Wat is staafmateriaal bij CNC-bewerking?

In de maakindustrie wordt het basismateriaal aangeleverd in verschillende gestandaardiseerde vormen. De vorm kan een staaf, stang of plaat zijn. De vorm van het basismateriaal wordt gekozen op basis van het type bewerking. Zo worden voor cilindrische componenten ronde staven gebruikt en voor vlakke componenten platen of vellen. Dit artikel behandelt stafmateriaal met betrekking tot de rol ervan bij CNC-bewerking.

Wat is staafmateriaal?

Een staaf is een lang, massief product met een constante dwarsdoorsnede. De lengte is aanzienlijk groter dan de breedte. Deze staven kunnen rond, zeshoekig, plat of vierkant zijn. De dwarsdoorsnede van de staven blijft over de gehele lengte constant. Staafmateriaal verwijst naar de vorm van het materiaal zoals het als grondstof wordt aangeleverd voor productie en CNC-bewerking.

Waarvoor wordt een staafmateriaal gebruikt?

Deze staven worden later, na snijden, bewerken en vormen, gebruikt om eindproducten te maken. Zo worden bijvoorbeeld assen gemaakt van een ronde staaf. Tijdens het productieproces worden ook andere bewerkingen toegepast, zoals lassen of buigen.

Waaruit bestaat stafmateriaal?

Het hangt allemaal af van de specifieke toepassing. Het staafmateriaal kan gemaakt zijn van titanium, aluminium of staal, enzovoort. Voor sommige toepassingen wordt zelfs kunststof gebruikt als staafmateriaal.

Wat zijn de verschillende vormen van staafmateriaal?

Laten we in dit gedeelte de verschillende vormen van stafmateriaal één voor één bespreken. Deze vormen zijn belangrijk met het oog op de vereiste precisie en toepassingen.

Ronde bar

De volgende afbeelding laat zien hoe een ronde staaf eruitziet:

De diameter van de ronde staven varieert, bijvoorbeeld 10 mm, 20 mm, enzovoort. De processen die worden gebruikt om deze staven te produceren, omvatten warmwalsen, koudtrekken en smeden. Dit hangt allemaal af van de vereiste nauwkeurigheid en eigenschappen. Deze staven zijn gemakkelijk te bewerken tot assen, bouten, pinnen, enzovoort.

Zeskantige balk

Dit zijn zeshoekige staven. Deze staven hebben geen diameter, maar een afmeting over de vlakken (A/F), oftewel de afstand tussen twee tegenoverliggende vlakken. Deze staven worden gebruikt bij de fabricage van fittingen, kleppen, afstandhouders en steunbalken.

Vierkante balk

Dit type staaf heeft 4 gelijke zijden. De doorsnede is vierkant. De afmetingen worden bepaald aan de hand van de zijlengte, bijvoorbeeld 10 mm x 10 mm. Deze staven worden veel gebruikt bij de productie van machineonderdelen, constructies en in smeed- en fabricagewerkzaamheden. Zie de volgende afbeelding voor een beter begrip:

Flat Bar

Het wordt ook wel een rechthoekige staaf genoemd vanwege de rechthoekige doorsnede. Het is breed en dun. Het wordt gebruikt wanneer het oppervlak belangrijker is dan de bulksterkte. Veelvoorkomende toepassingen zijn onder andere beugels, frames, bladveren, enzovoort.

Hoe wordt staafmateriaal geproduceerd?

Staven worden geproduceerd via verschillende primaire fabricageprocessen, waarbij elk proces resulteert in verschillende mechanische eigenschappen, oppervlakteafwerking en maatnauwkeurigheid.

Warm rollen

Bij warmwalsen worden knuppels of blokken gebruikt. Deze worden eerst verhit tot boven hun herkristallisatietemperatuur, bijvoorbeeld 900-1200 °C voor staal. Vervolgens worden ze door een reeks walserijen geleid. De drukkrachten verkleinen de dwarsdoorsnede en vormen het blok tot staven. Door de hoge temperatuur ontstaan ​​er geen scheuren. Dit proces resulteert echter in een lagere maatnauwkeurigheid en een ruw oppervlak.

Koud tekenen

Na het warmwalsen wordt het koudtrekken als afwerkingsproces toegepast. De staaf wordt bij kamertemperatuur door een matrijs getrokken, waardoor de diameter afneemt en de eigenschappen verbeteren. Door de vervorming nemen de sterkte en hardheid toe, terwijl de ductiliteit licht afneemt.

Extrusie

Bij dit proces worden kracht en een matrijs gebruikt om complexe vormen van staven te produceren, zoals zeshoekige of op maat gemaakte profielen. De staven worden onder hoge temperatuur met kracht door de matrijs geperst. Dit proces is gebruikelijk voor metalen met een laag smeltpunt, zoals aluminium. De resultaten van dit proces zijn onder andere een uitstekende oppervlakteafwerking en een goede maatnauwkeurigheid.

Smeden

Warm smeden wordt vaak gebruikt om staven te produceren die de korrelstructuur verfijnen en de sterkte en taaiheid verhogen. De gloeiendhete staven worden onder een pers of hamer geplaatst, waarna ze door middel van drukkrachten tot staven worden gevormd.

Welke invloed heeft de vorm van het staafmateriaal op CNC-bewerking?

De vorm van staven beïnvloedt de keuze van het CNC-bewerkingsproces. Laten we eens kijken hoe de vorm van een staaf van belang is voor CNC-bewerking:

CNC-bewerking selectie

De vorm van een staaf is bepalend voor de nauwkeurigheid, precisie, bewerkbaarheid en economische haalbaarheid van het proces. De mogelijkheden van elke CNC-machine variëren, waardoor de juiste vormkeuze van groot belang is.

CNC-draaien van ronde staven

In de maakindustrie worden ronde staven als het meest geschikt beschouwd voor CNC-draaibewerkingen, omdat:

• De geometrie is reeds axiaal symmetrisch.
• Er hoeft minder materiaal te worden verwijderd om producten zoals assen enzovoort te maken.
• Tijdens het gebruik draait het soepel, waardoor er geen onevenwicht ontstaat.

Deze voordelen van ronde staven voor CNC-draaibewerkingen resulteren in een uitstekende oppervlakteafwerking, minder gereedschapslijtage en lagere bewerkingskosten.

CNC-frezen van vierkante staven

Machinisten geven de voorkeur aan vierkante staven voor CNC-freesbewerkingen vanwege het vereiste vlakke oppervlak. Ten tweede worden vierkante staven gebruikt voor de productie van onderdelen zoals spieën, beugels en blokken, enz. Vierkante staven zijn gemakkelijk in een bankschroef te klemmen. Door het vlakke oppervlak is minder nabewerking nodig. Een ander groot voordeel is een betere maatnauwkeurigheid van de vlakken.

CNC-frezen en -draaien van zeskantige staven

Zeskantstangen zijn de voorkeurskeuze voor CNC-frees- en draaibewerkingen vanwege hun bewerkingsefficiëntie, werkstukbevestiging en functionaliteit. Bij CNC-draaibewerkingen wordt een zeskantstang gebruikt voor de productie van:

• Noten
• Boutkoppen
• Beslag

Bij CNC-freesbewerkingen bieden zeskantstangen de voordelen van reeds beschikbare vlakke oppervlakken, eenvoudige klemming en positionering.

CNC-frezen van platte staven

CNC-freesmachines werken het best op vlakke oppervlakken, randen en profielen. Platte staven worden beschouwd als bijna-eindvorm, waardoor er minder materiaal hoeft te worden verwijderd. Ze zijn een ideale keuze voor freesbewerkingen zoals vlakfrezen, sleuven en uitsparingen maken, en profielsnijden, enz.

Staafmateriaal: CNC-gefreesde onderdelen

In dit gedeelte worden onderdelen van verschillende ontwerpen belicht die tot stand komen door de verschillende vormen van de staven.

Cilindrische onderdelen

Door middel van ronde staven en CNC-draaibewerkingen worden sommige van deze cilindrische onderdelen vervaardigd:

• Assen en aandrijfassen (transmissieassen, motorassen en pompassen)

Deze onderdelen worden gebruikt in de automobielindustrie, de maakindustrie en energiecentrales.

• Bussen en mouwen

Glijlagers en afstandhouders zijn veelvoorkomende voorbeelden van deze onderdelen. Zware machines, de textielindustrie en bouwmachines maken er gebruik van.

Onderdelen met een vlak oppervlak

Om vlakke onderdelen te produceren, zoals gereedschapshouders, klemmen en opspaninrichtingen, spieën en spiebanen, en hydraulische verdeelstukken, worden vierkante staven vervaardigd met behulp van CNC-freesbewerkingen. Deze onderdelen worden in diverse industrieën gebruikt, waaronder CNC-bewerkingswerkplaatsen, de automobielindustrie en de aandrijftechniek.

Hexagonale onderdelen met kenmerken

De onderdelen met zeshoekige kenmerken omvatten:

• Zeskantmoeren en zeskantmoeren,
• Hydraulische en pneumatische fittingen
• Kleplichamen

De bouw, de olie- en gasindustrie en chemische fabrieken maken gebruik van deze zeshoekige onderdelen. Voor de productie van deze onderdelen worden zeshoekige staven gebruikt.

Beugelonderdelen van platte stangen

Platte beugels worden gebruikt voor de productie van CNC-gefreesde onderdelen:

• L-beugels (hoekbeugels), gebruikt in de bouw en meubelindustrie.
• U-beugels, gebruikt in de olie- en gasindustrie en de loodgieterij.
• Montagebeugels, gebruikt in auto- en elektrische systemen.

De platte staven worden gebruikt omdat ze al brede en vlakke oppervlakken hebben, waardoor alleen buigen en CNC-bewerking nodig zijn om de uiteindelijke vorm te verkrijgen.

Beperkingen van stafmateriaal in CNC-bewerking

Staafmateriaal biedt diverse voordelen bij de bewerking vanwege de geometrie; het kent echter ook bepaalde beperkingen, afhankelijk van het ontwerp van het onderdeel. Deze nadelen zijn onder andere:

Hoge materiaalverspilling

Een hoog materiaalverlies treedt op bij een vormverschil tussen de staaf en het eindproduct. Bijvoorbeeld, bij een rechthoekig onderdeel met een complexe geometrie dat door gieten of smeden wordt vervaardigd, is de materiaalverspilling hoog als de staven rond zijn. Bij rechthoekige onderdelen wordt niet de volledige doorsnede benut, waardoor veel materiaal verloren gaat. Daarnaast is er ook sprake van subtractieve bewerkingen die worden uitgevoerd met CNC-machines, zoals boren, frezen, enz.

Vormbeperkingen

De geometrie van de staven beperkt de beschikbare materiaalkeuze. Ronde staven zijn bijvoorbeeld de beste keuze vanwege de uniforme dwarsdoorsnede over de gehele lengte en worden gebruikt bij de fabricage van assen , enzovoort. Moderne componenten hebben echter variaties in de dwarsdoorsnede als gevolg van complexe geometrie, waardoor ronde staven niet de ideale keuze zijn als de gewenste geometrie van de onderdelen niet met het standaardmateriaal kan worden bereikt.

Staafmateriaal versus andere materiaalvormen

Deze sectie geeft inzicht in de verschillen tussen stafmateriaal en andere profielen.

Staaf versus bord

Een staaf is een lang stuk metaal met een uniforme doorsnede, terwijl een stuk metaal met een groot oppervlak en een grote dikte een plaat wordt genoemd. Andere verschillen worden in de volgende tabel weergegeven:

Staaf versus buis

Een buis is een metalen voorwerp met een holle cilindrische vorm en een uniforme wanddikte. Andere verschillen worden in de volgende tabel weergegeven:

Staafmateriaal versus draad

Een draad is een dun metalen product met een zeer kleine diameter. Andere verschillen worden in de volgende tabel weergegeven:

Hoe kies je het juiste staafmateriaal voor CNC-bewerking?

Een verkeerde keuze van staafvormen voor het materiaal kan leiden tot aanzienlijk materiaalverlies, wat niet economisch is. Om dit materiaalverlies tijdens CNC-bewerking te compenseren of te voorkomen, kunt u de volgende tips gebruiken:

Definieer onderdeelgeometrie

Omdat de geometrie van de staaf direct verband houdt met de uiteindelijke vorm van het product, moet er eerst rekening worden gehouden met de geometrie van het onderdeel. Als de producten bijvoorbeeld cilindrisch zijn, zoals assen, of een uniforme dwarsdoorsnede over de gehele lengte vereisen, dan moeten ronde staven op voorraad worden gehouden. Voor rechthoekige onderdelen moeten platte staven op voorraad worden gehouden, enzovoort.

Selecteer de juiste balkvormen

De vorm van de staaf moet worden gekozen op basis van de uiteindelijke vorm van het product. Zo moeten de staven voor de productie van spiebanen vierkant of plat zijn. Voor de productie van zeskantmoeren moet de staaf zeshoekig zijn.

Kies het juiste materiaal

Om het juiste materiaal te kiezen, is het belangrijk om de toepassing van het product te kennen. Als hardheid bijvoorbeeld de belangrijkste vereiste is, dan moeten de staven gemaakt zijn van koolstofstaal, nikkellegeringen, enzovoort. Voor een hoge verhouding tussen gewicht en sterkte zijn aluminium en titanium de ideale keuzes voor staven.

Kies de juiste maat

Om groot materiaalverlies te voorkomen, moet de afmeting van de staven zorgvuldig worden bepaald. Als de vereiste diameter van een as bijvoorbeeld 25 mm is, kies dan een staaf van 27-28 mm; op deze manier wordt het materiaalverlies beperkt en de maatnauwkeurigheid verhoogd.

Evalueer de kosten

Na een zorgvuldige evaluatie van bovenstaande factoren, dient u de uiteindelijke kosten te bepalen. Evalueer de grondstofprijs, de bewerkingstijd, het afval, de gereedschapskosten en de operationele efficiëntie.

Voordelen van het gebruik van staafmateriaal bij het prototypen

In de maakindustrie wordt, voordat de daadwerkelijke productie van een nieuw product begint, eerst een prototype gemaakt. Laten we eens kijken hoe het gebruik van staafmateriaal in deze stap voordelen biedt:

Directe bewerkbaarheid

Voor cilindrische producten, zoals assen, is het heel eenvoudig om een ​​prototype te maken van een staaf, omdat deze al bijna de uiteindelijke vorm heeft. Hierdoor is directe bewerkbaarheid mogelijk, wat tijd en energie bespaart bij de productie van prototypes.

Geen speciaal gereedschap nodig

Standaard staafvormen maken op maat gemaakte voorvormen of matrijzen overbodig, waardoor onderdelen direct met gangbare snijgereedschappen kunnen worden bewerkt.

Voorspelbare afmetingen

Doordat de afmetingen van de staven in de hele constructie constant blijven, zijn de afmetingen voorspelbaar. Dit draagt ​​bij aan een kortere bewerkingstijd, een hogere nauwkeurigheid en een grotere precisie.

Conclusie

Voor producten met hoge precisie speelt het staafmateriaal een cruciale rol, omdat deze staven over de gehele structuur consistente afmetingen hebben. Deze staven kunnen de vorm hebben van een vierkant, een rechthoek of een ronde, enzovoort. Omdat ze al in standaardvormen verkrijgbaar zijn, is er minder nabewerking nodig. Als de vorm van het eindproduct echter afwijkt, is er veel materiaalverspilling. Staafmateriaal wordt ook gebruikt voor prototyping, omdat er geen speciaal gereedschap nodig is en de afmetingen voorspelbaar zijn. Tuofa bewerkt staafmateriaal tot diverse vormen, zoals cilinders, kegels, schijven, hulzen en elementen zoals schroefdraad.

FAQ

Hoe buig je plat staal?

Een platte staaf kan worden gebogen door handmatig buigen, met een kantbank, met een rolbuigmachine of met hydraulische buigmachines.

Wat is 6061 aluminium rondstaafmateriaal?

Het betreft een voorraad ronde staven, gemaakt van 6061 aluminium. 6061 aluminium is een zeer sterke aluminiumlegering.

Wat zijn de kosten van staafmateriaal?

De kosten van stafmateriaal variëren afhankelijk van de vorm en het materiaal. Als het stafmateriaal van zacht staal is gemaakt, bedragen de kosten $1 per kg.