Tento článek obsahuje vše, co potřebujete vědět CNC obrábění oceli a různé úvahy pro dosažení nejlepších výsledků. Ocel je dnes jedním z nejpoužívanějších kovů na světě. Ocel je slitina železa, ve které přísady uhlíku a dalších prvků určují specifickou slitinu oceli a její vlastnosti. Obsah uhlíku je asi 1%-2% a další legující prvky zahrnují mangan, křemík, fosfor, síru a kyslík. Například uhlík zvyšuje tvrdost a pevnost oceli; mangan je obvykle přítomen za účelem snížení křehkosti oceli a zvýšení její pevnosti.
Ocel a hliník jsou často materiály volby pro mnoho aplikací v průmyslových odvětvích, jako je automobilový průmysl, letectví a robotika, které vyžadují vysoce výkonné a odolné díly. Ocel a hliník však mají zcela odlišné fyzikální vlastnosti a náklady, takže je důležité určit, který materiál je pro zakázkové díly lepší. Jedním z těchto určujících faktorů je často způsob výroby a procesem volby pro zakázkové kovové díly je obvykle CNC obrábění. Při CNC obrábění kovových dílů existuje několik klíčových důvodů, proč může být ocel vhodnější volbou materiálu než hliník. Zatímco hliník je velmi lehký, ocel je pevnější. A co víc, hliník může být dražší než ocel. Ocel se snadno obrábí a svařuje, čímž poskytuje dobrou rovnováhu mezi cenou a funkčností. Ocel však není bez nevýhod. Ocel postupem času oxiduje a pro ochranu vyžaduje povrchové úpravy. Proto je důležité během procesu výběru materiálu pečlivě vyhodnotit různé oceli a jejich příslušné výhody a omezení. Tým Rapid Manufacturing by měl mít znalosti o každé oceli, aby mohl vybrat nejlepší typ oceli pro CNC projekt klienta.
CNC obrábění typů oceli
Jak již možná víte, CNC obrábění ocelových dílů je velmi univerzální metodou. Možná se však ptáte, jaký typ oceli je pro váš projekt nejlepší a jak poznat, zda jste vybrali tu správnou. Vlastnosti CNC obráběných ocelových dílů, které musíte vzít v úvahu spolu s našimi top 10 typy ocelí pro CNC obrábění, abyste poskytli vynikající volbu pro váš příští CNC projekt pro nejlepší výsledky. AN-Prototype shrnuje vlastnosti různých ocelových materiálů na základě dlouholetých zkušeností s CNC obráběním oceli.
Ocel 4140
Ocel 4140 je nízkolegovaná ocel, která obsahuje nízké hladiny chrómu, molybdenu a manganu. Tyto legující prvky zvyšují pevnost, tažnost a houževnatost oceli. Navíc díky přidanému obsahu chrómu je ocel 4140 odolnější vůči korozi. Proto se ocel 4140 používá v mnoha průmyslových odvětvích díky své dobré obrobitelnosti a odolnosti proti opotřebení. Svařování oceli 4140 však není nejjednodušší a může vyžadovat předběžné a následné tepelné zpracování. Ocel 4140 se často vyskytuje v CNC ocelových dílech používaných ve spojkách, vřetenech, šroubech, maticích a automobilových součástech.
Ocel 4140 Mechanické vlastnosti
- Mez kluzu (MPa): 655
- Modul ve smyku (GPa): 80
- Prodloužení při přetržení (%): 19
- Tvrdost (Brinell): 197
- Hustota (g cm-3): 7.87
Ocel 4140 PH
Ocel 4140 PH je předkalená verze standardní oceli 4140 s vynikajícími vlastnostmi mechanické pevnosti a tvrdosti. Jeho předkalení eliminuje potřebu tepelného zpracování po CNC obrábění. Ocel 4140 PH je ideální, pokud by tepelné zpracování způsobilo nepřijatelnou deformaci hotové součásti. Typické aplikace zahrnují hřídele, trny a zápustky.
Mechanické vlastnosti oceli 4140 PH
- Pevnost v tahu:1241
- Modul smyku (GPa):80
- Prodloužení při přetržení (%): 14
- Tvrdost (Brinell): 429
- Hustota (g/cm^3): 7.8
Ocel 4130
Ocel 4130 má ve srovnání s jinými oceli více slitinových prvků, včetně železa, uhlíku, chrómu, manganu, molybdenu, fosforu, křemíku a síry. Tyto legující prvky určují houževnatost, CNC obrobitelnost a tepelnou kompatibilitu oceli 4130. Díky své schopnosti odolávat vysokému namáhání se ocel 4130 běžně používá v různých stavebních odvětvích. Kromě toho se ocel 4130 používá také v držákech leteckých motorů. Rychlí stavitelé často dávají přednost oceli 4130 před ocelí letecké třídy, protože je levnější a stejně účinná.
Přestože se ocel 4130 snadno tepelně zpracovává, není snadné ji svařovat.
Mechanické vlastnosti oceli 4130
- Mez kluzu (MPa): 460
- Modul ve smyku (GPa): 80
- Prodloužení při přetržení (%): 20
- Tvrdost (Brinell): 217
- Hustota (g cm-3): 7.87
Ocel 1018
Ocel 1018 je obecně považována za nízkouhlíkovou ocel a mezi její legující prvky patří železo, uhlík, mangan, fosfor a síra. Největší výhodou CNC obrábění oceli 1018 je její vysoká svařitelnost, díky čemuž je výchozí volbou pro nauhličování CNC ocelových dílů. Pamatujte však, že svařování se doporučuje až po nauhličování. Kromě toho, že se ocel 1018 velmi snadno svařuje, má také vynikající obrobitelnost. To je základem pro jeho použití v procesech CNC přesného obrábění, jako je CNC soustružení oceli a CNC frézování. Obecně se ocel 1018 často používá na spojovací tyče, trny, hřídele a mnoho dalších součástí forem.
Hlavní nevýhodou oceli 1018 je, že je neslučitelná s mnoha dokončovacími procesy a je poměrně drahá.
Mechanické vlastnosti oceli 1018
- Mez kluzu (MPa): 310
- Modul ve smyku (GPa): 78
- Prodloužení při přetržení (%): 15
- Tvrdost (Brinell): 131
- Hustota (g cm-3): 7.87
Ocel 1045
Ocel 1045 je středně uhlíková ocel, jejíž legujícími prvky jsou železo, uhlík, křemík, mangan, síra nebo fosfor. Ocel 1045 je jednou z nejuniverzálnějších jakostí oceli používaných rychlými výrobci pro obrábění CNC ocelových dílů. Ocel 1045 je pevná a houževnatá, což ospravedlňuje její použití v mnoha projektech CNC obrábění oceli, kde je kritická odolnost vůči vodě. Ocel 1045 je navíc obrobitelná a svařitelná, což je pro výrobce důležité při obrábění oceli. Aplikace pro ocel 1045 zahrnují šrouby, ozubená kola, hřídele a čepy. Ačkoli je ocel 1045 relativně pevná, nedoporučuje se pro velmi pevné aplikace kvůli její pouze střední pevnosti v tahu a prokalitelnosti.
Mechanické vlastnosti oceli 1045
- Mez kluzu (MPa): 450
- Modul ve smyku (GPa): 60
- Prodloužení při přetržení (%): 12
- Tvrdost (Brinell): 170
- Hustota (g cm-3): 7.87
Ocel 1215
Legující prvky oceli 1215 obsahují železo, uhlík, mangan, fosfor a síru. Díky relativně vysokému obsahu síry je ocel 1215 považována za snadnou CNC obráběnou ocel. Ocel 1215 tvoří malé třísky během CNC obrábění, což umožňuje vyšší rychlost obrábění a zabraňuje zamotávání do stroje. Ocel 1215 však není příliš svařitelná. Také díky relativně nízkému obsahu uhlíku není tak pevná jako jiné třídy oceli. V průmyslu je ocel 1215 vhodná pro výrobu svorníků, kolíků, šroubů, spojek a hadicových armatur.
Mechanické vlastnosti oceli 1215
- Mez kluzu (MPa): 415
- Modul ve smyku (GPa): 80
- Prodloužení při přetržení (%): 10
- Tvrdost (Brinell): 167
- Hustota (g cm-3): 7.87
Ocel A36
Ocel A36 je levná a snadno se svařuje, jde tedy o velmi běžnou měkkou ocel. Ocel A36 se běžně používá k výrobě dílů aplikovaných na nosnou konstrukci.
Vlastnosti oceli A36
- Pevnost v tahu:250
- Modul smyku (GPa):79.3
- Prodloužení při přetržení (%): 20
- Tvrdost (Brinell): 119
- Hustota (g/cm^3): 7.85
Nástrojová ocel A2
Nástrojová ocel A2 je vzduchem kalitelná ocel pro tváření za studena s dobrou odolností proti opotřebení a minimální deformací při tepelném zpracování nebo kalení. Ve srovnání s jinými typy nástrojových ocelí lze oceli A2 poměrně snadno obrábět CNC. Nástrojová ocel A2 je jednou z nejběžněji používaných jakostí oceli pro výrobu nástrojů, jako jsou razníky, ořezové a tvářecí matrice, stříhací čepele a matrice.
Mechanické vlastnosti nástrojové oceli A2
- Pevnost v tahu:415
- Modul smyku (GPa):78
- Prodloužení při přetržení (%): 21
- Tvrdost: 57-62 HRC
- Hustota (g/cm^3): 7.86
Nástrojová ocel O1
O1 ocel je v oleji kalená ocel za studena. Vyznačuje se silnou odolností proti oděru a schopností udržet ostré hrany. Nástrojové oceli O1 se běžně používají při výrobě děrovacích, řezných a lisovacích nástrojů, jakož i čepelí a dalších řezných nástrojů.
Mechanické vlastnosti nástrojové oceli O1
- Pevnost v tahu:400
- Modul smyku (GPa):77
- Prodloužení při přetržení (%): 20
- Tvrdost: 63-65 HRC
- Hustota (g/cm^3): 7.83
Výhody a výzvy CNC obrábění ocelových dílů
CNC obrábění ocelových dílů vyžaduje mnoho zkušeností a dovedností, aby bylo pokaždé dosaženo spolehlivých výsledků. Výhody získané použitím ocelových dílů často převažují nad výzvami CNC obrábění.
Výhody CNC obrábění oceli
Většina CNC obráběných ocelových dílů je dnes dobře obrobitelná, tj. lze je snadno řezat nebo tvarovat pro dosažení dobrých výsledků. Faktory jako tvrdost, energie a smykové napětí mohou ovlivnit obrobitelnost CNC obrábění oceli. Další výhodou CNC obráběcích strojních dílů z oceli je, že výrobky jsou vysoce odolné vůči korozi a opotřebení. Kromě toho jsou ocelové díly pro CNC obrábění často kompatibilní s mnoha povrchovými úpravami.
Výzvy CNC obrábění oceli
Navzdory mnoha výhodám ocelových dílů stále existují určité problémy při CNC obrábění ocelových dílů. Za prvé, ne všechny ocelové díly lze snadno obrábět na CNC. To znamená, že může být obtížné použít určité třídy oceli pro CNC projekty se složitou geometrií. Kromě toho mají různé třídy oceli různou tepelnou citlivost. Některé druhy oceli nejsou vhodné pro CNC ocelové díly, které jsou vystaveny velkému teplu, protože se mohou roztavit a deformovat.
Opracování oceli
Některé z nejužitečnějších vlastností oceli pocházejí z dodatečné manipulace a obrábění. Tyto metody lze provést před CNC obráběním, aby se změnily vlastnosti a usnadnilo se obrábění oceli. Mějte na paměti, že kalení materiálu před CNC obráběním prodlužuje dobu obrábění a zvyšuje pravděpodobnost opotřebení nástroje. Ocel lze také upravovat po CNC obrábění pro zvýšení pevnosti nebo tvrdosti hotového výrobku. To znamená, že je důležité předem přemýšlet o všech plánovaných úpravách, které musíte použít, abyste dosáhli nezbytných vlastností pro úpravy ocelových dílů.
Tepelné zpracování
Tepelné zpracování se týká několika různých procesů, které zahrnují řízení teploty oceli za účelem změny jejích materiálových vlastností. Příkladem je žíhání, které se používá ke snížení tvrdosti oceli a zvýšení tažnosti, čímž se ocel snáze obrábí CNC. Proces žíhání pomalu ohřívá ocel na požadovanou teplotu a udržuje ji tam po určitou dobu. Potřebná doba a teplota závisí na konkrétní slitině oceli a klesají se zvyšujícím se obsahem uhlíku. Nakonec se kov pomalu ochladí v peci nebo se obklopí izolací.
Normalizační tepelné zpracování uvolňuje vnitřní pnutí v oceli při zachování vyšší pevnosti a tvrdosti než u oceli žíhané. Během normalizace se ocel zahřeje na vysokou teplotu a následně se ochladí vzduchem pro dosažení vyšší tvrdosti.
Kalící ocel je další proces tepelného zpracování, který kalí ocel a také zvyšuje pevnost, ale také činí materiál křehčím. Proces kalení zahrnuje pomalé zahřívání oceli, namáčení při vysokých teplotách a rychlé ochlazení ponořením do kapaliny, jako je voda, olej nebo roztok solanky.
Tepelné zpracování temperováním proces ke zmírnění části křehkosti produkované kalenou ocelí. Popouštění oceli je téměř totožné s normalizací: pomalé zahřívání na zvolenou teplotu a následné chlazení oceli vzduchem. Rozdíl je v tom, že teplota popouštění je nižší než u jiných procesů, což snižuje křehkost a tvrdost popouštěné oceli.
Srážkové kalení
Srážkové kalení zvyšuje mez kluzu oceli. Některé druhy nerezové oceli mohou ve svém označení obsahovat PH, což znamená, že mají vlastnosti precipitačního vytvrzování. Hlavní rozdíl mezi precipitačně vytvrzovanými ocelemi je v tom, že obsahují další prvky: měď, hliník, fosfor nebo titan atd. Pro aktivaci precipitačně vytvrzovaných vlastností je ocel vytvarována do konečného tvaru a následně podstoupí proces stárnutí. Proces vytvrzování stárnutím zahřívá materiál po delší dobu, což způsobí srážení přidaných prvků a vytváření pevných částic různých velikostí, což zvyšuje pevnost materiálu.
17-4PH (také známá jako ocel 630) je běžným příkladem precipitačně kalené nerezové oceli. Slitina obsahuje 17 % chrómu, 4 % niklu a 4 % mědi pro usnadnění precipitačního vytvrzování. Díky zvýšené tvrdosti, pevnosti a vysoké odolnosti proti korozi.
Práce za studena
Vlastnosti oceli lze také měnit bez použití velkého množství tepla. Například oceli opracované za studena se zpevňují procesem mechanického kalení. K mechanickému zpevnění dochází, když kovy podléhají plastické deformaci. To lze provést záměrně kladivem, válcováním nebo tažením kovu. K mechanickému zpevnění může dojít také neúmyslně během obrábění, pokud se řezný nástroj nebo obrobek příliš zahřeje. Opracování za studena také zlepšuje CNC obrobitelnost oceli. Měkká ocel je velmi vhodná pro zpracování za studena.
Možnosti povrchové úpravy pro CNC obrábění ocelových dílů
Povrchová úprava je proces povrchové úpravy ocelových dílů po CNC obrábění a jeho účelem je zlepšit funkci a estetiku ocelových dílů. U ocelových dílů jsou následující běžné povrchové úpravy, které platí.
Niklování: Části z uhlíkové oceli mohou být rovnoměrně pokoveny niklem, aby se zlepšila jejich odolnost proti korozi a opotřebení. Proces nanáší na povrch součásti 0.1 mm silnou vrstvu niklu.
Práškový kabát: Práškový lak vytváří silnou povrchovou úpravu a má obvykle tloušťku mezi 0.006" (0.1524 mm) a 0.012" (0.3048 mm). Protože ocelové díly jsou náchylné ke korozi, práškové lakování může zpomalit korozi.
Nauhličování: Některé oceli lze výrazně zlepšit nauhličením, což je vstřikování dalšího uhlíku do povrchu, čímž se zvyšuje tvrdost a odolnost ocelových dílů proti opotřebení.
Broušení:Přesné broušení pomáhá ocelovým dílům mít hladší povrch a eliminovat nerovnosti. Speedmakers k tomu používají brusné kotouče.
Služby CNC obrábění oceli společnosti AN-Prototype
CNC ocelové díly jsou dnes běžné v mnoha průmyslových odvětvích. Před CNC obráběním oceli musí rychlý výrobce určit nejlepší jakost oceli. To zahrnuje hodnocení vlastností různých jakostí oceli podle potřeb projektu CNC. Když se zváží všechny faktory, kvalitní služby CNC obrábění jsou nanejvýš důležité.
V AN-Prototype máme specializované specialisty na CNC obrábění oceli, kteří zvládnou všechny vaše služby CNC obrábění oceli. Můžeme zaručit přesnost, kvalitu a hospodárnost komponent vašeho projektu. Konkrétně se zabýváme CNC frézováním oceli, soustružením, broušením, EDM a drátovým EDM. Nahrajte svůj soubor CAD nyní pro individuální podporu a ozvěte se do 12 hodin.