Drei Weichmetalle für die CNC-Bearbeitung

Von Natur aus sind Hartmetalle wie Wolfram und Chrom in der verarbeitenden Industrie eher selten. Tatsächlich sind die meisten Metalle von Natur aus weich, relativ gesehen, aber durch Hinzufügen von Legierungen oder Biegen, Dehnen oder Hämmern des Materials stark genug für die Herstellung gemacht.

Weiche Nichteisenmetalle (ohne Eisen) können einfach geschnitten und bearbeitet werden, wobei nur eine minimale Wärmebehandlung nach dem Prozess erforderlich ist. Die gebräuchlichsten Weichmetalle für die CNC-Bearbeitung sind Kupferlegierungen, und häufige Anwendungen umfassen Schmuckherstellung, Beschichtung und elektrische Leitungen. Aluminium spielt in der CNC-Bearbeitung oft eine ähnliche Rolle wie diese weichen Metalle, aber Aluminium wird häufig genug verwendet, um eine eigene Diskussion zu rechtfertigen.

Weichmetalle sind mit einer Reihe von Herstellungsprozessen kompatibel, aber Ingenieure und Produktteams erstellen häufig Teile mit Weichmetallen durch CNC-Bearbeitung. Hier finden Sie alles, was Produktteams über die Bearbeitung von Kupfer, Bronze und Messing wissen müssen, den drei wichtigsten Weichmetallen auf dem heutigen Markt.

1. Kupfer

Kupfer C101 ist auch aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften einzigartig – von der Environmental Protection Agency durchgeführte Tests ergaben, dass 355 Kupferlegierungen, einschließlich C101, mehr als 99,9 % der Bakterien innerhalb von zwei Stunden nach Kontakt abtöteten.

Aus diesem Grund findet man Kupfer häufig an Kontaktpunkten in der medizinischen Industrie wie Bettgittern, Waschbecken, Wasserhähnen und Toilettenbeschlägen. Weitere beliebte Anwendungen sind elektrische Drähte, Elektromagnete und Leiterplatten in der Halbleiterindustrie.

Obwohl Kupfer in den meisten Meeres- und Industrieumgebungen korrosionsbeständig ist, kann es durch Halogene, Sulfide und Lösungen auf Ammoniakbasis korrodiert werden. Außerdem ist C101 aufgrund seines hohen Sauerstoffgehalts besonders anfällig für Wasserstoffversprödung bei erhöhten Temperaturen.

Mechanische Spezifikationen:

• Reißfestigkeit:310-380 MPa
• Elastizitätsmodul:125 – 135 GPa
• Reißdehnung:6-25 %
• Härte:27 HV
• Wärmeleitfähigkeit:390 – 398 W/(m⋅°C)

2. Messing

Beispielsweise hat eine Messinglegierung, die 32–39 % Zink enthält, wahrscheinlich gute Warmumformbarkeiten, aber schlechte Kaltumformbarkeiten. Ingenieure und Produktteams sollten den Zinkgehalt einer Messinglegierung notieren, bevor sie eine endgültige Entscheidung treffen.

Viele Produktteams arbeiten mit 360 Messing, weil es eine gute Zugfestigkeit und natürliche Korrosionsbeständigkeit aufweist. Außerdem ist dieses Material gut bearbeitbar, schweißbar und verursacht keinen übermäßigen Verschleiß an der CNC-Maschine.

Dieses Material hat jedoch seine Nachteile. Wenn Messing mit Ammoniak oder Lösungen auf Ammoniakbasis in Kontakt kommt, wird es anfällig für Spannungsrisskorrosion. In den meisten Fällen kann diese Einschränkung durch Tempern während der Nachbearbeitung behoben werden. Aus finanzieller Sicht gehört Messing zu den teureren Weichmetallen.

360 Messing ist ideal für reibungsarme Anwendungen und wird häufig zur Herstellung von Musikinstrumenten, Schlosskomponenten und Zahnrädern verwendet. Da Messing eine so starke Ähnlichkeit mit Gold hat, hat es auch ein breites Spektrum an rein dekorativen Anwendungen.

Mechanische Spezifikationen:

• Reißfestigkeit:140 MPa
• Reißdehnung:23 %
• Härte:Rockwell B35
• Dichte:0,307 lbs/cu. ein.
• Höchsttemperatur:1650 °F

3. Bronze

Bronzelegierungen bestehen wie Messing aus einer Kupferbasis in Kombination mit anderen Legierungen. Zinn gehört zu den häufigsten Zusätzen. Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Bronze ändern sich, wenn Phosphor, Aluminium, Mangan, Silizium und andere Materialien hinzugefügt werden, was Ingenieure und Designer berücksichtigen sollten.

642-Bronze ist duktil, beständig gegen Korrosion, Abrieb und Ermüdung und hat die beste Bearbeitbarkeit aller Messing- und Bronzelegierungen. Außerdem übertrifft Bronze Kupfer, wenn es um Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit geht. Übliche Anwendungen für Bronzelegierungen sind Musikinstrumente, Medaillen, Marineanwendungen und industrielle Anwendungen wie Flugzeugbuchsen, bei denen ein reibungsarmes Metall erforderlich ist. Leider ist die Verarbeitung von Bronze aufgrund des hohen Kupfergehalts teuer.

Mechanische Spezifikationen:

• Zugfestigkeit 517-621 MPa
• Elastizitätsmodul:16.000 ksi
• Steifigkeitsmodul:6.000 ksi
• Dichte:0,278 lb/in3 bei 68 °F
• Elektrische Leitfähigkeit:8 % IACS bei 68 °F

Auswahl des richtigen Materials für den Job

Weichmetalle bieten CNC-bearbeiteten Teilen viele vorteilhafte Eigenschaften. Sie sind im Allgemeinen einfach zu bearbeiten, von Natur aus korrosionsbeständig und eignen sich gut für eine Vielzahl von Anwendungen in allen Branchen. Insbesondere bei Messing und Bronze sollten Ingenieure und Produktteams unbedingt den Legierungsgehalt dieser weichen Metalle überprüfen, da das Hinzufügen zusätzlicher Elemente die mechanischen und physikalischen Eigenschaften des endgültigen Teils mit Sicherheit beeinflusst.

Für Ingenieure und Produktteams ist die Auswahl des am besten geeigneten Materials für ein bestimmtes Projekt eine der wichtigsten Entscheidungen, die sie während des Entwicklungsprozesses treffen müssen. Produktteams müssen ihrer Sorgfaltspflicht nachkommen, um sicherzustellen, dass sie die gewünschten Ergebnisse erzielen, und ein fachkundiger Fertigungs- und Designpartner wie Fast Radius kann dabei helfen.

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Bleiben Sie dran für den nächsten Teil der Reihe der CNC-Materialfamilien! Sehen Sie sich in der Zwischenzeit die anderen Materialauswahlleitfäden für Verfahren wie Spritzguss und 3D-Druck im Lernzentrum von Fast Radius an.