Cách lựa chọn vật liệu trong gia công cơ khí chính xác

Trong ngành gia công cơ khí chính xác, việc lựa chọn vật liệu không chỉ đơn thuần là chọn một thanh kim loại. Đó là một quyết định chiến lược ảnh hưởng trực tiếp đến độ bền của sản phẩm, chi phí sản xuất, tuổi thọ của dụng cụ cắt và hiệu suất vận hành của máy CNC. Bài viết này sẽ phân tích chi tiết các tiêu chí và các loại vật liệu phổ biến nhất hiện nay.

 Tại sao lựa chọn vật liệu lại quan trọng?

Gia công chính xác yêu cầu sai số cực nhỏ, thường tính bằng micron. Một vật liệu không phù hợp có thể dẫn đến:

·         Biến dạng nhiệt: Vật liệu giãn nở quá mức khi gặp nhiệt độ cao trong quá trình cắt.

·         Độ nhám bề mặt không đạt: Gây khó khăn cho việc xử lý bề mặt hoặc lắp ráp.

·         Hỏng dụng cụ: Vật liệu quá cứng làm mòn dao nhanh chóng, tăng chi phí thay thế.

 Các tiêu chí cốt lõi khi lựa chọn vật liệu

Để chọn được vật liệu tối ưu, kỹ sư cần cân nhắc 4 yếu tố then chốt sau:

- Đặc tính cơ lý

·         Độ cứng: Khả năng chống lại sự biến dạng bề mặt. Thép tôi cứng thường khó gia công hơn nhưng bền hơn.

·         Độ bền kéo: Khả năng chịu lực kéo đứt của vật liệu.

·         Độ dẻo: Khả năng biến dạng mà không bị nứt vỡ, quan trọng đối với các chi tiết cần uốn hoặc dập.

- Khả năng gia công

Đây là chỉ số đánh giá mức độ "dễ" hay "khó" khi cắt gọt vật liệu bằng máy CNC. Vật liệu có khả năng gia công tốt giúp giảm thời gian chạy máy, từ đó hạ giá thành sản phẩm.

- Khả năng chống ăn mòn và chịu nhiệt

Tùy vào môi trường làm việc (trong nước biển, hóa chất hay nhiệt độ cao như động cơ máy bay) mà ta chọn inox, titan hay hợp kim đặc biệt.

- Chi phí vật liệu

Cân bằng giữa hiệu năng và giá thành. Không nên dùng Titan cho một chi tiết dân dụng đơn giản nếu nhôm có thể đáp ứng đủ yêu cầu.

 Các nhóm vật liệu phổ biến nhất trong gia công cơ khí chính xác

Nhôm và hợp kim nhôm (Aluminum)

·         Nhôm là "vị vua" trong gia công CNC nhờ trọng lượng nhẹ và khả năng gia công tuyệt vời.

·         Nhôm 6061: Loại phổ biến nhất, cân bằng giữa độ bền, tính hàn và khả năng chống ăn mòn. Thường dùng cho linh kiện điện tử, phụ tùng xe máy.

·         Nhôm 7075: Cực cứng, bền tương đương thép nhưng vẫn nhẹ. Chuyên dùng trong ngành hàng không vũ trụ và các bộ phận chịu lực cao.

Thép (Steel)

·         Thép được ưa chuộng nhờ độ bền cao và giá thành hợp lý.

·         Thép C45, C50: Thép carbon trung bình, dễ gia công, thường dùng làm trục, bánh răng.

·         Thép hợp kim (S45C, SCM440): Có độ cứng cao hơn, chịu va đập tốt, chuyên dùng cho các chi tiết máy đòi hỏi độ bền cơ học lớn.

Thép không gỉ (Inox)

Điểm mạnh nhất là khả năng chống gỉ sét và tính thẩm mỹ cao.

·         Inox 304: Phổ biến trong ngành thực phẩm, y tế. Tuy nhiên, inox 304 có độ dẻo cao, dễ gây dính dao khi gia công.

·         Inox 316: Chống ăn mòn tuyệt vời trong môi trường muối biển và hóa chất.

·         Inox 430/420: Có từ tính, cứng hơn và dễ gia công hơn dòng 300.

Xem thêm: Ưu điểm công nghệ cắt laser Inox

Nhựa kỹ thuật

Trong nhiều trường hợp, nhựa thay thế kim loại để giảm trọng lượng và cách điện.

·         POM (Acetal): Độ cứng cao, độ ổn định kích thước tốt, cực kỳ dễ gia công CNC.

·         PEEK: Chịu nhiệt và hóa chất cực tốt, dùng trong y tế (cấy ghép xương) và dầu khí.

  Đồng

·         Đồng thau (Brass): Dễ gia công nhất trong các loại kim loại, dẫn điện tốt, thường dùng cho linh kiện điện, van vòi.

·         Đồng đỏ: Khó gia công hơn do độ dẻo cao nhưng dẫn điện và dẫn nhiệt tuyệt vời.

 Quy trình 5 bước lựa chọn vật liệu tối ưu

·         Xác định môi trường làm việc: Nhiệt độ bao nhiêu? Có tiếp xúc hóa chất không? Có yêu cầu trọng lượng nhẹ không?

·         Xem xét yêu cầu kỹ thuật: Độ chính xác (dung sai) yêu cầu là bao nhiêu? Có cần xử lý bề mặt (anode, mạ chrome) không?

·         Đánh giá khả năng gia công: Nếu sản xuất số lượng lớn, hãy ưu tiên vật liệu dễ cắt gọt để tiết kiệm thời gian.

·         Tính toán chi phí: Tính toán tổng chi phí bao gồm giá phôi + chi phí gia công + chi phí xử lý bề mặt.

·         Tham vấn chuyên gia: Luôn trao đổi với các đơn vị gia công cơ khí chính xác uy tín để nhận lời khuyên về vật liệu sẵn có trên thị trường.

 Kết luận

Lựa chọn vật liệu là bước khởi đầu quan trọng nhất trong quy trình sản xuất. Một sự lựa chọn sai lầm có thể dẫn đến lãng phí hàng trăm triệu đồng hoặc làm hỏng toàn bộ hệ thống máy móc. Bằng cách hiểu rõ đặc tính của từng loại nhôm, thép, inox hay nhựa, bạn sẽ đảm bảo được chất lượng sản phẩm cuối cùng luôn đạt tiêu chuẩn cao nhất.