Questo articolo contiene tutto ciò che è necessario sapere sulla lavorazione CNC dell'acciaio e varie considerazioni per ottenere i migliori risultati. L'acciaio è uno dei metalli più utilizzati al mondo. Si tratta di una lega di ferro in cui l'aggiunta di carbonio e altri elementi determina la specifica composizione della lega e le sue proprietà. Il contenuto di carbonio è di circa l'1-2%, e altri elementi di lega includono manganese, silicio, fosforo, zolfo e ossigeno. Ad esempio, il carbonio aumenta la durezza e la resistenza dell'acciaio; il manganese è solitamente presente per ridurre la fragilità dell'acciaio e aumentarne la resistenza.
L'acciaio e l'alluminio sono spesso i materiali preferiti per molte applicazioni in settori come quello automobilistico, aerospaziale e della robotica che richiedono componenti durevoli e ad alte prestazioni. Tuttavia, l'acciaio e l'alluminio hanno proprietà fisiche e costi completamente diversi, quindi è importante determinare quale materiale è migliore per le parti personalizzate. Uno di questi fattori determinanti è spesso il metodo di produzione e il processo scelto per le parti metalliche personalizzate è solitamente la lavorazione CNC. Quando si lavora con CNC parti metalliche, ci sono alcuni motivi principali per cui l'acciaio può essere una scelta di materiale più adatta rispetto all'alluminio. Mentre l’alluminio è molto leggero, l’acciaio è più resistente. Inoltre, l'alluminio può essere più costoso dell'acciaio. L'acciaio è facile da lavorare e saldare, offrendo così un buon equilibrio tra costo e funzionalità. Tuttavia, l’acciaio non è privo di inconvenienti. L'acciaio si ossida nel tempo e necessita di trattamenti superficiali di protezione. Pertanto, è importante valutare attentamente i diversi acciai e i rispettivi vantaggi e limiti durante il processo di selezione del materiale. Il team di Rapid Manufacturing dovrebbe conoscere ciascun acciaio per scegliere il tipo di acciaio migliore per il progetto CNC del cliente.
Tipi di acciaio con lavorazione CNC
Come forse già saprai, la lavorazione CNC di parti in acciaio è un metodo molto versatile. Tuttavia, potresti chiederti quale tipo di acciaio è il migliore per il tuo progetto e come sapere se hai scelto quello giusto. Le proprietà delle parti in acciaio lavorate a CNC che devi considerare insieme ai nostri 10 migliori tipi di acciaio per la lavorazione CNC al fine di fornire una scelta eccellente per il tuo prossimo progetto CNC per i migliori risultati. AN-Prototype riassume le caratteristiche di vari materiali di acciaio sulla base di anni di esperienza nella lavorazione CNC dell'acciaio.
Acciaio 4140
L'acciaio 4140 è un acciaio a bassa lega che contiene bassi livelli di cromo, molibdeno e manganese. Questi elementi di lega aumentano la resistenza, la duttilità e la tenacità dell'acciaio. Inoltre, il contenuto di cromo aggiunto rende l'acciaio 4140 più resistente alla corrosione. Pertanto, l'acciaio 4140 viene utilizzato in molti settori grazie alla sua buona lavorabilità e resistenza all'usura. Tuttavia, l’acciaio 4140 non è il più facile da saldare e potrebbe richiedere trattamenti termici pre e post. L'acciaio 4140 si trova spesso nelle parti in acciaio CNC utilizzate in giunti, mandrini, bulloni, dadi e parti automobilistiche.
Acciaio 4140 Proprietà meccaniche
- Snervamento a trazione (MPa): 655
- Modulo di taglio (GPa): 80
- Allungamento a rottura (%): 19
- Durezza (Brinell): 197
- Densità (g cm-3): 7.87
Acciaio 4140PH
L'acciaio 4140 PH è una versione pretemprata dell'acciaio 4140 standard con eccellenti proprietà di resistenza meccanica e durezza. Il suo pre-indurimento elimina la necessità di trattamento termico dopo la lavorazione CNC. L'acciaio 4140 PH è ideale se il trattamento termico causerebbe una deformazione inaccettabile della parte finita. Le applicazioni tipiche includono alberi, mandrini e matrici.
Proprietà meccaniche dell'acciaio 4140 PH
- Resistenza alla trazione:1241
- Modulo di taglio (GPa):80
- Allungamento a rottura (%):14
- Durezza (Brinell):429
- Densità (g/cm^3):7.8
Acciaio 4130
Rispetto ad altri acciai, l'acciaio 4130 ha più elementi di lega, tra cui ferro, carbonio, cromo, manganese, molibdeno, fosforo, silicio e zolfo. Questi elementi di lega determinano la tenacità, la lavorabilità CNC e la compatibilità termica dell'acciaio 4130. Grazie alla sua capacità di resistere a sollecitazioni elevate, l'acciaio 4130 è comunemente utilizzato in vari settori dell'edilizia. Inoltre, l'acciaio 4130 viene utilizzato anche nei supporti dei motori degli aerei. I costruttori veloci spesso preferiscono l’acciaio 4130 rispetto all’acciaio di grado aerospaziale perché è meno costoso e altrettanto efficace.
Sebbene sia facile da trattare termicamente, l'acciaio 4130 non è facile da saldare.
Proprietà meccaniche dell'acciaio 4130
- Snervamento a trazione (MPa): 460
- Modulo di taglio (GPa): 80
- Allungamento a rottura (%): 20
- Durezza (Brinell): 217
- Densità (g cm-3): 7.87
Acciaio 1018
L'acciaio 1018 è generalmente considerato un acciaio a basso tenore di carbonio e i suoi elementi leganti includono ferro, carbonio, manganese, fosforo e zolfo. Il più grande vantaggio della lavorazione CNC dell'acciaio 1018 è la sua elevata saldabilità, che lo rende la scelta predefinita per la cementazione di parti in acciaio CNC. Si tenga presente, tuttavia, che la saldatura è consigliata solo dopo la cementazione. Oltre ad essere molto facile da saldare, l'acciaio 1018 ha anche un'eccellente lavorabilità. Questa è la base per il suo utilizzo nei processi di lavorazione di precisione CNC come la tornitura CNC dell'acciaio e la fresatura CNC. In generale, l'acciaio 1018 viene spesso applicato a tiranti, mandrini, alberi e molti altri componenti dello stampo.
Lo svantaggio principale dell'acciaio 1018 è che è incompatibile con molti processi di finitura ed è relativamente costoso.
Proprietà meccaniche dell'acciaio 1018
- Snervamento a trazione (MPa): 310
- Modulo di taglio (GPa): 78
- Allungamento a rottura (%): 15
- Durezza (Brinell): 131
- Densità (g cm-3): 7.87
Acciaio 1045
L'acciaio 1045 è un acciaio a medio carbonio i cui elementi leganti sono ferro, carbonio, silicio, manganese, zolfo o fosforo. L'acciaio 1045 è uno dei gradi di acciaio più versatili utilizzati dai produttori rapidi per la lavorazione di parti in acciaio CNC. L'acciaio 1045 è forte e resistente, il che ne giustifica l'uso in molti progetti di lavorazione dell'acciaio CNC in cui la resistenza all'acqua è fondamentale. Inoltre, l'acciaio 1045 è lavorabile e saldabile, entrambe considerazioni importanti per i produttori quando lavorano l'acciaio. Le applicazioni per l'acciaio 1045 includono bulloni, ingranaggi, alberi e prigionieri. Sebbene l'acciaio 1045 sia relativamente resistente, non è consigliato per applicazioni molto impegnative a causa della sua resistenza alla trazione e temprabilità solo moderate.
Proprietà meccaniche dell'acciaio 1045
- Snervamento a trazione (MPa): 450
- Modulo di taglio (GPa): 60
- Allungamento a rottura (%): 12
- Durezza (Brinell): 170
- Densità (g cm-3): 7.87
Acciaio 1215
Gli elementi leganti dell'acciaio 1215 contengono ferro, carbonio, manganese, fosforo e zolfo. A causa del suo contenuto di zolfo relativamente elevato, l'acciaio 1215 è considerato un acciaio facile da tagliare CNC. L'acciaio 1215 forma piccoli trucioli durante la lavorazione CNC, consentendo velocità di lavorazione più elevate ed evitando grovigli nella macchina. Tuttavia, l'acciaio 1215 non è molto saldabile. Inoltre, a causa del suo contenuto di carbonio relativamente basso, non è resistente come altri tipi di acciaio. Nell'industria, l'acciaio 1215 è adatto per la produzione di prigionieri, perni, viti, giunti e raccordi per tubi flessibili.
Proprietà meccaniche dell'acciaio 1215
- Snervamento a trazione (MPa): 415
- Modulo di taglio (GPa): 80
- Allungamento a rottura (%): 10
- Durezza (Brinell): 167
- Densità (g cm-3): 7.87
Acciaio A36
L'acciaio A36 è economico e facile da saldare, quindi è un acciaio dolce molto comune. L'acciaio A36 è comunemente usato per produrre parti applicate al supporto strutturale.
Proprietà dell'acciaio A36
- Resistenza alla trazione:250
- Modulo di taglio (GPa):79.3
- Allungamento a rottura (%):20
- Durezza (Brinell):119
- Densità (g/cm^3):7.85
Acciaio per utensili A2
L'acciaio per utensili A2 è un acciaio per lavorazioni a freddo tempra in aria con buona resistenza all'usura e deformazione minima durante il trattamento termico o l'indurimento. Rispetto ad altri tipi di acciai per utensili, gli acciai A2 sono relativamente facili da lavorare con macchine CNC. L'acciaio per utensili A2 è uno dei gradi di acciaio più comunemente utilizzati per la realizzazione di utensili come punzoni, matrici di rifilatura e formatura, lame di cesoiatura e matrici.
Proprietà meccaniche dell'acciaio per utensili A2
- Resistenza alla trazione:415
- Modulo di taglio (GPa):78
- Allungamento a rottura (%):21
- Durezza: 57-62 HRC
- Densità (g/cm^3):7.86
Acciaio per utensili O1
L'acciaio O1 è un acciaio lavorato a freddo temprato ad olio. È caratterizzato da una forte resistenza all'abrasione e dalla capacità di trattenere gli spigoli vivi. Gli acciai per utensili O1 sono comunemente utilizzati nella produzione di utensili di punzonatura, taglio e stampaggio, nonché di lame e altri utensili da taglio.
Proprietà meccaniche dell'acciaio per utensili O1
- Resistenza alla trazione:400
- Modulo di taglio (GPa):77
- Allungamento a rottura (%):20
- Durezza: 63-65 HRC
- Densità (g/cm^3):7.83
Vantaggi e sfide della lavorazione CNC delle parti in acciaio
La lavorazione CNC di parti in acciaio richiede molta esperienza e abilità per ottenere ogni volta risultati affidabili. I vantaggi ottenuti dall’utilizzo di parti in acciaio spesso superano le sfide della lavorazione CNC.
Vantaggi della lavorazione CNC dell'acciaio
La maggior parte delle parti in acciaio lavorate a CNC oggi sono ben lavorabili, ovvero possono essere facilmente tagliate o formate per fornire buoni risultati. Fattori quali durezza, energia e sollecitazione di taglio possono influenzare la lavorabilità della lavorazione CNC dell'acciaio. Un altro vantaggio delle parti in acciaio delle macchine per la lavorazione CNC è che i prodotti sono altamente resistenti alla corrosione e all'usura. Inoltre, le parti in acciaio lavorate con CNC sono spesso compatibili con molte finiture superficiali.
Sfide della lavorazione CNC dell'acciaio
Nonostante i numerosi vantaggi delle parti in acciaio, ci sono ancora alcune sfide nella lavorazione CNC di parti in acciaio. Per prima cosa, non tutte le parti in acciaio sono facili da lavorare con la macchina CNC. Pertanto, ciò significa che potrebbe essere difficile utilizzare determinati gradi di acciaio per progetti CNC con geometrie complesse. Inoltre, diversi gradi di acciaio hanno diverse sensibilità al calore. Alcuni tipi di acciaio non sono adatti per parti in acciaio CNC soggette a molto calore perché potrebbero sciogliersi e deformarsi.
Trattamento dell'acciaio
Alcune delle proprietà più utili dell'acciaio derivano da ulteriori manipolazioni e lavorazioni meccaniche. Questi metodi possono essere eseguiti prima della lavorazione CNC per alterare le proprietà e rendere l'acciaio più facile da lavorare. Tieni presente che l'indurimento del materiale prima della lavorazione CNC aumenta i tempi di lavorazione e aumenta le possibilità di usura dell'utensile. L'acciaio può anche essere trattato dopo la lavorazione CNC per aumentare la resistenza o la durezza del prodotto finito. Detto questo, è importante pensare in anticipo a eventuali trattamenti pianificati da applicare per ottenere le proprietà necessarie per i trattamenti delle parti in acciaio.
Trattamento termico
Il trattamento termico si riferisce a diversi processi che comportano il controllo della temperatura dell'acciaio per alterarne le proprietà del materiale. Un esempio è la ricottura, che viene utilizzata per ridurre la durezza dell'acciaio e aumentare la duttilità, rendendo l'acciaio più facile da lavorare con la macchina CNC. Il processo di ricottura riscalda lentamente l'acciaio alla temperatura desiderata e lo mantiene lì per un periodo di tempo. Il tempo e la temperatura richiesti dipendono dalla specifica lega di acciaio e diminuiscono con l'aumentare del contenuto di carbonio. Infine, il metallo viene raffreddato lentamente in una fornace o circondato da un isolante.
Il trattamento termico di normalizzazione allevia le tensioni interne nell'acciaio, mantenendo al contempo una resistenza e una durezza superiori rispetto all'acciaio ricotto. Durante la normalizzazione, l'acciaio viene riscaldato ad alta temperatura e poi raffreddato ad aria per ottenere una maggiore durezza.
La tempra dell'acciaio è un altro processo di trattamento termico che indurisce l'acciaio e ne aumenta la resistenza, ma rende anche il materiale più fragile. Il processo di tempra prevede il riscaldamento lento dell'acciaio, il mantenimento ad alte temperature e il successivo raffreddamento rapido mediante immersione in un liquido come acqua, olio o una soluzione salina.
Il rinvenimento è un processo di trattamento termico che attenua la fragilità dell'acciaio temprato. Il rinvenimento dell'acciaio è quasi identico alla normalizzazione: si tratta di riscaldare lentamente l'acciaio fino a una temperatura selezionata, per poi raffreddarlo ad aria. La differenza sta nel fatto che la temperatura di rinvenimento è inferiore rispetto ad altri processi, il che riduce la fragilità e la durezza dell'acciaio rinvenuto.
Indurimento delle precipitazioni
L'indurimento per precipitazione aumenta la resistenza allo snervamento dell'acciaio. Alcuni tipi di acciaio inossidabile possono contenere la sigla PH nella loro denominazione, il che significa che possiedono proprietà di indurimento per precipitazione. La principale differenza tra gli acciai a indurimento per precipitazione risiede nella presenza di elementi aggiuntivi: rame, alluminio, fosforo o titanio, ecc. Per attivare le proprietà di indurimento per precipitazione, l'acciaio viene formato nella sua forma finale e successivamente sottoposto a un processo di invecchiamento. Il processo di invecchiamento riscalda il materiale per un periodo di tempo prolungato, provocando la precipitazione degli elementi aggiunti e la formazione di particelle solide di diverse dimensioni, il che aumenta la resistenza del materiale.
17-4PH (noto anche come acciaio 630) è un esempio comune di acciaio inossidabile indurente per precipitazione. La lega contiene il 17% di cromo, il 4% di nichel e il 4% di rame per favorire l'indurimento per precipitazione. A causa della maggiore durezza, resistenza ed elevata resistenza alla corrosione.
Lavorazione a freddo
Le proprietà dell'acciaio possono essere modificate anche senza applicare grandi quantità di calore. Ad esempio, gli acciai lavorati a freddo vengono resi più resistenti attraverso un processo di incrudimento. L'incrudimento si verifica quando i metalli subiscono una deformazione plastica. Questo può essere fatto intenzionalmente martellando, rotolando o trafilando il metallo. L'incrudimento può verificarsi anche involontariamente durante la lavorazione se l'utensile da taglio o il pezzo in lavorazione diventa troppo caldo. La lavorazione a freddo migliora anche la lavorabilità CNC dell'acciaio. L'acciaio dolce è molto adatto alla lavorazione a freddo.
Opzioni di finitura superficiale per parti in acciaio lavorate a CNC
Il trattamento superficiale è il processo di trattamento superficiale delle parti in acciaio dopo la lavorazione CNC e il suo scopo è migliorare la funzione e l'estetica delle parti in acciaio. Per le parti in acciaio, si applicano i seguenti trattamenti superficiali comuni.
Nichelatura: i componenti in acciaio al carbonio possono essere nichelati in modo uniforme per migliorarne la resistenza alla corrosione e all'usura. Il processo deposita uno strato di nichel dello spessore di 0.1 mm sulla superficie del componente.
Verniciatura a polvere: La verniciatura a polvere crea una finitura superficiale resistente e ha in genere uno spessore compreso tra 0.006" (0.1524 mm) e 0.012" (0.3048 mm). Poiché i componenti in acciaio sono soggetti alla ruggine, la verniciatura a polvere può ritardarne la formazione.
Carburazione: Alcuni acciai possono essere notevolmente migliorati mediante carburazione, che consiste nell'iniezione di ulteriore carbonio nella superficie, aumentando la durezza e la resistenza all'usura dei componenti in acciaio.
Rettifica: La rettifica di precisione contribuisce a rendere le parti in acciaio più lisce ed eliminare le irregolarità. Speedmakers utilizza mole abrasive per questo scopo.
Servizi di lavorazione CNC dell'acciaio di AN-Prototype
Oggi le parti in acciaio CNC sono comuni in molti settori. Prima di lavorare un acciaio con CNC, un produttore rapido deve determinare la migliore qualità di acciaio. Ciò comporta la valutazione di varie proprietà di qualità dell'acciaio rispetto alle esigenze del progetto CNC. Quando si considerano tutti i fattori, i servizi di lavorazione CNC di qualità sono della massima importanza.
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