10 مواد معدنية شائعة الاستخدام في تصنيع مخرطة CNC

في مجال التصنيع الدقيق، مخارط CNC (التحكم العددي بالكمبيوتر). ، بفضل دقتها العالية وكفاءتها العالية ومرونتها العالية، أصبحت معدات أساسية لا غنى عنها في الإنتاج الصناعي الحديث. ومع ذلك، فإن جودة تصنيع مخرطة CNC لا تعتمد فقط على دقة أداة الآلة نفسها وتطور نظام CNC، ولكن أيضًا، إلى حد كبير، على خصائص المادة التي يتم تشكيلها.

تظهر المواد المعدنية المختلفة سلوكيات مختلفة بشكل كبير أثناء التصنيع - تتمتع بعض المواد بقابلية تصنيع جيدة، مما يتيح تصنيعًا فائق السرعة؛ والبعض الآخر، بسبب قوتها العالية، أو انخفاض توصيلها الحراري، أو تفاعلها الكيميائي العالي، يشكل تحديات في التصنيع.

نظرة عامة على المواد الجدول المرجعي السريع

01 الكربون الصلب

الدرجات النموذجية: 45# فولاذ، Q235، 1045

يعد الفولاذ الكربوني أحد المواد المعدنية الأكثر استخدامًا على نطاق واسع في التصنيع الصناعي. يتراوح محتواها من الكربون من 0.02% إلى 2.11%، ويمكن تصنيفها إلى فولاذ منخفض الكربون، فولاذ متوسط ​​الكربون، وفولاذ عالي الكربون بناءً على محتواها من الكربون.

في التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، يتم استخدام الفولاذ 45# على نطاق واسع لتصنيع الأعمدة، والأقراص، والأكمام نظرًا لخصائصه الميكانيكية الشاملة الجيدة. بعد التبريد والتلطيف، يمكن أن تصل صلابة الفولاذ 45# إلى HRC28-32، مما يلبي متطلبات المزيد من الأجزاء الميكانيكية.

معلمات المعالجة الموصى بها: سرعة القطع 180-250 م/دقيقة، معدل التغذية 0.1-0.3 مم/ص، عمق القطع 1-5 مم.

• مجالات التطبيق الموصى بها: أجزاء العمود، فراغات التروس، البراغي، الشفاه

02 سبائك الصلب

الدرجات النموذجية: 40Cr، 42CrMo، 20CrMnTi

تعمل سبائك الفولاذ على تحسين خصائصها الميكانيكية والمعالجة عن طريق إضافة عناصر صناعة السبائك مثل الكروم والموليبدينوم والنيكل والمنغنيز. بالمقارنة مع الفولاذ الكربوني، فإن سبائك الفولاذ لديها قوة وصلابة ومقاومة للتآكل أعلى.

40Cr هو الفولاذ الهيكلي الأكثر استخدامًا في الصين. بعد التبريد والتلطيف، فإنه يتمتع بخصائص ميكانيكية شاملة جيدة وصلابة جيدة، مما يجعله مناسبًا لتصنيع الأجزاء المهمة ذات المقاطع العرضية المتوسطة. 42CrMo، نظرًا لقوته الجيدة في درجات الحرارة العالية ومقاومته للزحف، غالبًا ما يستخدم في الأجزاء الرئيسية في صناعات السيارات والفضاء.

عند قطع سبائك الفولاذ، يوصى باستخدام أدوات قطع الكربيد بسرعة قطع تتراوح بين 100-180 م/دقيقة. تأكد من التبريد المناسب لإطالة عمر الأداة.

• التطبيقات الموصى بها: أعمدة القيادة، أعمدة الكرنك، قضبان التوصيل، البراغي عالية القوة

03 الفولاذ المقاوم للصدأ

الدرجات النموذجية: 304، 316 ل، 303، 430

يستخدم الفولاذ المقاوم للصدأ على نطاق واسع في الآلات الغذائية والأجهزة الطبية والمعدات الكيميائية وتزيين المباني نظرًا لمقاومته الجيدة للتآكل وسطحه الجميل.

يتمتع الفولاذ المقاوم للصدأ بقابلية تصنيع ضعيفة، ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في قوى القطع العالية، والتوصيل الحراري المنخفض، والميل إلى العمل على التصلب والتصاق الأدوات. عند تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ 304، استخدم إدراجات كربيد ذات محتوى عالي من الكوبالت (مثل YG8)، وسرعة قطع تتراوح بين 60-100 م/دقيقة، ومعدل تغذية يتراوح بين 0.08-0.15 مم/ص، وسائل قطع كافٍ.

يتمتع 316L بمقاومة أقوى للتآكل بسبب وجود الموليبدينوم وغالبًا ما يستخدم في البيئات البحرية والصناعة الكيميائية، ولكنه أكثر صعوبة في الماكينة ويتطلب انخفاضًا بنسبة 15-20٪ في سرعة القطع.

• مجالات التطبيق الموصى بها: الصمامات والمضخات والأجهزة الطبية وقطع غيار المعدات الغذائية

04 سبائك الألومنيوم

الدرجات النموذجية: 6061، 7075، 2024، 6063

سبائك الألومنيوم هي المواد المعدنية الأكثر استخداما على نطاق واسع بعد الفولاذ. تبلغ كثافتها ثلث كثافة الفولاذ فقط، لكن قوتها يمكن أن تصل إلى مستوى الفولاذ العادي، وتتميز بمقاومة جيدة للتآكل والتوصيل الكهربائي.

تتميز سبائك الألومنيوم بقابلية تصنيع جيدة، مما يسمح بالقطع بسرعة عالية. عند معالجة سبائك الألومنيوم 6061، يمكن أن تصل سرعات القطع إلى 400-1000 م/دقيقة، مع معدلات تغذية تبلغ 0.1-0.5 مم/ص. يوصى باستخدام أدوات قطع سبائك الألومنيوم المخصصة (زاوية مشط كبيرة، وحدة حافة عالية)، واستخدام سائل القطع القابل للذوبان في الماء أو القطع الجاف.

يستخدم الألومنيوم الفضائي 7075، نظرًا لقوته العالية جدًا (يمكن أن تصل قوة الشد إلى أكثر من 500 ميجا باسكال)، على نطاق واسع في مجال الطيران، لكن تصنيعه أصعب قليلاً من سلسلة 6061، مما يتطلب انخفاضًا طفيفًا في سرعة القطع.

• مجالات التطبيق الموصى بها: قطع غيار السيارات والأغلفة الإلكترونية ومكونات الدراجات

05 سبائك النحاس

الدرجات النموذجية: H59، H62 نحاس، QSn6-6-3 قصدير برونزي

تشمل سبائك النحاس النحاس والبرونز والنيكل والعديد من الأصناف الأخرى. نظرًا للتوصيل الكهربائي والحراري الجيد ومقاومتها للتآكل، فإنها تستخدم على نطاق واسع في الصناعات الكهربائية والأجهزة وبناء السفن.

يتمتع النحاس المحتوي على الرصاص (مثل HPb59-1) بقابلية تصنيع جيدة بين سبائك النحاس ويُعرف باسم "سبائك النحاس التي يمكن تصنيعها مجانًا". يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 300-500 م/دقيقة، ويمكن أن تصل خشونة السطح بسهولة إلى أقل من Ra 0.8 μm. يحل النحاس الخالي من الرصاص محل الأصناف المحتوية على الرصاص تدريجيًا بسبب المتطلبات البيئية، ولكن قابليته للتصنيع تقل قليلاً.

عند تصنيع سبائك النحاس، يجب استخدام زاوية مشط أكبر (15-20 درجة)، بالإضافة إلى حافة قطع حادة، للحصول على جودة سطح جيدة. لاحظ أن سبائك النحاس عرضة لتكوين الحواف المتراكمة؛ يوصى بزيادة سرعة القطع.

• مجالات التطبيق الموصى بها: المكونات الموصلة والصمامات والمحامل وأجزاء الأجهزة الدقيقة

06 سبائك التيتانيوم

الدرجات النموذجية: TC4 (Ti-6Al-4V)، TC11، TA2

تمتلك سبائك التيتانيوم مزايا مثل الكثافة المنخفضة (حوالي 4.5 جم/سم مكعب)، والقوة العالية، والمقاومة الجيدة للتآكل، مما يجعلها مواد مهمة لصناعة الطيران، والمزروعات الطبية، والسلع الرياضية المتطورة. TC4 هي سبيكة التيتانيوم الأكثر استخدامًا على نطاق واسع، حيث تجمع بين القوة العالية والقدرة الجيدة على التصنيع.

يعد تصنيع سبائك التيتانيوم أمرًا صعبًا للغاية، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن موصليتها الحرارية تبلغ 1/7 فقط من الحديد، ومعامل مرونة منخفض (عرضة للاهتزاز)، وتفاعل كيميائي عالي (يلتصق بسهولة بأدوات القطع). عند تصنيع TC4، يجب التحكم في سرعة القطع بين 30 و80 م/دقيقة، مما يتطلب استخدام كمية كبيرة من سائل القطع عالي الضغط واختيار أدوات قطع الكربيد الدقيقة مع طلاء PVD.

استراتيجية التصنيع: استخدم الطحن المتسلق لتقليل عرض القطع وزيادة عمق القطع، وتجنب بقاء الأداة على سطح الآلة لمنع ارتفاع درجة حرارة قطعة العمل.

• مجالات التطبيق الموصى بها: يزرع الطبية، معدات أعماق البحار

07 الحديد الزهر

الدرجات النموذجية: HT200 حديد الزهر الرمادي، QT600 حديد الزهر المرن، حديد الزهر القابل للطرق

الحديد الزهر عبارة عن سبيكة من الحديد والكربون تحتوي على نسبة كربون أكبر من 2.11%، ويتم تصنيفها إلى حديد الزهر الرمادي، وحديد الزهر المرن، وحديد الزهر الأبيض، وحديد الزهر القابل للطرق، وحديد الزهر الجرافيت الدودي، وما إلى ذلك. نظرًا لقابليتها الجيدة للصب، وتخميد الاهتزاز، ومقاومة التآكل، يتم استخدام الحديد الزهر على نطاق واسع في أسِرَّة الأدوات الآلية، وكتل المحركات، وما إلى ذلك.

عند معالجة الحديد الزهر الرمادي، نظرًا لوجود الجرافيت الخاص به في شكل رقائق، يتم تجزئة القطع، مما يجعله أقل عرضة لتكوين الحواف المتراكمة، مما يؤدي إلى إمكانية تصنيع جيدة. يمكن أن تصل سرعة القطع إلى 100-200 م/دقيقة، وعادة ما يتم استخدام القطع الجاف أو تبريد الهواء المضغوط، مع تجنب استخدام سائل القطع (لمنع التكسير الحراري).

الحديد الزهر المرن، نظرًا لأن الجرافيت كروي، فقد زاد من المتانة بشكل كبير، مما يجعل تصنيعه أكثر صعوبة من الحديد الزهر الرمادي، على غرار تصنيع الفولاذ منخفض السبائك. يتطلب تقليل سرعة القطع بشكل مناسب واستخدام طلاء الأداة.

• التطبيقات الموصى بها: أدلة الآلة، كتل المحرك ورؤوس الأسطوانات، أقراص المكابح، أغلفة المضخات

08 السبائك الفائقة القائمة على النيكل

الدرجات النموذجية: إنكونيل 718، واسبالوي، GH4169

تحافظ السبائك الفائقة القائمة على النيكل على خواص ميكانيكية جيدة ومقاومة للأكسدة عند درجات الحرارة المرتفعة، مما يجعلها مواد لا يمكن استبدالها للمكونات عالية الحرارة مثل شفرات التوربينات وغرف الاحتراق في محركات الطائرات. إن Inconel 718 هو حاليًا السبائك الفائقة المطاوع الأكثر استخدامًا.

تعد معالجة السبائك الفائقة واحدة من المهام الأكثر تحديًا في قطع المعادن. إنها تتميز بميل قوي إلى تصلب العمل، توصيل حراري ضعيف، وقوى قطع 2-3 أضعاف الفولاذ 45#، مما يؤدي إلى تآكل شديد للأدوات. عند تصنيع Inconel 718، تكون سرعات القطع 20-40 م/دقيقة فقط، مما يتطلب استخدام أدوات السيراميك أو CBN والتبريد عالي الضغط (50-100 بار).

أحدث الاتجاهات: إن اعتماد عمليات جديدة مثل الطحن عالي السرعة بدلاً من الخراطة والقطع بمساعدة الموجات فوق الصوتية يمكن أن يزيد من كفاءة المعالجة بنسبة 30-50% ويطيل عمر الأداة بمقدار 2-3 مرات.

• مجالات التطبيق الموصى بها: معدات الطاقة النووية والمعدات البتروكيماوية

09 أداة ويموت الصلب

الدرجات النموذجية: يتم استخدام فولاذ الأدوات P20، H13، D2، SKD11 على نطاق واسع في تصنيع القوالب المختلفة (قوالب الحقن، قوالب الصب، قوالب الحدادة). يحتاج فولاذ أدوات العمل الساخن (مثل H13) إلى العمل في بيئات ذات درجة حرارة عالية وضغط مرتفع، بينما يتطلب فولاذ أدوات العمل البارد (مثل D2) مقاومة تآكل عالية للغاية.

يشير الخراطة/الطحن الصلب إلى عملية قطع المواد ذات صلابة HRC45 أو أعلى، وهو بديل فعال للطحن التقليدي. عند تصنيع الفولاذ القالب HRC58 D2، يجب استخدام مدخلات CBN، مع سرعة قطع تتراوح بين 100-150 م/دقيقة، ومعدل تغذية 0.05-0.1 مم/ص، وعمق قطع صغير (0.1-0.5 مم)، وقطع جاف أو الحد الأدنى من التشحيم.

مزايا التحول الصعب: يمكن إكمال المعالجة الدقيقة للأقطار الداخلية والخارجية والأوجه النهائية في إعداد واحد، مع التحكم في تفاوتات الشكل والموضع في حدود 5 ميكرومتر، وخشونة السطح Ra البالغة 0.4 ميكرومتر، وكفاءة أعلى 3-5 مرات من الطحن.

• مجالات التطبيق الموصى بها: قوالب الحقن، قوالب الصب، قوالب الختم، تصنيع الأدوات

10 سبائك المغنيسيوم

الدرجات النموذجية: AZ31، AZ91، ZK60

تعد سبائك المغنيسيوم حاليًا أخف المواد الإنشائية المعدنية المستخدمة في التطبيقات الهندسية. تبلغ كثافتها 2/3 فقط من كثافة سبائك الألومنيوم و1/4 من كثافة الفولاذ، وتمتلك خصائص جيدة لتخميد الاهتزاز والحماية الكهرومغناطيسية. يستمر الطلب في النمو في مجالات وزن السيارات والإلكترونيات 3C والفضاء.

تتميز سبائك المغنيسيوم بقابلية تصنيع جيدة، وقوة قطع منخفضة، وسرعات قطع تصل إلى 600-1000 م/دقيقة، مما يؤدي إلى كفاءة تصنيع عالية للغاية. ومع ذلك، فإن أكبر خطر على السلامة المرتبط بسبائك المغنيسيوم هو قابلية الرقائق للاشتعال. الاتصال بين رقائق المغنيسيوم والماء أو الهواء يمكن أن يسبب الاحتراق أو حتى الانفجار. لذلك، يجب استخدام سائل القطع المخصص (المعتمد على الزيوت المعدنية) أو القطع الجاف مع نفخ الغاز بمعدل تدفق عالٍ أثناء التشغيل الآلي. يمنع منعا باتا استخدام سوائل القطع ذات الأساس المائي.

تدابير السلامة في ورشة العمل: تجهيز الورش بالرمال الجافة أو طفايات الحريق المعدنية المخصصة (يمنع استخدام طفايات الحريق التي تستخدم الماء وثاني أكسيد الكربون). تنظيف الرقائق على الفور لمنع التراكم.

• مجالات التطبيق الموصى بها: علب نقل السيارات وأغلفة الكمبيوتر المحمول

اتجاهات الصناعة وتوقعات التكنولوجيا

مع تسريع الصناعة التحويلية تحولها نحو التصنيع الذكي والأخضر، فإن معالجة المعادن بمخرطة CNC يُظهر هذا المجال اتجاهات التطوير المهمة التالية:

• 1. اعتماد واسع النطاق لتكنولوجيا القطع عالي السرعة (HSC): تجاوزت سرعات القطع لمواد السبائك الخفيفة، مثل سبائك الألومنيوم، 1000 م/دقيقة، مما أدى إلى تحسين كفاءة المعالجة بشكل كبير.
• 2. اختراقات في تصنيع المواد التي يصعب تصنيعها: حققت العمليات الجديدة مثل القطع بمساعدة الاهتزاز بالموجات فوق الصوتية وقطع التبريد المبرد (النيتروجين السائل / ثاني أكسيد الكربون) نتائج مهمة في تصنيع سبائك التيتانيوم والسبائك ذات درجة الحرارة العالية.
• 3. زيادة المتطلبات للتصنيع الأخضر: أصبحت حلول التصنيع الخضراء مثل سبائك النحاس الخالية من الرصاص وسوائل القطع ذات الأساس المائي التي تحل محل الزيوت المعدنية من الخيارات السائدة.
• 4. تحسين العمليات بمساعدة الذكاء الاصطناعي: يمكن لأنظمة تحسين معلمات القطع الأوتوماتيكية المستندة إلى البيانات الكبيرة والذكاء الاصطناعي ضبط استراتيجيات المعالجة في الوقت الفعلي وفقًا لاختلافات الدُفعات في المواد، مما يقلل بشكل كبير من معدلات الخردة.
• 5. ظهور مراكز التصنيع المركبة: تعمل طرق المعالجة المتكاملة متعددة العمليات مثل الطحن والخراطة والتصنيع الإضافي/الطرحي على تقليل عدد عمليات تثبيت الأجزاء بشكل كبير وتحسين دقة المعالجة للأجزاء المعقدة.