Memilih Logam Tepat untuk Pemesinan CNC: Kekuatan, Ketahanan & Biaya

Saat merancang komponen untuk pemesinan CNC, Anda sering kali akan memilih material logam. Untuk ini, Anda perlu mempertimbangkan persyaratan kekuatan, resistensi kimia, stabilitas termal, biaya, dan faktor-faktor lainnya. Dengan begitu banyak material yang dapat dipilih, hal itu bisa sedikit memberatkan. Pertama, tentukan fitur terpenting dari bagian Anda. Bagaimana cara kerjanya? Lingkungan apa yang akan dihadapinya? Bagaimana cara berinteraksi dengan komponen lainnya?

Setelah memahami karakteristik penting bagian di atas, gabungkan enam faktor yang harus dipertimbangkan sebelum memproses logam keras atau lunak yang diperkenalkan dalam artikel ini. Saya percaya ini akan membantu Anda dalam memilih material logam yang tepat.

Properti Mekanis Logam

Mari kita mulai dengan properti mekanis, yang diukur berdasarkan performa material ketika berbagai gaya diterapkan.

Properti mekanis utama logam yang harus dipertimbangkan adalah:

Kekeras (Hardness):

Material yang lebih keras lebih tahan terhadap gores dan kerutan dibanding material lunak. Material keras cocok untuk bagian aus seperti bush. Beberapa material juga dapat diproses dan diperkeras nanti. Ingat, jika material diperkeras, properti material akan berubah. Misalnya, pengkerasan material mungkin membuatnya lebih rapuh. Permukaan bagian juga dapat diperkeras dengan lapisan pelapis.

Gambar di bawah ini secara sederhana membandingkan kekerasan material logam umum

Sumber dari https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html 

Keausan (Density):

Keausan aluminium jauh lebih rendah dari pada baja ringan, sehingga membuatnya sekitar satu-third dari beratnya. Bergantung pada grade material, aluminium sebenarnya mungkin lebih kuat dari baja saat dibandingkan menurut berat (rasio kekuatan terhadap berat).

Kekuatan Tarik (Tensile Strength):

Tegangan maksimum yang dapat ditahan material sebelum kegagalan. Jika Anda merancang braket yang menghubungkan dua komponen, pertimbangkan bagaimana komponen-komponen tersebut berinteraksi. Kekuatan tarik akan mewakili kemampuan material untuk menahan kegagalan.

Redaman (logam keras cenderung memiliki kapasitas redaman yang lebih rendah)

Kekrapuan (Brittleness):

Material yang sangat rapuh tidak akan meregang atau terdeformasi sebelum patah. Jika bagian Anda perlu terus-menerus dibengkokkan, maka material rapuh tidak akan menjadi pilihan yang baik.

Jika salah satu properti di atas penting untuk proyek Anda, kami merekomendasikan Anda melakukan beberapa riset untuk mendapatkan rating properti aktual dari setiap material.

Ciri Aus dan Kelemahan Logam

Secara umum, jika Anda memesin bagian untuk mencapai fungsi dan proporsi prototipe, Anda tidak perlu khawatir tentang aus material. Jika Anda perlu memastikan kekuatan atau membiarkan bagian menahan uji ciri lingkungan seperti suhu ekstrem, pilihan material Anda akan sangat penting. Mari kita uraikan ciri kelemahan terpenting yang harus dipertimbangkan.

Kekuatan Kelemahan dan Kerawitan:

Ini adalah tegangan yang dapat ditahan material dalam sejumlah siklus tertentu. Perubahan ini telah dipelajari secara luas untuk membantu memilih material yang sesuai untuk memenuhi persyaratan penggunaan akhir Anda. Faktanya, menurut penelitian tentang subjek ini, kelemahan logam adalah kerusakan kumulatif permanen bertahap lokal dari material dan komponen di bawah tindakan tegangan siklus atau regangan siklus di satu atau beberapa tempat, dan retakan atau kejadian tiba-tiba setelah sejumlah siklus Proses kegagalan lengkap. Sekitar 90% dari semua kegagalan logam terjadi dengan cepat dan tanpa peringatan apapun, jadi kami biasanya menggunakan rata-rata rasio untuk mengukur kekuatan kelemahan. Saat memilih material, jika Anda tahu bahwa bagian Anda akan menahan beberapa siklus tegangan, kami merekomendasikan Anda mengevaluasi tingkat kekuatan kelemahan.

Suhu Kerja Bagian Logam

Suhu operasi lingkungan di mana komponen akan bekerja adalah faktor penting lainnya yang harus dipertimbangkan. Ini karena titik leleh material CNC yang digunakan harus lebih tinggi dari suhu operasi. Jika tidak, struktur bagian mungkin berubah. Selain itu, Anda harus memastikan bahwa material pemesinan CNC dapat menahan perubahan suhu ekstrem. Meskipun beberapa material mungkin dapat menahan perubahan suhu ini, beberapa material mungkin mengalami perubahan struktural setelah beberapa waktu penggunaan

Ada banyak sumber daya untuk pengujian siklus lingkungan. Dalam banyak kasus, material ditempatkan dalam lingkungan terkontrol dan diuji untuk suhu tinggi dan rendah, kelembaban tinggi dan rendah, siklus termal, dan kejutan termal.

– Logam tahan suhu tinggi: titanium dan stainless steel.

– Logam yang dapat menahan suhu sangat dingin dan mempertahankan duktilitas pada suhu rendah: tembaga dan aluminium.

Resistensi crep didefinisikan sebagai kemampuan material untuk menahan "crep", yang merujuk pada kecenderungan material padat untuk terdeformasi selama waktu yang lama—akibat paparan terhadap tingkat tegangan yang tinggi. Penting untuk dicatat bahwa resistensi crep mungkin melebihi batas tegangan standar material karena membutuhkan waktu lebih lama untuk terjadi. Nikel, titanium, dan stainless steel memiliki resistensi crep tertinggi pada logam.

Resistensi Korosi (Oxidasi) Logam

Akibat reaksi kimia antara logam dan lingkungan sekitar, korosi logam adalah degradasi atau oxidasi. Ada banyak alasan korosi logam, patut untuk dicatat bahwa semua logam akan korosi. Besi murni biasanya korosi sangat cepat, tetapi stainless steel yang menggabungkan besi dan alloy lainnya korosi sangat lambat. Jika Anda khawatir tentang korosi, stainless steel adalah pilihan yang unggul untuk logam.

Alternatif lain untuk stainless steel adalah aluminium anodis. Metode ini membantu mengurangi korosi dan adalah finishing yang sangat awet. Baja ringan yang dilapisi nikel mungkin lebih hemat biaya daripada menggunakan stainless steel.

Properti Termal Logam

Logam dapat meleleh, meleh, dan menghantarkan listrik. Properti termal yang paling umum adalah konduktivitas listrik, yang adalah kemampuan material untuk menghantarkan panas. Material dengan konduktivitas termal tinggi lebih baik dalam mentransfer panas. Jika komponen Anda digunakan untuk aplikasi pendingin, sebaiknya perhatikan lebih banyak material dengan konduktivitas termal tinggi.

Properti termal logam umum tercantum dalam tabel di bawah ini untuk referensi.

Sumber dari https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/

Kinerja Manufaktur

Kemampuan pemesinan merujuk pada seberapa mudah suatu material dapat dimodifikasi oleh pemotongan (pemesinan). Misalnya, aluminium sangat mudah diproses dan tidak aus alat secepat material lain. Oleh karena itu, biaya pemrosesan aluminium adalah "lebih murah" dibandingkan dengan material dengan kemampuan kerja yang lebih rendah.

Logam memiliki properti material yang berbeda, yang menentukan karakteristik kinerja produk akhir. Karakteristik yang berbeda ini hebat, tetapi harus diseimbangkan dengan biaya material baku dan biaya pemrosesan. Misalnya, jika bagian Anda ditetapkan sebagai stainless steel, Anda akan menemukan bahwa ada beberapa grade stainless steel yang berbeda yang sangat berbeda dalam biaya dan properti material. Selain itu, beberapa stainless steel lebih sulit dipotong daripada yang lain, yang berarti biaya mereka pada mesin CNC akan sedikit lebih tinggi.