Lavorabilità dei materiali dei pezzi nella lavorazione CNC

La lavorabilità indica la facilità con cui un materiale può essere tagliato per ottenere la forma, le dimensioni e la finitura richieste. Influisce direttamente sui tempi di lavorazione, sull’usura degli utensili, sulla finitura superficiale e sul costo del pezzo. Tuttavia, il materiale deve anche soddisfare i requisiti di resistenza, peso, resistenza alla corrosione e conduttività del pezzo; pertanto, la scelta giusta deve garantire un equilibrio tra questi due aspetti. Un esperto servizio di lavorazione CNC può aiutarvi a trovare quell’equilibrio per il vostro pezzo.

Risposta rapida: l’ottone (C360) e l’alluminio (6061, 7075) sono i metalli più facili da lavorare con macchine CNC. Gli acciai al carbonio e legati (1018, 1045, 4140) e l’acciaio inossidabile di grado 303 sono moderatamente facili da lavorare. Gli acciai inossidabili standard (304, 316) e il rame puro (C110) sono più difficili da lavorare, mentre il titanio (Grado 5) è il più difficile tra i metalli qui trattati. Questi metalli più duri sono comunque ampiamente utilizzati per la loro resistenza alla corrosione, la conduttività o il rapporto resistenza/peso.

Cosa si intende per lavorabilità

Un metallo con una buona lavorabilità si taglia rapidamente, usura lentamente gli utensili e lascia una superficie liscia. Una scarsa lavorabilità comporta un taglio più lento, una maggiore usura degli utensili e costi più elevati quando si effettua un ordine presso un servizio di lavorazione CNC. I fattori principali sono la durezza (i metalli più duri consumano più rapidamente gli utensili), il calore (alcuni metalli trattengono il calore sull’utensile da taglio, danneggiandolo) e l’indurimento durante il taglio (alcuni metalli, come l’acciaio inossidabile e il titanio, diventano più duri man mano che vengono tagliati).

Metalli per la lavorazione CNC e loro proprietà

1. Ottone (C360) - eccellente lavorabilità

L'ottone C360 si lavora molto rapidamente, si frantuma in trucioli piccoli e puliti e lascia una finitura liscia con un'usura minima dell'utensile. Presenta un basso attrito, una buona resistenza alla corrosione e un aspetto gradevole, ed è utilizzato per componenti di valvole, raccordi, connettori e parti decorative. Poiché il C360 contiene piombo, per i componenti a contatto con l’acqua potabile potrebbe essere necessario ricorrere a un ottone senza piombo.

2. Alluminio (6061, 7075) - eccellente lavorabilità

L'alluminio è il materiale più comunemente metallo lavorato a CNC e si taglia molto più velocemente dell’acciaio, il che consente di mantenere bassi i costi. Pesa circa un terzo dell’acciaio, è naturalmente resistente alla corrosione e conduce bene il calore. Il 6061 è il tipo per uso generico. Il 7075 è molto più resistente e si lavora comunque bene, rendendolo adatto a parti sottoposte a forti sollecitazioni. Tra gli impieghi tipici figurano involucri, staffe, dissipatori di calore, componenti aerospaziali e prototipi.

3. Acciaio al carbonio e acciai legati (1018, 1045, 4140) - buona lavorabilità

Questi acciai offrono elevata resistenza e tenacità a un basso costo del materiale, ma la maggior parte richiede un rivestimento per prevenire la ruggine. Il 1018 è economico e facile da lavorare e saldare. Il 1045 è più resistente ma leggermente più difficile da lavorare. Il 4140 può essere lavorato allo stato morbido e successivamente sottoposto a trattamento termico, oppure acquistato già temprato. Tra gli impieghi tipici figurano alberi, ingranaggi, maschere e attrezzature.

4. Acciaio inossidabile (303, 304, 316) - lavorabilità discreta

L'acciaio inossidabile offre robustezza e un'eccellente resistenza alla corrosione, ma è più difficile da lavorare rispetto all'acciaio al carbonio. Diventa più duro durante il taglio e trattiene il calore sull'utensile, pertanto richiede utensili affilati e una velocità di taglio più bassa. Il 303 è il tipo più facile da lavorare, ma è leggermente meno resistente alla corrosione e non è consigliato per la saldatura. Il 304 è il tipo più comune. Il 316 offre la migliore resistenza all’acqua salata e alle sostanze chimiche, ma è il più difficile da lavorare tra i tre. Gli impieghi tipici includono il settore medico, l’industria alimentare e i componenti navali.

5. Rame (C110) - lavorabilità discreta

Il rame viene scelto per la sua conduttività elettrica e termica, non per la facilità di lavorazione. È morbido e appiccicoso, forma trucioli lunghi che si attaccano all’utensile e richiede utensili molto affilati. Il C110 è la qualità standard per sbarre collettrici, contatti elettrici, scambiatori di calore e apparecchiature a radiofrequenza.

6. Titanio (Grado 2, Grado 5) - lavorabilità difficile

Il titanio è ideale per componenti che devono essere leggeri e molto resistenti, ma è il più difficile da lavorare tra i metalli qui trattati. Trattiene il calore sull’utensile da taglio e ne provoca una rapida usura, pertanto deve essere tagliato lentamente con abbondante liquido di raffreddamento, il che ne aumenta il costo. È resistente alla corrosione e sicuro per l’uso nel corpo umano; viene impiegato per componenti aerospaziali, impianti medici e componenti ad alte prestazioni. Il grado 5 è quello più diffuso. Il grado 2 è più morbido e più facile da lavorare, ma meno resistente.

Lavorabilità delle materie plastiche comunemente utilizzate nei sistemi CNC

Le materie plastiche si tagliano rapidamente con un'usura minima degli utensili, ma possono sciogliersi a causa del calore generato dal taglio, deformarsi sotto la pressione di taglio e variare di dimensioni al variare della temperatura; pertanto, è più difficile mantenere dimensioni precise. Utensili affilati, tagli leggeri e un buon raffreddamento garantiscono i migliori risultati.

• Acetale (Delrin):l'acetale è un materiale rigido, presenta un basso coefficiente di attrito e mantiene bene la propria forma. Viene utilizzato per ingranaggi, boccole e componenti di precisione.

• Nylon: il nylon è robusto e resistente all'usura, ma assorbe l'umidità, il che può causarne una leggera variazione delle dimensioni. Viene utilizzato per ingranaggi, cuscinetti antiusura e distanziatori.

• ABS: L'ABS è economico e facile da verniciare, il che lo rende molto diffuso per la realizzazione di prototipi, alloggiamenti e coperture.

• Policarbonato e acrilico: entrambi sono materiali plastici trasparenti. Il policarbonato si graffia facilmente, mentre l’acrilico può rompersi se tagliato con troppa forza. Vengono utilizzati per coperture, finestre ed espositori.

• PEEK: Il PEEK è resistente e tollera bene il calore e gli agenti chimici, ma è costoso. Viene utilizzato per componenti aerospaziali e medici.

Come scegliere il metallo giusto per la lavorazione CNC

Il metallo migliore è quello che soddisfa le vostre esigenze in termini di prestazioni al minor costo totale.

Come trovare il giusto equilibrio tra lavorabilità e requisiti dei pezzi

Il materiale migliore soddisfa le tue esigenze in termini di prestazioni al minor costo complessivo:

1. Definire la funzione: Elencare i carichi, le sollecitazioni e l’usura che il componente deve sopportare.

2. Verifica le condizioni ambientali: umidità, sostanze chimiche, calore ed esposizione all’aperto limitano le tue opzioni.

3. Considerare il peso: L'alluminio e il titanio sono la scelta ideale quando ogni grammo conta.

4. Trovare il giusto equilibrio tra lavorabilità e budget: I metalli più difficili da lavorare aumentano i tempi di lavorazione, l'usura degli utensili e i costi; pertanto, è consigliabile utilizzarli solo quando strettamente necessario.

5. Pianificare la finitura: L'anodizzazione (per l'alluminio) e la placcatura (per l'acciaio) possono migliorare la resistenza alla corrosione e all'usura di un metallo meno costoso.

6. Considera il volume: Realizza un prototipo utilizzando il materiale di produzione quando devi testarne le prestazioni in condizioni reali.

Prototipazione e produzione con lavorazione CNC con Norck

Norck offre lavorazioni CNC su richiesta, dai prototipi singoli alla produzione su larga scala, avvalendosi di processi certificati secondo la norma ISO 9001:2015. I servizi includono la fresatura a 3 e 5 assi, tornitura e fresatura-tornitura, rettifica, levigatura ed elettroerosione, oltre a sbavatura, finitura, placcatura e assemblaggio. Norck lavora con alluminio, acciai, leghe speciali, materie plastiche e materiali compositi, offre analisi DFM con raccomandazioni sui materiali e dispone di una rete produttiva negli Stati Uniti e in Europa al servizio di clienti nei settori aerospaziale, della difesa, della robotica, medico, automobilistico, energetico, elettronico e industriale.

Conclusione

L'ottone e l'alluminio sono i metalli più facili da lavorare; l'acciaio al carbonio offre un buon equilibrio tra resistenza e costo, mentre l'acciaio inossidabile, il rame e il titanio sono più difficili da lavorare, ma indispensabili quando le loro proprietà sono fondamentali. Le materie plastiche come l'acetale, il nylon e l'ABS si lavorano rapidamente e sono adatte a componenti leggeri o a basso costo. La scelta giusta consiste nel trovare il giusto equilibrio tra la lavorabilità e le prestazioni richieste al componente.

Hai bisogno di far lavorare un pezzo? Carica il tuo file CAD o il disegno tecnico per ricevere un preventivo, oppure chiedi a un ingegnere per una valutazione DFM e un consiglio sui materiali.