Dobór materiału do frezowania CNC i toczenia CNC to decyzja, która wpływa na koszt produkcji, parametry procesu i trwałość gotowego detalu. Różne materiały zachowują się jednak odmiennie w frezowaniu CNC i toczeniu CNC – inne są wymagania dotyczące prędkości skrawania, chłodzenia, narzędzi oraz mocowania. Zrozumienie tych różnic pozwala uniknąć błędów kosztorysowych, zoptymalizować proces produkcji i zapewnić wysoką jakość wykonania gotowego elementu.
Aluminium w frezowaniu CNC i toczeniu CNC
Aluminium jest najchętniej stosowanym materiałem w obróbce CNC i nie bez powodu. Niska masa, dobra wytrzymałość, doskonała obrabialność i możliwość wykończenia anodowaniem lub barwieniem sprawiają, że jest pierwszym wyborem w wielu branżach.
Frezowanie CNC aluminium: Aluminium pozwala na bardzo wysokie prędkości skrawania (do 1000 m/min dla stopów 6xxx) i duże posuwy co oznacza krótkie czasy cyklu i niskie koszty obróbki. Przy frezowaniu CNC aluminium stosuje się frezy trójzębne lub jednozębne (większy wykrój wiórów), chłodzenie emulsją lub mgłą. Typowe zastosowania: obudowy elektroniki, płyty montażowe, korpusy maszyn, elementy lotnicze.
Toczenie CNC aluminium: Toczenie CNC aluminium jest wyjątkowo wydajne materiał prawie nie obciąża narzędzi, a wióry łamią się łatwo. Używa się płytek z węglika spiekanego lub ceramicznych z ostrą geometrią. Aluminium nadaje się do bardzo ciasnych tolerancji toczonych – średnicę można toczoną z IT6. Typowe detale: wałki, tuleje, kołnierze, złączki pneumatyczne, elementy prowadnic.
Gatunki aluminium stosowane w CNC:
- EN AW-6082 – najczęstszy, dobra wytrzymałość i obrabialność, do anodowania
- EN AW-7075 – wyższa wytrzymałość, stopień lotniczy, trudniejszy do anodowania
- EN AW-2017A – bardzo dobra obrabialność, stosowany na wałki i tuleje
- EN AW-5083 – odporność na korozję morską, do elementów narażonych na wilgoć
Stal to materiał wymagający – wymaga bardziej starannego doboru parametrów niż aluminium, ale oferuje znacznie wyższą wytrzymałość i odporność na temperaturę.
Frezowanie CNC stali: Przy frezowaniu CNC stali nierdzewnej (1.4301, 1.4404) kluczowe jest minimalizowanie ciepła skrawania. Stosuje się frezy z powłoką TiAlN, intensywne chłodzenie emulsją i redukcję prędkości skrawania względem aluminium o ok. 60–70%. Istotna jest sztywność mocowania detalu wibracje w stali nierdzewnej szybko niszczą krawędź skrawającą freza.
Toczenie CNC stali: Toczenie CNC stali węglowych (np. C45, 42CrMo4) jest stosunkowo łatwe przy właściwym doborze płytki. Stale nierdzewne austenistyczne skłonne są do utwardzania gniotowego wymagają ostrych geometrii, dużego posuwy i unikania pracy na tym samym miejscu. Toczenie CNC stali pozwala osiągać bardzo gładkie powierzchnie (Ra < 0,8 µm) bez dodatkowego szlifowania.
Porównanie gatunków stali:
- C45 – łatwa w obróbce CNC, do wałków i elementów przenoszenia napędu
- 42CrMo4 – ulepszona cieplnie, wyższa wytrzymałość, do osi i wałków silnikowych
- 1.4301 (304) – nierdzewna, do zastosowań spożywczych i chemicznych
- 1.4404 (316L) – odporność na chlorki, do elementów morskich i medycznych
Mosiądz w frezowaniu CNC i toczeniu CNC
Mosiądz jest jednym z najłatwiej obrabialnych materiałów stosowanych w CNC. Bardzo dobrze poddaje się zarówno frezowaniu, jak i toczeniu wióry łamią się krótko, krawędzie skrawające zużywają się wolno.
Frezowanie CNC mosiądzu: Mosiądz frezuje się z wysokimi prędkościami skrawania i małymi posuwami. Materiał nie wymaga chłodzenia wystarczy strumień sprężonego powietrza do usunięcia wiórów. Doskonały do detali dekoracyjnych, złączek elektrycznych, elementów armatury.
Toczenie CNC mosiądzu: Toczenie CNC mosiądzu to domena śrub, złączek hydraulicznych, kształtek, dysz i zaworów. Krótkie wióry ułatwiają pracę automatu tokarskiego. Mosiądz pozwala na długie serie bez zmiany narzędzi, co przekłada się na niski koszt jednostkowy przy produkcji masowej.
Uwaga: Mosiądze ołowiowe (CuZn39Pb3) mają najlepszą obrabialność, ale objęte są ograniczeniami RoHS w zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych przed doborem materiału sprawdź wymagania branżowe.
Tworzywa sztuczne w frezowaniu CNC i toczeniu CNC
Coraz więcej detali realizowanych jest w CNC z tworzyw sztucznych: POM (Delrin), poliwęglan, PTFE, PA6, PEEK, HDPE. Każde z nich wymaga innego podejścia.
Frezowanie CNC tworzyw sztucznych: Tworzywa sztuczne są znacznie miększe od metali, ale stawiają inne wyzwania: skłonność do topnienia przy za wysokich temperaturach, wiotkie mocowanie, odkształcenia sprężyste. Przy frezowaniu CNC tworzyw stosuje się narzędzia z ostrą krawędzią, małe głębokości skrawania i chłodzenie sprężonym powietrzem lub mgłą wodną (bez emulsji dla niektórych tworzyw).
Toczenie CNC tworzyw sztucznych: Toczenie CNC PTFE, PA6 lub PEEK wymaga bardzo ostrych narzędzi i precyzyjnego mocowania. Tworzywa pod wpływem siły docisku uchwytu mogą się odkształcać – przy cienkościennych tuleje lub wkładkach warto zastosować specjalne oprawki lub miękkie szczęki. Toczenie tworzyw daje bardzo dobre powierzchnie i jest ekonomiczne przy seriach.
Jak dobrać materiał do projektu – praktyczne wytyczne
| Kryterium | Rekomendowany materiał |
| Niska masa + dobra wytrzymałość | Aluminium EN AW-6082 lub 7075 |
| Odporność na korozję (woda, kwasy) | Stal 1.4404 lub aluminium + anodowanie |
| Duże serie, złączki i gwinty | Mosiądz CuZn39Pb3 (jeśli dopuszcza norma) |
| Izolacja elektryczna, niskie tarcie | PTFE, PEEK lub PA6 |
| Ekstremalnie wysokie obciążenia | Stal 42CrMo4 ulepszona cieplnie |
| Elementy medyczne i spożywcze | Stal 1.4404, PEEK lub PTFE |
Podsumowanie: materiał a technologia CNC
Dobór materiału nie może być oddzielony od wyboru technologii obróbki. To, co sprawdza się w frezowaniu CNC, nie zawsze jest optymalne przy toczeniu CNC i odwrotnie. Przy projektowaniu nowego detalu warto skonsultować dobór materiału z technologiem już na wczesnym etapie, aby uniknąć kosztownych zmian po wykonaniu prototypu.
Sprawdź również: Frezowanie CNC i toczenie CNC. Kompletny przewodnik | Najczęstsze błędy w projektach pod obróbkę CNC
