Trong sản xuất hiện đại, khả năng của máy tiện CNC làm việc với nhiều loại vật liệu thực sự chứng minh được giá trị của nó. Dù bạn đang sản xuất các bộ phận ô tô, động cơ năng lượng mới hay các chi tiết phức tạp trong các ngành khác nhau, việc hiểu rõ các vật liệu mà máy tiện CNC có thể xử lý sẽ giúp ích cho việc lập kế hoạch sản xuất và tránh những sai sót tốn kém. Phạm vi vật liệu có thể sử dụng rộng hơn nhiều so với nhận thức thông thường, bao gồm từ các kim loại thông dụng và hợp kim đặc biệt đến các vật liệu phi kim. Để hiểu rõ hơn về các loại vật liệu phù hợp với máy tiện CNC, hãy cùng xem xét một số vật liệu phổ biến nhất và cách làm việc với chúng để đạt kết quả tối ưu.
Phổ biến nhất cho các máy tiện CNC là kim loại do độ bền và tính linh hoạt. Các kim loại thường được gia công nhất là thép, nhôm và đồng, mỗi loại phù hợp với những công việc cụ thể nhờ vào đặc tính riêng biệt của chúng.
Thép nổi bật nhờ độ bền. Trong các loại thép khác nhau như: thép cacbon và thép hợp kim, thì thép cacbon được sử dụng nhiều nhất. Loại thép này cứng và rẻ, rất lý tưởng để sản xuất các chi tiết thông thường như: bánh răng, trục và cả tang trống phanh của xe thương mại. Máy tiện CNC hoạt động rất tốt trên thép cacbon, tạo ra các khoảng trống theo hình dạng cần thiết với độ chính xác gần như đạt dung sai 0,01mm. Những dạng thép hợp kim khác, chứa các nguyên tố như: crom hoặc niken, thì có độ bền cao hơn. Chúng được dùng cho các chi tiết như: hệ thống thủy lực phải chịu áp lực và mài mòn cực lớn. Máy tiện CNC không cắt ngẫu nhiên thép hợp kim, mà chọn lựa kiểu cắt phù hợp với từng loại thép để đảm bảo vật liệu không bị hư hại.
Các máy tiện CNC hoạt động rất tốt với nhôm, đặc biệt là trong các ứng dụng thuộc lĩnh vực năng lượng mới. Tính chất nhẹ của nhôm khiến nó trở nên lý tưởng cho vỏ động cơ và các bộ phận khác của phương tiện năng lượng mới. Vì nhôm rất quan trọng đối với hiệu suất năng lượng, giúp tăng tầm hoạt động của phương tiện. Nhôm cũng thường mềm hơn hầu hết các hợp kim màu khác, cho phép tốc độ trục chính cao hơn và do đó rút ngắn thời gian chu kỳ. Ví dụ, máy tiện CNC dùng để chế tạo vỏ động cơ nhôm có thể đồng thời tạo hình vỏ ngoài và khoan các lỗ cần thiết, loại bỏ nhu cầu thực hiện các công đoạn gia công thứ cấp. Chính vì những lý do này mà các nhà sản xuất luôn sử dụng máy tiện CNC cho các bộ phận bằng nhôm.
Giống như gia công CNC, các máy tiện CNC hoạt động tốt với đồng và các hợp kim đồng (đồng thau và đồng thanh). Điều này đặc biệt hữu ích đối với các đầu nối điện và nhiệt, cũng như các bộ trao đổi nhiệt làm bằng đồng. Các chi tiết trang trí và một số loại van nhất định có thể được làm từ đồng thau – một hợp kim của đồng và kẽm. Bề mặt hoàn thiện tốt là một lợi thế bổ sung. Thực tế là những thành phần này dẻo dai là một điểm cộng vì chúng có thể chịu được quá trình cắt gọt mà không bị nứt. Hơn nữa, độ chính xác của máy tiện CNC rất quan trọng do các chi tiết bằng đồng phải đảm bảo dung sai khắt khe khi lắp ráp với các bộ phận khác trong hệ thống điện.
Ngoài việc tập trung vào kim loại, máy tiện CNC còn có thể gia công nhiều loại vật liệu phi kim. Điều này rất có giá trị đối với các ngành công nghiệp tập trung vào các thành phần phi kim nhẹ hơn và chống ăn mòn tốt hơn. Các vật liệu phi kim chính bao gồm nhựa, gỗ và graphite.
Trong số nhiều loại vật liệu phi kim hữu ích, nhựa được sử dụng rộng rãi vì nhẹ, giá rẻ và có sẵn ở nhiều loại khác nhau. Một số loại nhựa có thể được gia công bằng máy tiện CNC là ABS, PP và nylon. ABS được dùng cho các bộ phận như bánh răng nhựa và vỏ thiết bị nhỏ nhờ độ bền và khả năng chống va đập tốt. PP được dùng cho các ống và bình chứa linh hoạt, chịu được hóa chất. Máy tiện CNC cần cẩn trọng hơn với tốc độ khi làm việc với nhựa. Bởi vì nhiệt sinh ra từ việc cắt nhanh có thể làm nóng chảy hoặc biến dạng nhựa. Tuy nhiên, với các thiết lập phù hợp, máy tiện CNC có thể tạo ra các chi tiết nhựa chính xác và nhẵn mịn đáp ứng đúng thông số thiết kế yêu cầu. Ví dụ, máy tiện CNC được dùng để sản xuất các đầu nối nhựa cho thiết bị năng lượng mới nhằm đảm bảo độ kín khít.
Bạn có thể nghĩ rằng gỗ sẽ là một vật liệu kỳ lạ cho máy tiện CNC, nhưng nó lại lý tưởng để tạo ra các chi tiết theo yêu cầu hoặc trang trí. Gỗ sồi và gỗ phong là một trong những loại gỗ cứng tốt nhất vì chúng ổn định và mịn. Máy tiện CNC có thể sản xuất các chi tiết bằng gỗ như tay cầm dụng cụ tùy chỉnh, lan can, hoặc thậm chí chân bàn bằng gỗ. Máy tiện CNC rất chính xác nên các chi tiết đều đồng đều, điều này rất quan trọng trong sản xuất hàng loạt. Thay vì tiện gỗ thủ công, máy tiện CNC có thể tạo ra các chi tiết gỗ giống hệt nhau nhanh hơn vì nó không bị mệt mỏi.
Graphite được xử lý tốt trên các máy tiện CNC, đặc biệt là trong ngành năng lượng quang điện (năng lượng mặt trời). Graphite cấp quang điện được dùng để sản xuất các ống dẫn, thành trong của ống cần phải nhẵn để kiểm soát độ nóng chảy của silicon và duy trì trường nhiệt. Những ống này có đường kính từ 300-500mm và chiều dài từ 400-600mm — kích thước mà máy tiện CNC có thể dễ dàng xử lý. Các máy này được thiết kế để cắt chậm và ổn định nhằm tránh làm vỡ graphite giòn, từ đó tạo ra ống với độ nhẵn chính xác như yêu cầu cho thiết bị năng lượng mặt trời. Do đó, hầu hết các nhà sản xuất trong lĩnh vực quang điện đều sử dụng máy tiện CNC để gia công các chi tiết bằng graphite.
Đối với sản xuất cao cấp và hàng không vũ trụ, nơi tiêu chuẩn ngành công nghiệp vẫn được coi là thông thường, các vật liệu yêu cầu chuyên biệt hơn. Điều này là do các ngành này cần sử dụng vật liệu đạt cấp độ có thể chịu được điều kiện khắc nghiệt. Mặc dù yêu cầu thiết lập cẩn thận hơn, nhưng đối với những vật liệu cực kỳ cứng cáp này, các máy tiện CNC tiên tiến hoàn toàn có khả năng xử lý.
Hợp kim titan rất bền, nhẹ và chống ăn mòn. Điều này lý tưởng cho các bộ phận hàng không như bulông máy bay và các thành phần động cơ. Vấn đề duy nhất với titan là nó rất cứng và việc cắt gọt gặp nhiều khó khăn. Đối với các chi tiết hàng không bằng titan, máy tiện CNC phải sử dụng dụng cụ cắt cacbua đặc biệt và chạy ở tốc độ chậm hơn để tránh làm quá nhiệt cả dụng cụ lẫn vật liệu titan. Ngay cả với những điều chỉnh này, máy tiện CNC vẫn có thể tạo ra các chi tiết chính xác theo yêu cầu nghiêm ngặt của ngành hàng không. Một ví dụ là sản xuất bulông titan dùng cho máy bay. Máy tiện CNC đạt được dung sai 0,005mm, mức yêu cầu đối với các bulông này.
Ngoài những loại đã nêu, các máy tiện CNC cũng được sử dụng để gia công tùy chỉnh các hợp kim chịu nhiệt độ cao như Inconel, Hastelloy hoặc các hợp kim đặc biệt khác có tính chất độ bền ở nhiệt độ cao vượt trội trên 1000°C. Các hợp kim này được sử dụng trong sản xuất các bộ phận cho động cơ phản lực hoặc nhà máy điện. Khó khăn chính khi gia công các hợp kim này nằm ở chỗ chúng rất cứng, sinh nhiệt quá mức trong quá trình cắt và làm mòn nhanh chóng các dụng cụ cắt. Máy tiện CNC được trang bị bộ trao đổi nhiệt và sử dụng các dụng cụ làm từ vật liệu siêu cứng như boron nitrua lập phương (CBN). Một số nhà vận hành máy tiện CNC cung cấp các hệ thống máy tiện CNC được thiết kế riêng nhằm gia công các hợp kim này. Việc thiết kế riêng như vậy bao gồm tất cả các thành phần của hệ thống để đảm bảo quá trình gia công trơn tru. Hình thức kỹ thuật tùy chỉnh này cho phép các nhà sản xuất Magie các hợp kim chịu nhiệt cao mà không làm giảm chất lượng gia công.
Hiểu được các loại vật liệu có thể được gia công trên máy tiện CNC là một phần quan trọng. Bạn cũng cần thiết lập các thông số phù hợp và chọn đúng dụng cụ cắt cho từng loại vật liệu đã chọn. Một số bước thực hiện cụ thể có thể mang lại kết quả như mong muốn.
Dụng cụ cắt bạn chọn phải phù hợp với vật liệu đang được gia công. Đối với dụng cụ cắt bằng carbide (loại cứng chắc và thích hợp để cắt hầu hết các kim loại, bao gồm Thép và Nhôm, cùng các hợp kim khác), hoạt động hiệu quả trên kim loại. Để cắt phi kim loại (bao gồm nhựa và gỗ), hãy sử dụng dụng cụ cắt bằng thép tốc độ cao (HSS), loại này sắc hơn và ít gây hư hại vật liệu hơn. Đối với các hợp kim cứng (như titanium), hãy chọn dụng cụ phủ CBN hoặc kim cương, có khả năng cắt tốt và chống mài mòn. Việc chọn sai dụng cụ sẽ làm hỏng phôi và dần phá hủy máy tiện CNC.
Cuối cùng, các thiết lập tốc độ và bước tiến của máy CNC cũng phải được hiệu chỉnh phù hợp với vật liệu đang được cắt. Tốc độ tiến dao trên máy tiện CNC đề cập đến tốc độ và lực mà dụng cụ tác động lên vật liệu trong quá trình cắt, trong khi tốc độ đề cập đến vận tốc mà vật liệu quay. Tốc độ cắt thấp chỉ phù hợp với các kim loại mềm như nhôm, còn tốc độ cao hơn thì hiệu quả hơn (bề mặt nhẵn mịn) và năng suất hơn (thời gian cắt nhanh hơn), trong khi tốc độ cao lại phù hợp với các kim loại cứng hơn như titan. Đối với gia công nhôm, tốc độ máy tiện CNC là 2000 RPM và đối với gia công titan, tốc độ là 500 RPM.
Bước tiếp theo là chuẩn bị vật liệu trước khi sử dụng. Đối với các kim loại như thép và đồng, việc này bao gồm làm sạch bụi bẩn, gỉ và các tạp chất khác. Các tạp chất có thể làm hỏng dụng cụ máy tiện CNC và dẫn đến tình trạng cắt không đều. Đối với các vật liệu phi kim như graphite, máy hoạt động hiệu quả hơn khi vật liệu đã được cắt định hình sẵn. Điều này giảm thiểu thời gian cắt và tăng hiệu suất. Một số vật liệu nhất định, chẳng hạn như thép hợp kim, có thể cần xử lý nhiệt để việc cắt dễ dàng hơn. Những bước này giúp đảm bảo rằng máy tiện CNC hoạt động hiệu quả và sản xuất các chi tiết chất lượng.
EN
