Выбор подходящего материала для ЧПУ

CNC-обработка позволяет производить детали практически из любого металла или пластика. В этом случае существует огромный выбор материалов для деталей, изготовленных с помощью фрезерных и токарных станков с ЧПУ. Выбор правильного материала для вашего приложения может быть довольно сложной задачей, и понимание преимуществ и наилучшего использования каждого доступного материала может иметь решающее значение.

В этой статье мы сравниваем наиболее распространенные материалы для станков с ЧПУ с точки зрения механических и термических свойств, стоимости и типичных (и оптимальных) применений.

Как выбрать подходящие материалы для ЧПУ?

Когда вы проектируете деталь для обработки на станке с ЧПУ, очень важно выбрать правильные материалы. Вот основные шаги, которым мы рекомендуем следовать, чтобы выбрать правильные материалы для ваших нестандартных деталей.

• Определите требования к материалам:они могут включать механические, термические или другие требования к материалам, а также стоимость и качество поверхности. Подумайте, как вы будете использовать свои детали и в какой среде они будут находиться. 

• Определите материалы-кандидаты. Выберите несколько материалов-кандидатов, которые удовлетворяют всем (или большинству) ваших требований к дизайну.

• Выберите наиболее подходящий материал:здесь обычно требуется компромисс между двумя или более конструктивными требованиями (например, механическими характеристиками и стоимостью).

В этой статье мы сосредоточимся на шаге два. Используя информацию, представленную ниже, вы можете определить материалы, наиболее подходящие для вашего приложения, и при этом уложиться в бюджет вашего проекта.

Каковы рекомендации Hubs по выбору материалов для станков с ЧПУ?

В приведенных ниже таблицах мы обобщаем соответствующие характеристики наиболее распространенных материалов для станков с ЧПУ, собранных путем изучения спецификаций, предоставленных производителями материалов. Мы разделяем металлы и пластмассы на две отдельные категории.

Металлы в основном используются в приложениях, требующих высокой прочности, твердости и термостойкости. Пластмассы – это легкие материалы с широким диапазоном физических свойств, часто используемые благодаря их химической стойкости и электроизоляционным свойствам.

В нашем сравнении материалов с ЧПУ мы ориентируемся на механическую прочность (выражаемую как предел текучести при растяжении), обрабатываемость (простота обработки влияет на цену ЧПУ), стоимость, твердость (в основном для металлов) и термостойкость (в основном для пластмасс).

Вот инфографика, которую вы можете использовать в качестве краткого справочника. чтобы быстро определить материалы ЧПУ, которые соответствуют конкретным инженерным потребностям:

Материал	Оценка	Сила*	Жесткость+	Обрабатываемость	Стоимость	Обычные приложения
Алюминий	6061	Средний	Средний	★★★★★	$	Компоненты самолетов общего назначения Автозапчасти Велосипедные рамы Контейнеры для пищевых продуктов
	6082	Средний	Средний	★★★★★	$	Автозапчасти общего назначения Контейнеры для пищевых продуктов
	7075	Высокий	Средний	★★★★	$$$	Компоненты для самолетов и аэрокосмической техники Автомобильные детали Морское оборудование Спортивное оборудование
	5083	Средний	Низкий	★★★★★	$$	Морское применение Строительство Сосуды под давлением
Нержавеющая сталь	304	Высокий	Средний	★★	$$$	Медицинские приборы общего назначения Пищевая промышленность Морские применения Химическая обработка
	316	Высокий	Средний	★★	$$$$	Оборудование для приготовления пищи Морское применение Архитектура Хирургические имплантаты Химические контейнеры
	Дуплекс 2205	Высокий	Высокий	★	$$$$$	Нефть и газ Морские установки Химическая обработка Теплообменники
	303	Высокий	Высокий	★★★	$$$$	Компоненты самолетов Детали машин Гайки, болты, шестерни, втулки
	17-4	Высокий	Очень высокий	★★	$$$$$	Лопатки турбин Морские установки Химические суда Нефть и газ Ядерные установки
Мягкая сталь	1018	Средний	Средний	★★★	$$	Запчасти машин общего назначения Приспособления и приспособления
	1045	Средний	Высокий	★★	$$$	Детали машин общего назначения
	A36	Высокий	Средний	★★★	$$	Запчасти для строительной техники, приспособления и приспособления
Легированная сталь	4140	Средний	Высокий	★★	$$$	Инструмент для деталей машин общего назначения
	4340	Высокий	Высокий	★★	$$$	Шасси самолета Силовая передача Инструмент
Инструментальная сталь	D2	Высокий	Очень высокий	★	$$$$	Инструмент для холодной обработки Штампы и штампы Режущие инструменты и ножи
	A2	Высокий	Очень высокий	★	$$$$	Инструмент для холодной обработки Штампы и штампы Режущие инструменты и ножи
	O1	Высокий	Очень высокий	★	$$$$	Инструмент для холодной обработки штампов и штампов
Латунь	C36000	Средний	Средний	★★★★★	$$	Механические части Клапаны и сопла Архитектура

• :Предел текучести при растяжении — средний:200–400 МПа, высокий:400–600 МПа
  
• :Твердость — средняя:50–90 HRB, высокая:90–50 HRC, очень высокая:выше 50 HRC
  

Материал	Сила*	Рабочая температура+	Обрабатываемость	Стоимость	Обычные приложения
АБС	Средний	До 60°C	★★★	$$	Автомобилестроение Электронные корпуса Трубы и фитинги Потребительские товары
Нейлон	Высокий	До 100°C	★	$$	Автозапчасти Механические детали Крепеж
Поликарбонат (ПК)	Высокий	До 120°C	★★	$$	Архитектура Автомобильная промышленность Электронные корпуса Пищевые контейнеры
ПОМ (делрин)	Средний	До 82°C	★★★★	$$	Механические части Электронные корпуса Втулки и фитинги
ПТФЭ (тефлон)	Низкий	До 260°C	★★★★	$$	Применения при высоких температурах Химическая обработка Электронные корпуса Пищевая промышленность
ПЭВП	Низкий	До 80°C	★	$$	Химические контейнеры Трубы и фитинги Потребительские товары
PEEK	Высокий	До 260°C	★★	$$$$	Медицинское применение Химическая промышленность Пищевая промышленность Клапаны высокого давления

• :Предел текучести при растяжении — низкий:5–30 МПа, средний:30–60 МПа, высокий:60–100 МПа
  
• :рекомендуемая максимальная рабочая температура для постоянного использования
  

Что такое алюминий? Прочный и экономичный сплав

Алюминиевые сплавы имеют отличное соотношение прочности и веса, высокую тепло- и электропроводность и естественную защиту от коррозии. Они просты в обработке и рентабельны при больших объемах, что часто делает их наиболее экономичным вариантом для производства прототипов и других типов деталей.

Хотя алюминиевые сплавы обычно имеют меньшую прочность и твердость, чем стали, их можно анодировать, создавая на их поверхности твердый защитный слой.

Давайте разберем различные типы алюминиевых сплавов.

• Алюминий 6061 — это наиболее распространенный алюминиевый сплав общего назначения с хорошим соотношением прочности и веса и отличной обрабатываемостью.

• Алюминий 6082 имеет тот же состав и свойства материала, что и 6061. Он чаще используется в Европе (поскольку соответствует британским стандартам).

• Алюминий 7075 — это сплав, наиболее часто используемый в аэрокосмической отрасли, где критически важным является снижение веса. Он обладает отличными усталостными свойствами и может подвергаться термообработке до высокой прочности и твердости, что делает его сравнимым со сталью.

• Алюминий 5083 обладает более высокой прочностью, чем большинство других алюминиевых сплавов, и исключительной стойкостью к морской воде. Это делает его оптимальным для строительства и морского применения. Это также отличный выбор для сварки.
  

Характеристики материала:

• Типичная плотность алюминиевых сплавов:2,65-2,80 г/см3

• Может быть анодирован

• Немагнитный

Что такое нержавеющая сталь? Прочный, долговечный сплав

Сплавы из нержавеющей стали обладают высокой прочностью, высокой пластичностью, отличной износостойкостью и коррозионной стойкостью, легко поддаются сварке, механической обработке и полировке. В зависимости от их состава они могут быть (по существу) немагнитными или магнитными.

Давайте разберем типы нержавеющей стали, которые мы предлагаем на платформе.

• Нержавеющая сталь 304 является наиболее распространенным сплавом нержавеющей стали. Обладает отличными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью. Он устойчив к большинству условий окружающей среды и агрессивных сред.

• Нержавеющая сталь 316 — еще один распространенный сплав нержавеющей стали с механическими свойствами, аналогичными 304. Однако она обладает более высокой коррозионной и химической стойкостью, особенно к соляным растворам (например, морской воде), поэтому часто лучше подходит для работы в более суровых условиях.

• Нержавеющая сталь 2205 Duplex обладает высочайшей прочностью (в два раза выше, чем у обычных сплавов нержавеющей стали) и отличной стойкостью к коррозии. Он используется в экстремальных условиях во многих областях нефтегазовой промышленности.

• Нержавеющая сталь 303 обладает превосходной ударной вязкостью, но более низкой коррозионной стойкостью по сравнению со сталью 304. Благодаря превосходной обрабатываемости она часто используется в крупносерийном производстве, например при производстве гаек и болтов для аэрокосмической отрасли.

• Нержавеющая сталь 17-4 (марка SAE 630) имеет механические свойства, сравнимые с 304. Она может подвергаться дисперсионному твердению до очень высокой степени (сравнимой с инструментальными сталями) и обладает отличной химической стойкостью, что делает ее подходящей для очень высокопроизводительных применений, таких как как производство лопастей для ветряных турбин.

Материальные характеристики:

• Типичная плотность:7,7–8,0 г/см3

• Немагнитные сплавы нержавеющей стали:304, 316, 303

• Магнитные сплавы из нержавеющей стали:2205 Duplex, 17-4

Что такое мягкая сталь? Сплав общего назначения

Мягкие стали также известны как низкоуглеродистые стали и обладают хорошими механическими свойствами, отличной обрабатываемостью и хорошей свариваемостью. Поскольку они относительно дешевы, производители используют их для многих приложений общего назначения, таких как приспособления и приспособления. Мягкие стали подвержены коррозии и химическим повреждениям.

Давайте разберем типы мягких сталей, доступных на платформе.

• Мягкая сталь 1018 представляет собой сплав общего назначения с хорошей обрабатываемостью и свариваемостью, а также с превосходной ударной вязкостью, прочностью и твердостью. Это наиболее часто используемый сплав из мягкой стали.

• Мягкая сталь 1045 — это среднеуглеродистая сталь с хорошей свариваемостью, хорошей обрабатываемостью, высокой прочностью и ударопрочностью.

• Мягкая сталь A36 — обычная конструкционная сталь с хорошей свариваемостью. Он подходит для различных промышленных и строительных приложений.

Характеристики материала:

• Типичная плотность:7,8–7,9 г/см3

• Магнитный

Что такое легированная сталь? Более прочный и износостойкий сплав

Легированные стали содержат другие легирующие элементы в дополнение к углероду, что приводит к повышению твердости, ударной вязкости, усталостной прочности и износостойкости. Как и мягкие стали, легированные стали подвержены коррозии и химическим воздействиям

• Легированная сталь 4140 обладает хорошими механическими свойствами, хорошей прочностью и ударной вязкостью. Этот сплав подходит для многих промышленных применений, но не рекомендуется для сварки.

• Легированная сталь 4340 может подвергаться термообработке до высокого уровня прочности и твердости, сохраняя при этом хорошую ударную вязкость, износостойкость и усталостную прочность. Этот сплав поддается сварке.

Характеристики материала:

• Типичная плотность:7,8–7,9 г/см3

• Магнитный

Что такое инструментальная сталь? Исключительно прочный и стойкий сплав

Инструментальные стали представляют собой металлические сплавы с исключительно высокой твердостью, жесткостью, абразивным и термическим сопротивлением, если они подвергаются термической обработке. Они используются для создания производственных инструментов (отсюда и название), таких как штампы, штампы и формы.

Давайте разберем инструментальные стали, которые мы предлагаем в Hubs.

• Инструментальная сталь Д2 — износостойкий сплав, сохраняющий твердость до температуры 425°С. Он обычно используется для изготовления режущих инструментов и штампов.

• Инструментальная сталь A2 представляет собой универсальную инструментальную сталь с воздушной закалкой, обладающую хорошей ударной вязкостью и превосходной стабильностью размеров при повышенных температурах. Он обычно используется для изготовления штампов для литья под давлением.

• Инструментальная сталь О1 представляет собой закаленный в масле сплав с высокой твердостью 65 HRC. Он обычно используется для ножей и режущих инструментов.
  

Характеристики материала:

• Стандартная плотность:7,8 г/см3

• Стандартная твердость:45-65 HRC

Что такое латунь? Проводящий и косметический сплав

Латунь представляет собой металлический сплав с хорошей обрабатываемостью и отличной электропроводностью, что делает его идеальным для применений, требующих низкого трения. Вы часто найдете косметические латунные детали, используемые в архитектурных целях (золотые детали(.

Вот латунь, которую мы предлагаем в Hubs.

• Латунь C36000 — материал с высокой прочностью на растяжение и естественной коррозионной стойкостью. Это один из наиболее легко поддающихся обработке материалов, поэтому его часто используют для больших объемов работ.

Характеристики материала:

• Типичная плотность:8,4–8,7 г/см3

• Немагнитный

Что такое ABS? Прототип термопластика

ABS — один из наиболее распространенных термопластичных материалов, обладающий хорошими механическими свойствами, отличной ударной вязкостью, высокой термостойкостью и хорошей обрабатываемостью.

ABS имеет низкую плотность, что делает его идеальным для легких изделий. Детали из АБС-пластика, обработанные на станке с ЧПУ, часто используются в качестве прототипов перед массовым производством с помощью литья под давлением.

Материальные характеристики:

• Стандартная плотность:1,00–1,05 г/см3

Что такое нейлон? Инженерный термопластик

Нейлон (также известный как полиамид (ПА)) — это термопласт, который часто используется в инженерных целях благодаря его превосходным механическим свойствам, хорошей ударной вязкости и высокой химической стойкости и стойкости к истиранию. Он восприимчив к воде и влаге.

Нейлон 6 и нейлон 66 – это марки, которые чаще всего используются в станках с ЧПУ.

Характеристики материала:

• Стандартная плотность:1,14 г/см3

Что такое поликарбонат? Термопласт с ударной вязкостью

Поликарбонат представляет собой термопласт с высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и отличной ударной вязкостью (лучше, чем АБС). Обычно он прозрачный, но может быть окрашен в различные цвета. Эти факторы делают его идеальным для широкого спектра применений, включая жидкостные устройства или автомобильное остекление.

Материальные характеристики:

• Стандартная плотность:1,20–1,22 г/см3

Что такое POM (дельрин)? Самый обрабатываемый пластик на станках с ЧПУ

POM широко известен под коммерческим названием Delrin и представляет собой технический термопласт с самой высокой обрабатываемостью среди пластиков.

POM (Delrin) часто является лучшим выбором при обработке пластиковых деталей с ЧПУ, где требуется высокая точность, высокая жесткость, низкое трение, отличная стабильность размеров при повышенных температурах и очень низкое водопоглощение.

Материальные характеристики:

• Типичная плотность:1,40–1,42 г/см3

Что такое ПТФЭ (тефлон)? Термопласт для экстремальных температур

ПТФЭ, широко известный как тефлон, представляет собой инженерный термопласт с превосходной химической и термической стойкостью и самым низким коэффициентом трения среди всех известных твердых тел. Это один из немногих пластиков, который может выдерживать рабочие температуры выше 200 градусов по Цельсию и является выдающимся электрическим изолятором. Он также обладает чисто механическими свойствами и часто используется в качестве футеровки или вставки в сборке.

Характеристики материала:

• Стандартная плотность:2,2 г/см3

Что такое HDPE? Термопластик для наружных работ и трубопроводов

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) представляет собой термопласт с высоким отношением прочности к весу, высокой ударной вязкостью и хорошей устойчивостью к атмосферным воздействиям. ПЭВП легкий и подходит для наружного использования и трубопроводов. Как и ABS, он часто используется для создания прототипов перед литьем под давлением.

Материальные характеристики:

• Типичная плотность:0,93–0,97 г/см3

Что такое PEEK? Пластик на замену металлу

PEEK — это высокоэффективный инженерный термопластик с превосходными механическими свойствами, термической стабильностью в очень широком диапазоне температур и превосходной устойчивостью к большинству химических веществ.

PEEK часто используется для замены металлических деталей из-за его высокого отношения прочности к весу. Также доступны медицинские сорта, что делает PEEK подходящим также для биомедицинских применений.

Характеристики материала:

• Стандартная плотность:1,32 г/см3

Часто задаваемые вопросы

Какой материал наиболее экономичен для станков с ЧПУ?

Это во многом зависит от рассматриваемого приложения, но в целом алюминий 6061 является наиболее распространенным и самым дешевым металлом для обработки на станках с ЧПУ.

Какой пластик лучше всего подходит для станков с ЧПУ?

POM (Delrin) — самый экономичный пластик для станков с ЧПУ. Это отчасти благодаря отличной обрабатываемости термопластов.

Каковы преимущества обработки металлов с ЧПУ?

Металлы идеально подходят для производства, требующего высокой прочности, твердости и/или надежной устойчивости к экстремальным температурам.

Каковы преимущества обработки пластмасс на станках с ЧПУ?

Хотя пластики более распространены в 3D-печати, они идеально подходят для обработки на станках с ЧПУ, когда вы хотите производить легкие детали с особыми требованиями к материалам. Пластмассы также подходят для изготовления прототипов (особенно до того, как вы начнете производить большие количества с помощью литья под давлением).