین (POM) و نایلون

دلرین یا استال، به معنای واقعی کلمه بهترین پلاستیک برای ماشین کاری است. این ماده به شکل براده های کوتاه و تمیز بریده می شود و استحکام بالایی دارد. برای ساخت بوش ها، بلبرینگ های پلاستیکی و چرخ دنده ها، دلرین و نایلون به دلیل اصطکاک پایین و مقاومت در برابر سایش، انتخاب های بی نظیری هستند.

پلی کربنات و اکریلیک

اگر مشتری از شما یک قطعه شفاف مثل شیشه اما با مقاومت در برابر ضربه می خواهد، باید سراغ این دو متریال بروید. اکریلیک (پلکسی گلاس) بعد از ماشین کاری و پولیش کاری، شفافیت خیره کننده ای پیدا می کند. البته باید مراقب باشید که سرعت اسپیندل را خیلی بالا نبرید، چون این پلاستیک ها به سرعت ذوب می شوند و ابزار شما را کور می کنند.

متریال PEEK

پیک (PEEK) گران ترین و در عین حال شگفت انگیز ترین پلاستیک مهندسی است. این ماده آنقدر مقاوم است که در بسیاری از صنایع حساس، جایگزین فلزات سنگین شده است. ماشین کاری آن نیاز به دقت بالایی دارد و به دلیل قیمت بسیار بالای مواد اولیه، هیچ جای خطایی برای اپراتور باقی نمی گذارد.

رفتار مواد در تراش CNC در مقایسه با فرز CNC

همیشه به یاد داشته باشید که رفتار یک متریال در دستگاه تراش (که در آن قطعه می چرخد) با رفتار آن در دستگاه فرز (که در آن ابزار می چرخد) کاملا متفاوت است. در دستگاه تراش، تخلیه براده ها معمولا راحت تر انجام می شود. موادی مثل آلومینیوم و برنج در تراشکاری فوق العاده هستند.

اما در فرز کاری، به خصوص زمانی که از فرز انگشتی در جیب های عمیق (Deep Pockets) استفاده می کنید، تجمع براده و حرارت به شدت بالا می رود. در این شرایط، موادی که چسبنده هستند (مثل آلومینیوم نرم یا مس) می توانند به سرعت باعث گیر کردن ابزار و شکستن آن شوند. برای فرز کاری پلاستیک ها، همیشه از ابزار های تک پر (Single Flute) استفاده کنید تا فضای بیشتری برای خروج براده وجود داشته باشد و پلاستیک ذوب نشود.

 اشتباهات رایج در انتخاب متریال

بیایید صادق باشیم، همه ما در شروع کار اشتباهاتی کرده ایم که به قیمت خرد شدن الماس ها و فرز های گران قیمت تمام شده است. یکی از بزرگ ترین اشتباهات، توجه نکردن به وضعیت حرارتی قطعه است. برای مثال، ماشین کاری فولاد های سخت کاری شده بدون استفاده از ابزار های روکش دار (مثل TiAlN) و خنک کننده پر فشار، فقط به معنی دور ریختن پول است.

اشتباه کشنده دیگر، گرفتن لرزش (Chatter) در متریال های نرم است. وقتی شما یک میله بلند و نازک از جنس پلاستیک را روی تراش می بندید، به دلیل انعطاف پذیری ماده، قطعه شروع به لرزش می کند. این لرزش باعث می شود سطح کار پله پله شود. راه حل این است که از مرغک استفاده کنید و عمق بار را منطقی تنظیم کنید.

چگونه بهترین متریال را بر اساس بودجه پروژه انتخاب کنیم؟

برای اینکه بیشترین سود را از پروژه ببرید، باید سه فاکتور را بالانس کنید: قیمت خرید مواد اولیه، زمان صرف شده برای ماشین کاری، و هزینه استهلاک ابزار. جدول زیر به شما کمک می کند تا سریع تر تصمیم بگیرید:

سوالاتی که همیشه درباره متریال های CNC از ما می پرسید (FAQ)

در این بخش از مقاله تمامی سوالاتی که درمورد خدمات فرز cnc و محتوای این مقاله داشتید مورد بررسی قرار گرفته است. اگر سوالی در رابطه با محتوای این مقاله داشتید، از کامنت های سایت باما در ارتباط باشید.

ارزان ترین فلز برای شروع یادگیری ماشین کاری با CNC چیست؟

آلومینیوم و فولاد های کم کربن (مثل آهن معمولی یا ST37) بهترین و ارزان ترین گزینه ها برای تمرین و یادگیری هستند، زیرا فشار کمی به دستگاه وارد می کنند و قیمت پایینی دارند.

چرا پلاستیک ها هنگام فرز کاری ذوب می شوند و راه حل آن چیست؟

پلاستیک ها نقطه ذوب پایینی دارند. وقتی سرعت چرخش ابزار (RPM) بالا باشد و سرعت حرکت (Feed) پایین باشد، اصطکاک باعث تولید گرما و ذوب شدن می شود. راه حل: کاهش دور اسپیندل، افزایش سرعت پیشروی، و استفاده از خنک کننده هوای سرد.

بهترین متریال برای ساخت قطعات خودرو با دستگاه CNC کدام است؟

برای قطعات موتور و گیربکس معمولا از فولاد های آلیاژی و آلومینیوم های سری 6000 و 7000 استفاده می شود تا هم مقاومت بالا باشد و هم وزن کاهش یابد.

آیا متریال های سخت تر همیشه کیفیت سطح (Surface Finish) بهتری به ما می دهند؟

نه لزوما! کیفیت سطح به انتخاب درست ابزار، سرعت مناسب و استفاده از خنک کننده بستگی دارد. اما معمولا فلزاتی که کمی سختی دارند (مثل برنج یا آلومینیوم آلیاژی) سطح براق تری نسبت به فلزات خیلی نرم (مثل مس خالص) می دهند.

برای ساخت قطعات پزشکی و ایمپلنت ها از چه متریالی باید استفاده کرد؟

تیتانیوم (به دلیل سازگاری با بدن انسان و مقاومت در برابر خوردگی) و پلاستیک PEEK بهترین متریال ها برای ایمپلنت ها و ابزار های جراحی هستند.

تفاوت ماشین کاری آلومینیوم سری ۶۰۰۰ با سری ۷۰۰۰ در چیست؟

سری 6000 (مثل 6061) عمومی تر، نرم تر و برای ماشین کاری عالی است. اما سری 7000 (مثل 7075) بسیار سخت تر است (در حد برخی فولاد ها) و در صنایع هوا فضا کاربرد دارد، بنابراین ماشین کاری آن نیاز به نیروی بیشتری دارد.