Egy forgácsolandó alkatrész alapanyagának kiválasztása nem könnyű feladat. A felhasználás körülményei, a biztosított költségkeret, az alkatrész gyártásához rendelkezésre álló gyártástechnológiai háttér mind befolyásolják a döntést. A lehetőségek csak elsőre tűnnek végtelennek, azonban a kiválasztás folyamatát végigjárva a lehetséges anyagok száma jelentősen csökken. 

Ez a cikk átfogó és emészthető ismeretet ad a 20 legismertebb, és a forgácsoló üzemekben leggyakrabban előforduló anyagról, és segít kiválasztani a legmegfelelőbbet adott alkalmazáshoz. 

Forgácsolással a fémek és műanyagok nagyon széles spektruma munkálható meg. Éppen ez okozza a helyes kiválasztás nehézségét. Ez a cikk összehasonlítja a leggyakrabban előfordulókat termikus és mechanikai tulajdonságaik, a felmerülő költségek és a lehetséges alkalmazási területek szempontjából. A könnyebb megértést táblázatok segítik.

Az anyag kiválasztásának folyamata

Az anyagválasztást nagyon sok szempont befolyásolhatja, nincs mód az összes felsorolására. Lássuk azonban a leggyakoribbakat.

1 – Az elkészítendő munkadarabbal szembeni elvárások megfogalmazása

Ide tartoznak a mechanikai és termikus tulajdonágok, a felhasználási környezet jellemzői és azok az egyéb anyagok, amik interakcióba lépnek majd ezzel. De az elérhető felületi minőség és a költségek is meghatározó szerepet töltenek be a kiválasztás folyamatában.

2 – Szűkíteni a lehetséges anyagminőségek körét

Hogy a döntés egyszerűbb legyen, érdemes egy rövid listát készíteni azokról, amik szóba jöhetnek. Így a végén, ha esetleg a döntéssel egy vezetőhöz, vagy senior kollégához kell menni, számára a lényeges döntés előkészítési lépések már megtörténtek. 

3 – A legmegfelelőbb kiválasztása

Amennyiben az első lépésben kiderül, hogy például a műanyagok közül lesz kiválasztva, a másodikban pedig sikerült a kopásálló műanyagokra szűkíteni a kört, az utolsó lépésben a költségek, szállítási határidők és a megmunkálhatóság stb. szempontjai szerinti kiértékelés dönti el a kérdést. 

Anyagválasztási tanácsadó CNC megmunkáláshoz

A fémeket és műanyagokat összehasonlítva egyértelmű, hogy alap tulajdonságaikban nagyon különböznek egymástól. Az alábbi táblázat ezt jól szemlélteti. A fémek felhasználási területe jellemzően az, ahol nagy szilárdságra, keménységre és hőállóságra van szükség. Ezzel szemben a műanyagok könnyebbek, tulajdonságaik pedig szélsőségesen széles skálán mozognak. Népszerűségük leggyakoribb oka súlyuk mellett kémiai ellenállóképességük és elektromos szigetelő tulajdonságuk.

A CNC forgácsolás szempontjából releváns anyagok csoportosításának mérvadó szempontjai a szilárdság (szakító szilárdság), a megmunkálhatóság (az árat jelentősen befolyásolja), az anyag költsége és a keménysége (fémeknél elsősorban) és hőállósága (műanyagoknál). 

Anyag	Jelölés	Szilárdság	Keménység	Forgácsolhatóság	Költség	Alkalmazási példa
Alumínium	6061/AlMgSiCu	Közepes	Közepes	★★★★★	€	Repülőgépipar, autóipar, kerékpáripar, élelmiszer tárolás
Alumínium	6082/AlSi1MgMn	Közepes	Közepes	★★★★★	€	Autóipar, élelmiszeripar
Alumínium	7075/AlZn5,5MgCu	Magas	Közepes	★★★★	€€€	Hadiipar, repülőgépipar, autóipar, sportfelszerelés
Alumínium	5083/AlMg4,5Mn0,7	Közepes	Alacsony	★★★★★	€€	Tengeri felhasználás, nyomástartó edények
Rozsdamentes	304/1.4301	Magas	Közepes	★★	€€€	Élelmiszeripar, Tengeri felhasználás, orvosipar
Rozsdamentes	316/1.4401	Magas	Közepes	★★	€€€€	Élelmiszeripar, Tengeri felhasználás, orvosipar, Sebészet
Rozsdamentes	2205 (duplex)/1.4462	Magas	Magas	★	€€€€€	Élelmiszeripar, Tengeri felhasználás, orvosipar, Energiaipar
Rozsdamentes	303/1.4305	Magas	Magas	★★★	€€€€	Gépipar, Fogaskerekek, Tengeri felhasználás, orvosipar
Rozsdamentes	17-4	Magas	Nagyon magas	★★	€€€€€	Turbinalapátok, Tengeri felhasználás, Orvosipar, Nukleáris ipar
Gyengén ötvözött szerkezeti acél	1018	Közepes	Közepes	★★★	€€€	Általános gépipar, gépalkatrészek
Gyengén ötvözött szerkezeti acél	1045/JIS S45C	Közepes	Magas	★★	€€	Általános gépipar, gépalkatrészek
Gyengén ötvözött szerkezeti acél	A36/S235	Magas	Közepes	★★★	€€	Acélszerkezetek, Általános gépipar
Ötvözött acél	4140/1.7227	Közepes	Magas	★★	€€€	Szerszámok, általános gépipari alkatrészek
Ötvözött acél	4340/1.6511	Magas	Magas	★★	€€€	Repülőgép futómű, Erőátviteli egységek, szerszámok
Szerszámacél	1.2379 / K110	Magas	Nagyon magas	★	€€€€	Hidegalakító szerszámok, bélyegek, kivágó szerszámok
Szerszámacél	1.2363	Magas	Nagyon magas	★	€€€€	Hidegalakító szerszámok, bélyegek, kivágószerszámok
Szerszámacél	1.2510	Magas	Nagyon magas	★	€€€€	Hidegalakító és kivágó szerszámok
Sárgaráz	C36000	Közepes	Közepes	★★★★★	€€	Mechanikai elemek, Szelepek, Fúvókák

Összesítő táblázat műanyagokhoz

Anyag	Erősség	Max. hőmérséklet	Megmunkálhatóság	Költség	Alkalmazási példák
ABS	Közepes	60 oC	★★★	€€	Autóipari elektromos alkatrészek, csövek, fittingek
Nylon	Magas	100 oC	★	€€	Autóipari alkatrészek, kötőelemek, mechanikai alkatrészek
Polycarbonat	Magas	120 oC	★★	€€	Építőipar, Autóipar, Burkolatok, Ételdobozok
POM	Közepes	82 oC	★★★★	€€	Elektromos csatlakozók, mechanikus alkatrészek, Perselyek, Csatlakozók
Teflon	Alacsony	260 oC	★★★★	€€	Nagy hőmérsékleti terhelés mellett üzemelő alkatrészek
HDPE	Alacsony	80 oC	★	€€	Vegyi tárolók, Csövek, Csatlakozók
PEEK	Magas	260 oC	★★	€€€€	Orvosipari alkalmazások, Vegyipari eszközök, Nagygyomású szelepek

A leggyakrabban forgácsolt anyagok áttekintése

Alumínium

Az alumínium ötvözetek közös jellemzője a kiváló súly – szilárdság arány, a jó hő és elektromos vezetőképesség és a természetes védelem a korrózió ellen. Általában könnyen megmunkálhatók, és nem is tartoznak a legdrágább anyagok közé. Éppen ezért gyakori választás egyedi alkatrészek és prototípusok elkészítésére. 

Az alumíniumok szilárdsági és keménységi szempontból elmaradnak az acéloktól, de eloxálással létrehozható egy kemény réteg rajtuk, ami ellenáll a mechanikai igénybevételnek. 

Rozsdamentes acél

A rozsdamentes acélok magas szilárdsága, jó hajlíthatósága, kiváló kopás és korrózióállósága és könnyű hegeszthetősége miatt nagyon elterjedtek, számos egyéb mellett az élelmiszer és vegyiparban. Összetétel függvényében létezik belőlük nem mágnesezhető (többségében), és mágnesezhető is. A megmunkálhatóságot nagyon befolyásolja, hogy a létrejövő forgács milyen. Amennyiben folyó forgács keletkezik, ami sem szerszám geometriával sem jól irányított hűtéssel nem változik jelentősen, úgy a megmunkálás költsége növekszik. Folyamatos felügyeletet igényel, és a gyártás sokkal kisebb mértékben automatizálható.

Gyengén ötvözött szerkezeti acélok

Ismertek még kis széntartalmú acél néven, vagy a műhelyekben a bilivas elnevezés is illeti. Jó mechanikai tulajdonságai, jó megmunkálhatósága és könnyű hegeszthetősége miatt nincs műhely, amelyik ne dolgozott volna még vele. Alacsony ára miatt azokon a helyeken, ahol nincs magas igénybevétel, gyakran használt anyagok. A rozsdásodás és a vegyi anyagok támadása a fő ellensége. Forgácsolhatóság szempontból jellemző probléma, hogy a keletkező forgács drótszerű, folyós, ami nehezen kezelhető. Másik lehetséges kihívás, ha az anyag szerkezete nem homogén, így a szerszámot ért terhelés nem állandó, amit egyes szerszám geometriák nehezen viselnek. 

Acélötvözetek

Az ötvözött acélok tartalmaznak olyan plusz összetevőket, melyek mechanikai tulajdonságaik javítását szolgálják. Ilyen a keménység, szívósság és a kopásállóság. De ezekre is jellemző, hogy a rozsdásodás és a vegyi anyagok erősen rongálják. Forgácsolhatóság szempontból színes a kép, de általában igaz, hogy ezek az anyagok (C45, 41CrMo4) jól forgácsolhatók, de magasabb a szerszámkopási tényező.

Szerszámacélok

A szerszámacélok olyan különleges ötvözött acélok, amelyek kivételes keménységgel, merevséggel hő- és kopásállósággal rendelkeznek. Felhasználások elsősorban szerszámgyártás, ezen belül azonban igen színes a kép.  A hideg vagy melegalakító szerszámok, kivágószerszámok, bélyegek mind szerszámacélból készülnek.
Jellemző, hogy az előmunkálás még lágyított állapotban történik. Ezt követi egy edzés, a keménység extrém fokozására (akár 60 HRC). A készre munkálás gyakran ebben az edzett állapotban történik. Ezt hívjuk kemény megmunkálásnak ha esztergán vagy marón történik, de gyakori alternatíva a köszörülés is.  A keménymegmunkálásnál nincsenek nagy fogásvételek, így az orsót ért terhelés kicsi. Ugyanakkor a gép vázát ért csavaró igénybevétel nagy, így pontosan kemény anyagot csak nagyon merev géppel lehet megmunkálni.

Műanyag

A műanyagok végtelen változatban léteznek. Két legjellemzőbb csoportjuk a hőre lágyuló és a hőre keményedő műanyagok.
Mindnek megvan a felhasználási területe. Megmunkálás szempontból vannak olyanok, amik hűtés nélkül egyszerűen elolvadnak még akkor is, ha megfelelő éles, egyélű szerszámmal történik a forgácsolás. Műanyag alakításánál az egyik legnagyobb kihívás a mérettartás, jellemző ugyanis, hogy a marás vagy esztergálás után a méret változik. Ezt jelentősen befolyásolja nem csak a hőmérséklet, de a páratartalom is. Cserébe a felhasznált szerszám kopása minimális, és kisebb merevségű gép is elegendő azonos pontosság eléréséhez. 

Szerző: Sipos Ádám