Czy wiesz, że dwa detale, nawet te na pozór podobne, mogą być zupełnie inaczej obrabiane, ponieważ powstają z innego tworzywa? Mamy przykład. Mowa o realizacji elementów dla branży przemysłowej. W jednym projekcie klient potrzebował serii komponentów z aluminium 6061. Obróbka przebiegła sprawnie – materiał dobrze współpracował z narzędziem, pozwalał na wysokie prędkości skrawania i dawał bardzo dobrą jakość. Przy kolejnym zleceniu, wykorzystującym stal nierdzewną, trzeba było zastosować inną taktykę, a mianowicie mniejsze obciążenia i odpowiednie chłodzenie.
Co sprawiło, że dwa podobne procesy się od siebie różniły o 180 stopni? Skrawalność materiału, o której mówimy więcej!
Co to jest skrawalność materiałów?
Skrawalność określa, jak łatwo można poddać materiał obróbce skrawaniem. Polega ona na usuwaniu nadmiaru materiału za pomocą narzędzi, w skład których wchodzą frezy, wiertła, noże tokarskie i inne.
Warto wiedzieć, że ten sam materiał może zachowywać się inaczej w zależności od zastosowanego narzędzia, działania maszyny, chłodzenia i wymaganej precyzji.
Dobra skrawalność oznacza:
- krótszy czas obróbki,
- oszczędność narzędzi,
- lepsze parametry pracy,
- lepszą jakość powierzchni,
- mniejsze ryzyko wad.
Do oceny skrawalności często wykorzystuje się specjalne wartości odniesienia. Jednym z popularnych wzorców jest aluminium 6061, któremu przypisuje się umowną wartość 100%.
Nie oznacza to, że aluminium jest najlepszym materiałem w każdej sytuacji. Pokazuje jedynie, jak zachowują się inne materiały w porównaniu do przyjętego punktu odniesienia.
Co wpływa na skrawalność materiału?
Skrawalność zależy od wielu właściwości materiału, w tym chemicznych oraz fizycznych. Decydują o tym, czy obróbka będzie sprawna, czy nastręczy więcej trudności.
Twardość materiału
Twardsze materiały stawiają większy opór podczas obróbki. Wymagają zastosowania bardziej odpornych narzędzi i ostrożniejszego doboru parametrów – często takie wymagania stawia stal nierdzewna, tytan i stopy niklu.
Przewodność cieplna
Podczas skrawania powstaje duża ilość ciepła. Materiały dobrze przewodzące temperaturę łatwiej odprowadzają energię cieplną ze strefy cięcia.
W przypadku materiałów słabiej przewodzących ciepło, takich jak tytan, temperatura może koncentrować się w miejscu kontaktu narzędzia z materiałem. To przyspiesza zużycie ostrza.
Skłonność do umacniania się pod narzędziem
Niektóre metale podczas obróbki stają się twardsze. Zjawisko to nazywane jest umacnianiem zgniotowym. Nierzadko utrudnia kolejne przejścia narzędzia i zwiększa ryzyko jego uszkodzenia.
Ranking skrawalności popularnych materiałów CNC
Każdy materiał ma swoje zalety i ograniczenia.
Aluminium
Aluminium wyróżnia się bardzo dobrą skrawalnością. Przy zastosowaniu narzędzi z węglika spiekanego można osiągnąć prędkość skrawania nawet 200–1000 m/min. Popularne stopy, w tym EN AW-6061 czy EN AW-7075, są często wybierane w zastosowaniach wymagających niskiej masy i wysokiej precyzji.
Mosiądz
Mosiądz należy do materiałów o bardzo wysokiej skrawalności. Dzięki dobrej łamliwości wióra i niewielkiej tendencji do przyklejania się do ostrza pozwala na pracę z wysokimi parametrami – często 150–500 m/min. Jest wykorzystywany przy produkcji precyzyjnych elementów, gdzie liczy się powtarzalność wymiarów.
Stal konstrukcyjna
Dla popularnych stali konstrukcyjnych, takich jak S235 czy S355, typowe prędkości skrawania wynoszą około 100–250 m/min przy użyciu narzędzi węglikowych.
Stal nierdzewna
Stale nierdzewne, np. 1.4301 (304) lub 1.4401 (316), ze względu na wysoką ciągliwość i skłonność do umacniania się podczas obróbki wymagają niższych parametrów – zazwyczaj około 50–150 m/min. Trzeba pamiętać o chłodzeniu.
| Materiał | Twardość (orientacyjnie) | Prędkość skrawania Vc (frezowanie CNC, narzędzie węglikowe) | Ocena skrawalności |
| Mosiądz | ok. 80–200 HB | 150–500 m/min | bardzo dobra |
| Aluminium | ok. 20–150 HB | 200–1000 m/min | bardzo dobra |
| Stal konstrukcyjna (np. S235/S355) | ok. 120–200 HB | 100–250 m/min | dobra |
| Stal nierdzewna (np. 304/316) | ok. 150–250 HB | 50–150 m/min | średnia/trudniejsza |
| Tytan | ok. 250–400 HB | 30–80 m/min | trudna |
| Inconel (stopy niklu) | ok. 200–450 HB | 10–50 m/min | bardzo trudna |
Jak skrawalność przekłada się na cenę i czas realizacji?
Materiał łatwy w obróbce pozwala zazwyczaj:
- skrócić czas pracy maszyny,
- ograniczyć zużycie narzędzi,
- zmniejszyć liczbę koniecznych operacji,
- szybciej realizować większe serie.
W przypadku materiałów trudnoskrawalnych koszty rosną, bo trzeba stosować droższe narzędzia, często też dochodzą dodatkowe kontrole jakości i wolniejsza praca.
Nie oznacza to jednak, że należy zawsze wybierać materiał o najlepszej skrawalności. W wielu projektach najważniejsze są właściwości gotowego elementu – odporność na temperaturę, wytrzymałość czy odporność chemiczna.
Rolą doświadczonego wykonawcy CNC jest znalezienie odpowiedniego kompromisu między wymaganiami technicznymi a kosztami produkcji. W ZM Zalesie zajmujemy się profesjonalną obróbką jednostkową oraz seryjną – doskonale wiemy, jakie narzędzia wykorzystać do poszczególnych detali i materiałów. Zapraszamy!
FAQ – skrawalność materiałów i obróbka skrawaniem
1. Co to jest skrawalność materiałów?
Skrawalność materiałów określa podatność danego tworzywa na obróbkę skrawaniem, czyli łatwość usuwania materiału za pomocą narzędzi takich jak frezy, wiertła czy noże tokarskie. Wpływa ona m.in. na czas pracy obrabiarki, trwałość narzędzi skrawających i jakość powierzchni obrobionej.
2. Od czego zależy skrawalność materiału?
Na skrawalność wpływają przede wszystkim właściwości fizyczne i chemiczne materiału, takie jak twardość, zawartość węgla, wytrzymałość na rozciąganie czy przewodność cieplna. Znaczenie mają również parametry obróbki, geometria ostrza oraz dobór materiału narzędzia skrawającego.
3. Czy twardszy materiał zawsze jest trudniejszy w obróbce?
Wysoka twardość zazwyczaj zwiększa opór podczas obróbki, ale nie jest jedynym czynnikiem decydującym o skrawalności. Przykładowo niektóre stale stopowe po odpowiedniej obróbce cieplnej mogą być łatwiejsze w obróbce niż materiały o podobnej twardości.
4. Dlaczego aluminium ma dobrą skrawalność?
Aluminium jest cenione w obróbce skrawaniem ze względu na niską masę, dobrą przewodność cieplną i niewielkie siły skrawania. Pozwala to na stosowanie wysokich prędkości obróbki oraz ogranicza zużycie narzędzi.
5. Jak wygląda skrawalność stali nierdzewnej?
Skrawalność stali nierdzewnej jest niższa niż aluminium czy mosiądzu, ponieważ materiał ten charakteryzuje się dużą ciągliwością i skłonnością do umacniania pod wpływem narzędzia. Obróbka wymaga odpowiedniego chłodzenia, właściwej geometrii ostrza i precyzyjnego doboru parametrów pracy.
6. Czy zawartość węgla wpływa na skrawalność stali?
Tak, zawartość węgla ma duże znaczenie dla podatności stali na obróbkę skrawaniem. Stale o większej zawartości węgla mogą mieć wyższą twardość i wytrzymałość, co często zwiększa zużycie narzędzi oraz wymaga ostrożniejszego prowadzenia procesu.
7. Co oznacza wskaźnik skrawalności materiału?
Wskaźnik skrawalności to wartość porównawcza pokazująca, jak dany materiał zachowuje się podczas obróbki względem materiału odniesienia. Często jako punkt odniesienia przyjmuje się stal lub aluminium o określonej skrawalności, której przypisuje się wartość 100%.
8. Jak skrawalność wpływa na koszt obróbki?
Materiały o dobrej skrawalności pozwalają skrócić czas pracy maszyny, zmniejszyć zużycie narzędzi i ograniczyć liczbę przestojów. Trudniejsze materiały, takie jak tytan czy stopy niklu, wymagają wolniejszej obróbki, specjalnych narzędzi i większej kontroli procesu.
9. Czy rodzaj narzędzia wpływa na skrawalność?
Tak, materiał i geometria narzędzia skrawającego mają ogromne znaczenie dla przebiegu obróbki. Odpowiedni kąt natarcia, powłoka ostrza oraz dobór narzędzia do konkretnego materiału pomagają zwiększyć trwałość i uzyskać lepszą jakość powierzchni.
10. Czy skrawalność dotyczy tylko metali?
Nie, skrawalność odnosi się również do tworzyw sztucznych, kompozytów i innych materiałów obrabianych mechanicznie. Każda grupa materiałów wymaga jednak innego podejścia, ponieważ różnią się one m.in. zachowaniem podczas cięcia, przewodnością cieplną i podatnością na odkształcenia.