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La lavorazione a controllo numerico computerizzato (CNC) è un processo rapido, efficiente, accurato e versatile. Questo metodo di produzione è compatibile con un’ampia gamma di materiali duri e morbidi, inclusi metalli, plastica, semiconduttori, elastomeri. Viene utilizzato sia nella prototipazione che per la produzione di prodotti finiti completamente funzionali. La buona riuscita di un progetto di lavorazione CNC e la funzionalità del pezzo prodotto dipendono in modo significativo dal materiale utilizzato. Questo è il motivo per cui la scelta dei materiali è un passaggio essenziale nella produzione CNC che deve essere eseguito con attenzione.
Diversi fattori e requisiti determinano il materiale adatto per un progetto di lavorazione CNC. Vi serve, ad esempio un materiale con ottime proprietà meccaniche? La priorità è, invece, sull’alta velocità di produzione? Molto spesso, la considerazione di numerosi fattori determina l’idoneità di un materiale. I seguenti fattori non sono esaurienti, ma stabiliranno una solida base nella scelta dei materiali per la lavorazione CNC.
Processo di selezione dei Materiali
Per riuscire a scegliere il miglior materiale possibile per la lavorazione CNC, potete seguire questi passaggi fondamentali:
- Passo 1 – Determinare i requisiti di materiale. Considerate le caratteristiche come funzionalità, proprietà elettriche, resistenza e durezza che il materiale dovrebbe possedere per essere il candidato più adatto al vostro disegno. Inoltre, prendere in considerazione l’ambiente operativo in cui verrà utilizzata la parte e le condizioni a cui sarà esposta.
- Passo 2 – Identificare potenziali opzioni di materiale. Ordinate tutti i materiali adatti in base alle vostre esigenze, comprese le specifiche del vostro disegno.
- Passo 3 – Selezionare il materiale più appropriato. Scegliete il materiale che soddisfa il maggior numero di esigenze. A volte è necessario trovare un compromesso, ad esempio un materiale con una buona lavorabilità rispetto a uno più economico per garantire la qualità del pezzo.
Guida alla selezione dei materiali per la lavorazione CNC
Ecco i fattori più importanti da prendere in considerazione quando si seleziona il materiale giusto per i progetti di lavorazione CNC.
Applicazione della parte
Questa è una delle considerazioni più essenziali e più importanti da fare nella scelta del materiale per la produzione CNC. Applicazioni diverse richiedono materiali diversi. Un componente prodotto per applicazioni aerospaziali deve essere leggero rispetto ad uno utilizzato per la costruzione di supporti strutturali. Ad esempio, l’alluminio 3.3211 è comunemente usato nell’industria aerospaziale per il suo buon rapporto resistenza/peso.
L’area di applicazione determinerà le proprietà fisiche del materiale come resistenza alla trazione, rapporto resistenza-peso, resistenza alla rottura, rigidità o flessibilità. Generalmente, i materiali più pesanti resistono a maggiori sollecitazioni, ma in applicazioni sensibili al peso, devono essere utilizzati materiali più leggeri con un buon rapporto resistenza-peso. Gli acciai 1.0503 e 1.0038 sono materiali relativamente pesanti, rispetto alle leghe di alluminio più leggere come l’alluminio 3.3206.
Ambiente operativo
L’ambiente in cui verrà utilizzata la parte è un fattore critico nella scelta del materiale. Le condizioni operative includono la temperatura, le sostanze chimiche aggressive, l’esposizione ai raggi UV, il contatto continuo con l’acqua e persino l’esposizione alle fiamme. Qualsiasi materiale selezionato deve avere la sua temperatura di fusione al di sopra della temperatura di esercizio. In caso contrario, il pezzo potrebbe subire variazioni strutturali se esposto all’elevata temperatura di esercizio.
Inoltre, la parte selezionata deve essere in grado di resistere al calore che proviene dalle lavorazioni. L’acciaio 1.4404 ha una grande resistenza al calore, fino a 861°C. È facile prevedere le condizioni di temperatura o l’umidità a cui un materiale sarà esposto nell’uso interno con un certo grado di precisione. Con questo, la scelta di un materiale diventa più semplice.
Tuttavia, nelle applicazioni per esterni, è meglio selezionare materiali come gli acciai inossidabili che possono resistere a grandi concentrazioni di umidità e ruggine, pur mantenendo il loro aspetto fisico e la loro struttura. Inoltre, è più probabile che si verifichino variazioni meteorologiche estreme all’aperto; ciò potrebbe causare deformazioni strutturali in alcuni materiali.
Stabilità dimensionale e tolleranza
Settori come l’aeronautica e l’aerospaziale richiedono componenti con dimensioni estremamente precise e un’eccellente stabilità. Tali condizioni richiederanno materiali con una buona stabilità dimensionale, cioè un basso fattore di deformazione. Diversi materiali reagiscono alle forze generate dall’utensile da taglio in modi differenti. Pertanto, la parte selezionata deve essere in grado di raggiungere le strette tolleranze richieste. Più un materiale è lavorabile, più è facile ottenere tolleranze più ristrette.
Ad esempio, l’elevata lavorabilità dell’alluminio consente di produrre pezzi con tolleranze molto elevate utilizzando questo materiale. Si noti che le tolleranze più strette sono più costose da produrre. Pertanto, ogni volta che la tolleranza dimensionale non è un requisito vitale, è consigliabile usare tolleranze più lasche per ridurre i tempi e i costi implicati nella lavorazione del pezzo.
Conducibilità elettrica
Alcuni materiali, come il rame e l’argento, sono ottimi conduttori. Il PTFE,invece, è un buon isolante. Per componenti di applicazioni elettriche, la scelta del materiale dipenderà dalle proprietà elettriche richieste della parte. Pertanto, è fondamentale considerare la conduttività elettrica del materiale scelto. I metalli sono generalmente buoni conduttori di elettricità, mentre le plastiche sono generalmente buoni isolanti.
Lavorabilità
Se un componente deve essere prodotto in grandi quantità o lotti, è più indicato scegliere materiali di facile lavorabilità per ridurre tempi e costi. Materiali come l’alluminio, l’ottone sono molto più lavorabili dell’acciaio per utensili, anche se quest’ultimo ha una maggiore resistenza. I materiali a bassa lavorabilità dovrebbero essere scelti solo se devono essere prodotti in numero ridotto e l’indice di rotazione del prodotto è sufficientemente flessibile. Tali materiali richiedono più risorse, tempo e sforzi per la lavorazione.
Si noti che la lavorabilità è una considerazione secondaria durante la selezione del materiale e non deve avere priorità rispetto ad altre valutazioni fondamentali come l’uso della parte.
Aspetto estetico
L’estetica di solito non compare tra le principali considerazioni quando si seleziona un materiale. Tuttavia, in alcuni casi, è di grande importanza. Per alcuni prodotti, l’aspetto determinerà l’accettazione generale da parte dei consumatori. I prodotti di consumo possono richiedere proprietà estetiche specifiche come il colore o una finitura superficiale liscia.
I metalli in genere hanno una buona finitura superficiale dopo la lavorazione, quindi richiedono meno lavoro durante la lucidatura. Le materie plastiche sono solitamente disponibili in diversi colori, mentre i metalli richiedono la post-elaborazione per colorarli.
Costi dei materiali
A volte, il materiale più adatto per una parte risulta essere costoso. Il prezzo per l’acquisizione di tale materiale supera ben oltre il budget di produzione. Diventa quindi necessario guardare ad altri materiali a basso costo. Tuttavia, un’attenta valutazione va data alla funzionalità, resistenza, durezza, tolleranza chimica, proprietà elettriche e altre proprietà per determinare che tale materiale possa essere una valida alternativa a basso costo a quello più adatto. Ad esempio, l’acciaio 1.4571 ha un’eccellente resistenza all’usura e alla corrosione, oltre a possedere una buona lavorabilità.
Tuttavia, è due volte più costoso dell’acciaio 1.7131 che ha anche una grande resistenza all’usura. Per le applicazioni in cui la resistenza all’usura è di primaria importanza, l’acciaio 1.7131 è un’ottima alternativa all’acciaio 1.4571.
Disponibilità
La disponibilità è una specifica importante nella scelta dei materiali per la lavorazione CNC. A volte, il materiale più adatto potrebbe non essere disponibile in quantità sufficienti per sostenere la produzione. D’altro canto, l’approvvigionamento di tale materiale potrebbe essere difficile. È consigliabile selezionare materiali che si adattino ai requisiti funzionali e siano prontamente disponibili per l’uso, soprattutto se la parte verrà prodotta in grandi quantità. I materiali facilmente accessibili garantiscono che la lavorazione CNC venga eseguita nel minor tempo possibile ed in modo efficiente.
Conclusione
La scelta del materiale influenza quasi ogni fase del ciclo di vita del prodotto, dalla prototipazione alla produzione completa fino alle prestazioni della parte nel suo uso finale. La chiave per avere un pezzo finito completamente ottimizzato inizia con la selezione del materiale giusto.
Pertanto, la scelta del materiale è una parte vitale che deve essere considerata diligentemente prima di iniziare le operazioni di lavorazione CNC. Con le considerazioni di cui sopra, diventa facile restringere l’elenco dei materiali più adatti per la parte e fare una scelta ben ponderata del materiale.
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