W skrócie
Materiał wpływa nie tylko na wytrzymałość gotowego elementu.
Wpływa także na koszt produkcji, czas obróbki, zużycie narzędzi i termin realizacji. W wielu przypadkach wybór droższego materiału nie daje żadnych korzyści użytkowych. Kluczem jest dobranie materiału do rzeczywistych warunków pracy elementu.
Dlaczego wybór materiału jest tak ważny?
Dobry projekt korzysta z materiału wystarczającego, a nie najmocniejszego z możliwych.
Jednym z najczęściej zadawanych pytań podczas przygotowania projektu jest: jaki materiał będzie najlepszy? Nie ma jednej odpowiedzi. Materiał powinien być dobierany do funkcji elementu, środowiska pracy oraz technologii wykonania.
Zbyt słaby materiał może skrócić żywotność konstrukcji. Zbyt wytrzymały często oznacza jedynie wyższy koszt zakupu i trudniejszą obróbkę. To pozornie niewielka różnica, ale właśnie ona pozwala często ograniczyć koszt produkcji nawet o kilkanaście lub kilkadziesiąt procent.
Co składa się na koszt materiału?
Cena zakupu to tylko jedna część całkowitego kosztu.
Na końcową cenę wpływają również dostępność materiału, czas obróbki, zużycie narzędzi, prędkość skrawania, możliwość spawania, konieczność dodatkowej obróbki, zabezpieczenie antykorozyjne i masa gotowego elementu.
- dostępność materiału,
- czas obróbki,
- zużycie narzędzi,
- prędkość skrawania,
- możliwość spawania,
- konieczność dodatkowej obróbki,
- zabezpieczenie antykorozyjne,
- masa gotowego elementu.
Dlatego tańszy materiał nie zawsze oznacza tańszą produkcję. Jednocześnie droższy materiał nie zawsze będzie najlepszym wyborem.
Najczęściej stosowane materiały w produkcji CNC
Stal S235
Stal S235 to jeden z najpopularniejszych materiałów stosowanych w konstrukcjach stalowych. Jej największe zalety to atrakcyjna cena, dobra spawalność, łatwa obróbka i szeroka dostępność.
Najlepiej sprawdza się w elementach konstrukcyjnych, które nie są narażone na bardzo duże obciążenia.
Stal S355
W porównaniu do S235 stal S355 charakteryzuje się większą wytrzymałością mechaniczną. Sprawdza się w konstrukcjach nośnych, maszynach i elementach poddawanych większym obciążeniom.
Nie zawsze jednak jej zastosowanie jest uzasadnione. Jeżeli projekt nie wymaga wyższej wytrzymałości, wybór S355 może jedynie zwiększyć koszt materiału.
Aluminium
Aluminium ma niewielką masę, dobrą odporność na korozję, bardzo dobre właściwości obróbcze i estetyczny wygląd. Doskonale sprawdza się w przemyśle maszynowym, motoryzacji, automatyce oraz urządzeniach wymagających redukcji masy.
Trzeba jednak pamiętać, że aluminium nie zawsze zastąpi stal. Pod względem wytrzymałości oba materiały różnią się znacząco.
Stal nierdzewna
Największą zaletą stali nierdzewnej jest odporność na korozję. To materiał wykorzystywany między innymi w przemyśle spożywczym, farmacji, chemii oraz elementach pracujących na zewnątrz.
Jeżeli element nie będzie narażony na wilgoć ani agresywne środowisko, zastosowanie stali nierdzewnej może być niepotrzebnym wydatkiem.
Jak wybrać materiał?
Najpierw określ funkcję elementu i środowisko pracy.
Zanim wskażesz konkretny gatunek materiału, odpowiedz sobie na kilka pytań:
- Jakie obciążenia będzie przenosił element?
- Czy będzie pracował na zewnątrz?
- Czy będzie narażony na korozję?
- Czy masa ma znaczenie?
- Czy element będzie spawany?
- Czy planowana jest produkcja seryjna?
Dopiero wtedy można świadomie wybrać materiał, który zapewni odpowiednią trwałość bez generowania zbędnych kosztów.
10 najczęstszych błędów przy doborze materiału
1. Wybór materiału „na zapas”
Projektant zakłada, że mocniejszy materiał będzie lepszy. Nie zawsze jest to prawda. Jeżeli element pracuje z dużym zapasem bezpieczeństwa, zastosowanie stali o wyższej wytrzymałości może nie przynieść żadnych korzyści użytkowych.
Natomiast niemal zawsze oznacza wyższy koszt zakupu, trudniejszą obróbkę, większe zużycie narzędzi i wyższą cenę gotowego elementu.
2. Nieuwzględnienie środowiska pracy
Konstrukcja znajdująca się wewnątrz hali produkcyjnej nie wymaga takich samych właściwości jak element pracujący na zewnątrz przez cały rok. Część mająca kontakt z chemikaliami będzie wymagała innego materiału niż detal pracujący w suchym środowisku.
3. Pomijanie kosztu obróbki
Cena zakupu materiału to tylko jedna część całkowitego kosztu. Niektóre gatunki obrabiają się szybciej, pozwalają stosować większe prędkości skrawania i mniej zużywają narzędzia. Inne wymagają znacznie większej ilości czasu.
4. Brak konsultacji z wykonawcą
Technolog może zaproponować materiał łatwiej dostępny, prostszy w obróbce, tańszy i jednocześnie spełniający wszystkie wymagania projektu. To jedna z najprostszych metod ograniczenia kosztów produkcji.
5. Kierowanie się wyłącznie ceną
Najtańszy materiał nie zawsze będzie najlepszym rozwiązaniem. Może wymagać dodatkowego zabezpieczenia, bardziej skomplikowanej obróbki, częstszych wymian albo większej liczby elementów wzmacniających.
6. Pomijanie dostępności materiału
Jeżeli materiał nie jest dostępny od ręki, czas realizacji może znacząco się wydłużyć. Przy pilnych zleceniach dostępność materiału często okazuje się równie ważna jak jego parametry techniczne.
7. Nieuwzględnienie spawalności
Nie każdy materiał spawa się równie łatwo. Niektóre gatunki wymagają podgrzewania, specjalnych materiałów dodatkowych albo odpowiednich parametrów chłodzenia. Jeżeli projekt obejmuje elementy spawane, warto uwzględnić ten aspekt już podczas wyboru materiału.
8. Nieuwzględnienie masy konstrukcji
W wielu projektach masa gotowego wyrobu wpływa na transport, montaż i późniejszą eksploatację. Czasami aluminium zamiast stali pozwala znacząco ograniczyć masę konstrukcji. W innych przypadkach korzyści nie uzasadnią wyższego kosztu materiału.
9. Kopiowanie materiałów z wcześniejszych projektów
Nowy projekt często powstaje na bazie wcześniejszego, a razem z geometrią kopiowana jest specyfikacja materiałowa. Problem polega na tym, że nowy element może pracować w zupełnie innych warunkach.
10. Brak analizy całkowitego kosztu
Dobór materiału nie powinien kończyć się na sprawdzeniu ceny za kilogram. Należy uwzględnić czas obróbki, koszt narzędzi, odpady materiałowe, transport, montaż, zabezpieczenie antykorozyjne i późniejszy serwis.
Jak ta wiedza wpływa na koszt produkcji?
Materiał determinuje niemal każdy kolejny etap produkcji.
Dobór materiału to jedna z pierwszych decyzji podejmowanych podczas projektowania. Wpływa na cenę zakupu, czas obróbki, rodzaj narzędzi, możliwość spawania, sposób zabezpieczenia powierzchni i transport gotowego elementu.
Dlatego nie warto wybierać materiału wyłącznie na podstawie przyzwyczajeń lub wcześniejszych projektów. Znacznie lepszym rozwiązaniem jest analiza rzeczywistych wymagań konstrukcyjnych.
W wielu przypadkach odpowiednio dobrany materiał pozwala znacząco ograniczyć koszt wykonania bez wpływu na trwałość czy bezpieczeństwo gotowego elementu.
Perspektywa ELMET
Materiał analizujemy razem z projektem i technologią wykonania.
Podczas przygotowywania wycen często analizujemy nie tylko sam projekt, ale również dobór materiału. Zdarza się, że klient wskazuje konkretny gatunek stali lub aluminium, choć z technicznego punktu widzenia możliwe jest zastosowanie innego rozwiązania.
Jeżeli widzimy możliwość obniżenia kosztów przy zachowaniu wymaganych parametrów, przedstawiamy alternatywę jeszcze przed rozpoczęciem produkcji.
Takie konsultacje pozwalają podejmować świadome decyzje i często skracają zarówno czas realizacji, jak i koszt całego projektu.
Box eksperta
Zanim wybierzesz materiał, odpowiedz sobie na 5 pytań.
- Jakie obciążenia będzie przenosił element?
- Czy będzie pracował na zewnątrz?
- Czy będzie spawany?
- Czy masa ma znaczenie?
- Czy materiał jest łatwo dostępny?
Jeżeli potrafisz odpowiedzieć na te pytania, wybór odpowiedniego materiału będzie znacznie prostszy.
Checklista
Przed wysłaniem zapytania sprawdź, czy materiał wynika z realnych wymagań.
- Określ obciążenia i funkcję detalu.
- Sprawdź środowisko pracy elementu.
- Uwzględnij spawalność i dalszy montaż.
- Porównaj koszt materiału z kosztem obróbki.
- Sprawdź dostępność materiału przed założeniem terminu.
- Skonsultuj alternatywny gatunek z wykonawcą.
Podsumowanie
Nie istnieje materiał najlepszy do wszystkich zastosowań.
Dobrym wyborem jest ten materiał, który spełnia wymagania konstrukcyjne, jest odpowiedni do warunków pracy, umożliwia ekonomiczną produkcję i nie generuje niepotrzebnych kosztów.
Świadomy dobór materiału pozwala ograniczyć wydatki nie tylko na zakup surowca, ale również na obróbkę, transport i późniejszą eksploatację gotowego wyrobu.
Nie masz pewności, jaki materiał będzie najlepszy?
Prześlij dokumentację techniczną do ELMET.
Przeanalizujemy projekt i pomożemy dobrać materiał, który zapewni odpowiednią trwałość oraz funkcjonalność, jednocześnie pozwalając ograniczyć koszt produkcji.
Jeżeli istnieje możliwość zastosowania bardziej ekonomicznego rozwiązania bez pogorszenia parametrów technicznych, przedstawimy je już na etapie wyceny.
Następny krok
Dobór materiału to dopiero jeden z elementów wpływających na koszt wykonania detalu.
Kolejnym jest odpowiednie określenie wymagań wykonania i kontroli jakości.
Przeczytaj również: Tolerancje wykonania w obróbce CNC - kiedy warto za nie dopłacić?. Dowiesz się, jak wymagania dokładności wpływają na czas obróbki, kontrolę jakości oraz koszt produkcji.