Các loại vật liệu sử dụng phổ biến trong gia công CNC

Hiện nay có rất nhiều loại vật liệu khác nhau, mỗi loại sẽ có những tính chất, ứng dụng riêng. Trong bài viết sau đây, Cơ khí KCC sẽ giới thiệu với các bạn về các loại vật liệu này cũng như chia sẻ về cách lựa chọn loại phù hợp nhất với nhu cầu của bạn.

Các loại vật liệu sử dụng phổ biến trong gia công

Lựa chọn vật liệu dựa trên các yêu cầu vật liệu và hạn chế thiết kế quan trọng nhất. Để cân nhắc và bắt đầu lựa chọn vật liệu phù hợp cho thiết kế sản phẩm cụ thể của bạn, hãy xem xét các hình ảnh thông tin trong mỗi phần, cung cấp so sánh sơ bộ dựa trên khả năng gia công, khả năng chịu môi trường và độ bền kéo: mật độ thông tin dựa trên các hợp kim có sẵn để Fiction’s Manufacturing Partners gia công tại thời điểm bài viết này được xuất bản.

Alumium (Nhôm)

Nhẹ nhưng bền, nhôm là một trong những vật liệu phổ biến nhất trong gia công CNC chính xác. Nhôm nổi tiếng với khả năng gia công tuyệt vời, khả năng chống ăn mòn và dẫn nhiệt tốt. Được sử dụng phổ biến trong hàng không vũ trụ và điện tử tiêu dùng, nhôm có thể dễ dàng được anot hóa để tăng độ bền và tính thẩm mỹ.

Nhôm là một lựa chọn tuyệt vời cho các bộ phận gia công CNC vì nó có khả năng gia công vượt trội, trọng lượng nhẹ, độ bền cao và khả năng chống ăn mòn cao. Ngoài ra, hợp kim nhôm có tính dẫn nhiệt và dẫn điện tương đối, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng trong quản lý nhiệt và điện tử.

Khi xác định loại vật liệu nào phù hợp hơn cho gia công CNC: thép không gỉ hay nhôm, chi phí vật liệu nên được xem xét dựa trên trọng lượng, cùng với ứng dụng. Hãy chọn nhôm khi trọng lượng là yếu tố quan trọng hơn vì nó nhẹ hơn.

Hợp kim nhôm thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô, đồ dùng nhà bếp, y tế và sản phẩm tiêu dùng. Nhôm là vật liệu phổ biến để đúc hoặc hàn. Nhược điểm của việc sử dụng nhôm là không phải lúc nào cũng hàn được. Các dự án CNC nhôm cũng có thể bao gồm một số công đoạn hậu xử lý hoặc hoàn thiện sau khi gia công.

Steel (Thép)

Được biết đến với độ bền và tính linh hoạt, thép là lựa chọn hàng đầu cho gia công CNC chính xác khi độ bền là yếu tố quan trọng nhất. Các loại thép khác nhau, chẳng hạn như thép không gỉ và thép dụng cụ, mang lại những đặc tính khác nhau — thép không gỉ có khả năng chống ăn mòn, trong khi thép dụng cụ lý tưởng cho các ứng dụng chịu mài mòn cao.

Stainless steel

Thép không gỉ là một vật liệu phổ biến khác trong dịch vụ gia công CNC, được biết đến với độ bền, độ cứng và khả năng chống ăn mòn. Thép không gỉ có nhiều loại, mỗi loại có những đặc tính riêng phù hợp với từng ứng dụng cụ thể.

Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại hợp kim thép không gỉ. Các loại phổ biến cho gia công CNC là 304, 316, 416 và 17-4 PH. Thép không gỉ là vật liệu bền chắc, có lớp oxit bảo vệ tự nhiên, thích hợp cho môi trường khắc nghiệt. Các loại thép không gỉ khác nhau tùy thuộc vào các nguyên tố hợp kim tạo nên chúng. Ví dụ, việc bổ sung molypden vào thép không gỉ 316 làm tăng khả năng chống ăn mòn của nó. Lưu huỳnh trong thép không gỉ 303 giúp cải thiện khả năng gia công.

Hợp kim thép không gỉ được sử dụng cho nhiều loại linh kiện, chẳng hạn như hàng tiêu dùng, ứng dụng công nghiệp, máy móc hạng nặng, thiết bị phẫu thuật, đồ dùng/thiết bị nhà bếp, hàng không vũ trụ, quân sự và ô tô. Thép không gỉ cũng thường được sử dụng cho các linh kiện đòi hỏi độ bền và độ tin cậy đặc biệt, chẳng hạn như trục, bánh răng, bu lông, đai ốc và phụ kiện.

Alloy Steel and Carbon Steel

Thép cacbon (Carbon Steel) thấp là một trong những hợp kim thép phổ biến và có giá cả phải chăng nhất. Đúng như tên gọi, thép cacbon bao gồm cacbon là nguyên tố hợp kim, đứng thứ hai về thành phần phần trăm sau sắt.

Thép cacbon thấp có hàm lượng cacbon thấp hơn (0,05-0,25%) và dễ uốn và dễ hàn hơn, nhưng không dễ gia công nhiệt để cải thiện độ cứng như thép cacbon cao. Thép cacbon thấp tương đối dễ gia công CNC.

Các hợp kim như thép 1018 được sử dụng cho trục động cơ, trục bơm, chốt, bánh xích, trục chính, đồ gá, tấm lắp và thậm chí cả các bộ phận dùng cho sở thích. Ngoài ra, thép cacbon trung bình có độ bền cao và có thể được tôi cảm ứng. Các hợp kim như thép cacbon trung bình AISI 1045 phù hợp cho các ứng dụng chịu tải nặng như bu lông, đinh tán và trục.

Thép hợp kim không chứa cacbon (Alloy Steel) là nguyên tố hợp kim chính, cùng với sắt. Thép hợp kim có khả năng chống ăn mòn, hàn, chịu nhiệt và dễ uốn tốt hơn thép cacbon. Tuy nhiên, thép cacbon lại bền hơn thép hợp kim. Có thép hợp kim thấp và cao, với ngưỡng giữa hai loại này lần lượt là các nguyên tố hợp kim lên đến 8% hoặc lớn hơn 8%.

Thép hợp kim được chế tạo từ thép cacbon, bổ sung một trong khoảng 20 nguyên tố hợp kim. Ví dụ, thép hợp kim thấp 4130 là hợp kim được bổ sung molypden và crom để cải thiện độ cứng và khả năng chống mài mòn. Thép hợp kim 4140 là hợp kim chứa crom, molypden và mangan, giúp tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao, độ bền xoắn và khả năng chống mài mòn. Thép hợp kim thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp cũng như trong các thiết bị gia dụng, đồ bạc, dụng cụ nấu ăn và ô tô.

Plastics (Nhựa): bao gồm POM,PTFE,PC,PEEK,PET

Nhựa ngày càng phổ biến trong gia công CNC nhờ tính linh hoạt, dễ gia công và chi phí tương đối thấp. Một số loại nhựa thường được sử dụng trong dịch vụ gia công CNC, bao gồm POM (Polyoxymethylene), PTFE (Polytetrafluoroethylene), PC (Polycarbonate), PEEK (Polyetheretherketone) và PET (Polyethylene Terephthalate). Mỗi loại vật liệu này đều có những đặc tính riêng biệt, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau.

Đặc tính: Nhẹ, chống ăn mòn,khả năng kháng hóa chất cao, tính cách điện, độ ổn định kích thước tốt.

Ứng dụng:

Nhựa thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu vật liệu nhẹ, chống ăn mòn và chi phí thấp. Loại nhựa này được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như điện tử, ô tô, y tế và chế biến thực phẩm.

• POM: Được sử dụng trong các bộ phận ô tô, bánh răng, ổ trục và các linh kiện cơ khí chính xác nhờ khả năng gia công tuyệt vời và đặc tính ma sát thấp.
• PTFE: Thường được sử dụng trong công nghiệp chế biến hóa chất và thực phẩm để làm gioăng, miếng đệm và vật liệu cách nhiệt nhờ khả năng chống hóa chất và chống dính tuyệt vời.
• PC: Polycarbonate được sử dụng trong thấu kính quang học, đèn pha ô tô và vỏ bảo vệ nhờ khả năng chống va đập và độ trong suốt quang học cao.
• PEEK: Loại nhựa hiệu suất cao này được sử dụng trong hàng không vũ trụ, ô tô và các thiết bị y tế, nơi yêu cầu độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và kháng hóa chất.
• PET: PET được sử dụng trong sản xuất chai nhựa, hộp đựng và vật liệu đóng gói nhờ độ bền, khả năng chống hóa chất và giá thành thấp.

Titanium

Titan đã cách mạng hóa nhiều ngành công nghiệp và cung cấp giải pháp cho một số vấn đề nan giải nhất trong ngành sản xuất. Hợp kim titan bền, chắc, tương đối nhẹ và chống ăn mòn. Titan được coi là kim loại quý nhất và hoạt động tuyệt vời trong môi trường khắc nghiệt mà các kim loại khác có thể bị hỏng.

Ngành y tế đã bắt đầu sử dụng titan khi nó được xác định là có tính tương thích sinh học. Hợp kim titan hiện được sử dụng rộng rãi cho các thiết bị y tế và các thành phần cấy ghép như ốc vít hoặc thiết bị y tế.

Những hợp kim tiên tiến này cũng được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hàng không vũ trụ, công nghiệp và quân sự nhờ độ bền vượt trội, khả năng chống rão và cấu trúc luyện kim tuyệt vời. Để so sánh, titan bền gấp khoảng hai lần nhôm nhưng chỉ bằng một nửa mật độ của nhôm. Titan cũng phổ biến trong lĩnh vực hàng tiêu dùng với các sản phẩm như gậy đánh golf nhẹ.

Copper (Đồng đỏ nguyên chất)

Đồng là một chất dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời. Kim loại duy nhất vượt trội hơn đồng trong các ứng dụng nhiệt hoặc điện là bạc. Đồng nguyên chất (khoảng 99% tinh khiết thương mại) khó gia công bằng máy CNC do tính dễ uốn ở nhiệt độ thấp và độ dẻo cao. Tuy nhiên, có rất nhiều hợp kim đồng tương đối dễ gia công bằng máy CNC và có các đặc tính nhiệt hoặc điện tương đương, nếu không muốn nói là vượt trội.

Hợp kim đồng 101 là một hợp kim đồng nguyên chất hơn. Nó phù hợp cho các ứng dụng đòi hỏi độ dẻo cao, độ bền va đập và độ dẫn điện/nhiệt; nhưng lại không tốt cho khả năng chống ăn mòn. Đồng 101 được sử dụng trong các linh kiện điện tử, hệ thống dây điện và các linh kiện điện như thanh cái. Hợp kim đồng 110 kém tinh khiết hơn một chút và có độ dẫn điện/nhiệt cao nhất trong số các hợp kim đồng. Nó cũng có khả năng chống ăn mòn tốt hơn. Ứng dụng của Đồng 110 bao gồm nam châm siêu dẫn, gioăng, linh kiện điện, trang sức, phần cứng hàng hải, vật liệu xây dựng và thiết bị chân không.

Brass (Đồng thau)

Đồng thau sở hữu một số đặc tính tương tự như đồng, vì nó là hợp kim của đồng và kẽm. Đồng thau bền và dễ gia công. Hợp kim này cũng có khả năng chống ăn mòn, dẫn điện và hệ số ma sát thấp. Đồng thau rất linh hoạt và phù hợp cho nhiều ứng dụng, bao gồm hệ thống ống nước, điện, nghệ thuật và y tế.

Đồng thau 360 là hợp kim đồng thau có khả năng gia công cao nhất, đến mức nó thường được gọi là đồng thau gia công tự do. Nó có khả năng chống ăn mòn và độ bền tuyệt vời. Các ứng dụng tối ưu cho vật liệu nặng và chắc chắn này bao gồm các chi tiết máy trục vít, linh kiện công nghiệp nặng, sản phẩm tiêu dùng, nhạc cụ, linh kiện điện và phụ kiện ống nước.

Hướng dẫn lựa chọn vật liệu trong thiết lập gia công CNC trên phần mềm SolidCAM

Vậy làm thế nào để lựa chọn được vật liệu gia công phù hợp với sản phẩm của mình, hãy tham khảo một số kinh nghiệm của của các chuyên gia Vihoth ngay sau đây:

Các bạn có thể lựa chọn các loại vật liêu gia công một cách dễ dàng trong thiết lập chương trình gia công để áp dụng đối với các phương pháp Imachining 2D và Imachining 3D, để chương trình sẽ tự động cập nhật và tính toán chế độ cắt một cách chính xác nhất.

Nếu sản phẩm yêu cầu cao về tính thẩm mỹ và độ chính xác cao thì bạn nên cân nhắc tới các vật liệu dễ gia công và có khả năng hoàn thiện tốt. Bạn có thể tham khảo nhôm và thép không gỉ trong trường hợp này.

Trong các loại thép, nhôm hay nhựa thì mỗi một loại vật liệu thì nó chia ra làm nhiều nhóm nhở như ở đây:

 

Người sử dụng có thể lựa chọn các loại vật liệu với thông số tương thích mà chúng ta muốn thiết lập gia công sản phẩm với các vật liệu theo yêu cầu.

Trong quá trình sử dụng, nếu sản phẩm phải chịu tải trọng lớn thì yếu tố về độ cứng cần được ưu tiên khi lựa chọn vật liệu. Bạn có thể cân nhắc lựa chọn thép carbon hay titan nếu sản phẩm phải chịu tải nặng. Còn nếu sản phẩm chỉ cần chịu tải nhẹ thì có thể lựa chọn hợp kim nhôm hoặc nhựa. Đối với vật liệu hiếm mà ko có trong bảng vật liệu trên chương trình thì người sử dụng có thể tự tạo vật liệu và điền chuẩn theo các thông số về độ cứng hay phần trăm kim loại ở đây:

Sau đó chúng ta sẽ thiết lập các thông số trong bảng này:

Một số lưu ý khi lựa chọn vật liệu vào vật liệu trong các lĩnh vực chế tạo

Hãy lưu ý đến môi trường sử dụng sản phẩm của bạn. Nếu ở môi trường khắc nghiệt, phải tiếp xúc với độ ẩm cao, tiếp xúc với hóa chất hay dễ bị ăn mòn thì các vật liệu như thép không gỉ hay titan là sự lựa chọn hợp lý vì chúng có khả năng chống ăn mòn tốt.

Khi chọn vật liệu gia công, bạn cũng cần lưu ý đến giá thành của chúng để đáp ứng với ngân sách của mình. Các kim loai như titan, thép không gỉ thường có giá thành khá cao nên chi phí gia công cũng sẽ tăng lên rất nhiều. ngược lại nhựa và nhôm lại có giá thành khá rẻ nên sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí.

Cuối cùng là khả năng gia công của các loại vật liệu này. Một số kim loại như nhôm, đồng sẽ gia công dễ hơn, trong khi thép không gỉ và titan có độ khó cao hơn, đòi hỏi phải có các dụng cụ đặc biệt. Vì vậy thời gian gia công cũng sẽ lâu hơn.