Вариант металла для обработки с ЧПУ

При разработке компонентов для станков с ЧПУ вы часто будете выбирать металлический материал. Для этого необходимо учитывать требования к прочности, химическую стойкость, термическую стабильность, стоимость и другие подобные факторы. С таким количеством материалов на выбор, это может быть немного ошеломляющим. Сначала определите наиболее важные особенности вашей детали. Как это работает? В какой среде он будет находиться? Как он взаимодействует с другими компонентами?

Поняв вышеперечисленные важные характеристики деталей, объедините шесть факторов, которые следует учитывать перед обработкой твердых или мягких металлов, представленных в этой статье. Думаю, это поможет вам выбрать правильный металлический материал.

Механические свойства металлов

Начнем с механических свойств, которые измеряются поведением материала при приложении различных сил.

Основные механические свойства металлов, которые необходимо учитывать:

Твердость:

Более твердые материалы более устойчивы к царапинам и сминанию, чем мягкие материалы. Твердые материалы подходят для изнашиваемых деталей, таких как втулки. Некоторые материалы также могут быть обработаны и закалены позже. Помните, что если материал затвердеет, свойства материала изменятся. Например, затвердевание материала может сделать его более хрупким. Поверхность детали также можно упрочнить с помощью покрытия.

На следующем рисунке просто сравнивается твердость обычных металлических материалов

Источник с https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html

Плотность:

Плотность алюминия намного ниже, чем у мягкой стали, что составляет около одной трети его веса. В зависимости от марки материала алюминий может оказаться прочнее стали по весу (отношение прочности к весу).

Прочность на растяжение:

Максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения. Если вы проектируете кронштейн, соединяющий два компонента, подумайте, как эти компоненты взаимодействуют. Прочность на растяжение представляет собой способность материала сопротивляться разрушению.

Демпфирование (твердые металлы, как правило, обладают меньшей демпфирующей способностью)

Хрупкость:

Высокохрупкие материалы не растягиваются и не деформируются до того, как сломаются. Если ваши детали необходимо постоянно сгибать, то хрупкие материалы не будут хорошим выбором.

Если какие-либо из перечисленных выше свойств важны для вашего проекта, мы рекомендуем вам провести некоторое исследование, чтобы получить фактический рейтинг свойств каждого материала.

Износ и усталостные характеристики металлов

Как правило, если вы обрабатываете детали для достижения соответствия и функциональности прототипа, вам не нужно беспокоиться об износе материала. Если вам необходимо обеспечить прочность или позволить частям выдержать испытание характеристиками окружающей среды, такими как экстремальные температуры, выбор материалов будет очень важен. Давайте разберем наиболее важные характеристики усталости, которые следует учитывать.

Усталостная прочность и ударная вязкость:

Это напряжение, которое материал может выдержать в течение определенного количества циклов. Эти изменения были тщательно изучены, чтобы помочь выбрать материалы, отвечающие вашим требованиям конечного использования. Фактически, согласно исследованиям на эту тему, усталость металла представляет собой постепенное локальное необратимое кумулятивное повреждение материалов и деталей под действием циклических напряжений или циклических деформаций в одном или нескольких местах, а также появление трещин или внезапных происшествий после определенного количества циклов. Процесс полного разрушения. Приблизительно 90 % всех отказов металлов происходят быстро и без предупреждения, поэтому мы обычно используем среднее значение отношений для измерения усталостной прочности. При выборе материалов, если вы знаете, что ваши детали будут выдерживать многократные циклы нагрузки, мы рекомендуем вам оценить уровень усталостной прочности.

В рабочая температура металлических деталей

Еще одним важным фактором, который следует учитывать, является рабочая температура окружающей среды, в которой будет работать компонент. Это связано с тем, что температура плавления используемого материала ЧПУ должна быть выше рабочей температуры. Если это не так, структура детали может измениться. Кроме того, вы должны убедиться, что материал, обработанный на станке с ЧПУ, может выдерживать экстремальные перепады температуры. Хотя некоторые материалы могут выдерживать эти температурные изменения, некоторые материалы могут претерпевать структурные изменения после определенного периода использования

Существует много ресурсов для тестирования экологических циклов. В большинстве случаев материалы помещаются в контролируемую среду и испытываются на воздействие высоких и низких температур, высокой и низкой влажности, термоциклирования и теплового удара.

– Металлы, устойчивые к высоким температурам:титан и нержавеющая сталь.

– Металлы, способные выдерживать экстремально низкие температуры и сохранять пластичность при низких температурах:медь и алюминий.

Сопротивление ползучести определяется как способность материала сопротивляться «ползучести», которая относится к тенденции твердого материала к деформации в течение длительного периода времени из-за воздействия высоких уровней напряжения. Важно отметить, что сопротивление ползучести может превышать стандартный предел прочности материала, поскольку для его достижения требуется больше времени. Никель, титан и нержавеющая сталь обладают самым высоким сопротивлением ползучести по отношению к металлам.

Коррозионная (окислительная) стойкость металлов

Из-за химической реакции между металлом и окружающей средой коррозия металла представляет собой деградацию или окисление. Причин коррозии металлов много, стоит отметить, что все металлы подвержены коррозии. Чистое железо обычно подвергается коррозии очень быстро, но нержавеющая сталь, состоящая из железа и других сплавов, подвергается коррозии очень медленно. Если вас беспокоит коррозия, нержавеющая сталь — отличный выбор для металла.

Другой альтернативой нержавеющей стали является анодированный алюминий. Этот метод помогает уменьшить коррозию и является очень прочным покрытием. Никелированная низкоуглеродистая сталь может быть более рентабельной, чем использование нержавеющей стали.

Тепловые свойства металлов

Металлы могут расширяться, плавиться и проводить электричество. Наиболее распространенным тепловым свойством является электропроводность, то есть способность материала проводить тепло. Материалы с высокой теплопроводностью лучше передают тепло. Если ваши компоненты используются для охлаждения, лучше уделить больше внимания материалам с высокой теплопроводностью.

Тепловые свойства обычных металлов приведены в таблице ниже для справки.

Источник с https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/

Производственная производительность

Обрабатываемость относится к легкости, с которой материал может быть изменен путем резки (механической обработки). Например, алюминий очень легко обрабатывается и не так быстро изнашивает инструменты, как другие материалы. Следовательно, стоимость обработки алюминия «дешевле» по сравнению с материалами с более низкой обрабатываемостью.

Металлы имеют разные свойства материала, которые определяют эксплуатационные характеристики конечного продукта. Эти различные характеристики великолепны, но они должны быть сбалансированы с затратами на сырье и затратами на переработку. Например, если ваши детали обозначены как нержавеющая сталь, вы обнаружите, что существует несколько различных марок нержавеющей стали, которые сильно различаются по стоимости и свойствам материала. Кроме того, некоторые нержавеющие стали труднее резать, чем другие, а это означает, что их стоимость на станках с ЧПУ будет несколько выше.