Выбор оптимального материала для CNC: руководство по производительности, стоимости и применению

CNC-обработка может производить детали из почти любого металла или пластика. В этом случае существует огромный выбор материалов для деталей, производимых путем CNC-фрезерования и токарной обработки. Выбор правильного для вашего применения может быть серьезным вызовом, и понимание преимуществ и наилучших способов использования каждого доступного материала может быть критически важным.

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

Как выбрать правильные материалы для CNC?

Когда вы проектируете деталь для CNC-обработки, выбор правильных материалов имеет решающее значение. Вот основные шаги, которые мы рекомендуем следовать для выбора правильных материалов для ваших заказных деталей.

• Определите требования к материалу: Они могут включать механические, тепловые или другие материальные требования, а также стоимость и отделку поверхности. Подумайте, как вы будете использовать свои детали и в какой среде они будут находиться.

• Выявите кандидатов-материалов: Сузьте круг до нескольких материалов, которые удовлетворяют всем (или большинству) вашим проектным требованиям.

• Выберите наиболее подходящий материал: Обычно здесь требуется компромисс между двумя или более проектными требованиями (например, механическая производительность и стоимость).

В этой статье мы сосредоточимся на втором шаге. Используя представленную ниже информацию, вы можете выявить материалы, наиболее подходящие для вашего применения, сохраняя проект в рамках бюджета.

Каковы рекомендации Hubs по выбору материалов для CNC?

В таблицах ниже мы суммируем соответствующие характеристики наиболее распространенных материалов для CNC, собранные путем изучения технических листов, предоставляемых производителями материалов. Мы разделяем металлы и пластики на две отдельные категории.

Металлы в основном используются в применениях, требующих высокой прочности, твердости и тепловой стойкости. Пластики — легкие материалы с широким спектром физических свойств, часто используемые для их химической стойкости и электроизоляционных способностей.

В нашем сравнении материалов для CNC мы фокусируемся на механической прочности (выраженной как предел текучести при растяжении), обрабатываемости (легкость обработки влияет на цены CNC), стоимости, твердости (в основном для металлов) и температурной стойкости (в основном для пластиков).

Вот инфографика, которую можно использовать как быструю справку для быстрой идентификации материалов CNC, соответствующих конкретным инженерным потребностям:

Материал	Марка	Прочность*	Твердость+	Обрабатываемость	Стоимость	Типичные применения
Алюминий	6061	Средняя	Средняя	★★★★★	$	Общего назначения Авиационные компоненты Автомобильные детали Рамы велосипедов Пищевые контейнеры
	6082	Средняя	Средняя	★★★★★	$	Общего назначения Автомобильные детали Пищевые контейнеры
	7075	Высокая	Средняя	★★★★	$$$	Авиационные и аэрокосмические компоненты Автомобильные детали Морские применения Спортивное оборудование
	5083	Средняя	Низкая	★★★★★	$$	Морские применения Строительство Давленческие сосуды
Нержавеющая сталь	304	Высокая	Средняя	★★	$$$	Общего назначения Медицинские устройства Пищевая промышленность Морские применения Химическая обработка
	316	Высокая	Средняя	★★	$$$$	Оборудование для приготовления пищи Морские применения Архитектура Хирургические импланты Химические контейнеры
	2205 Дуплекс	Высокая	Высокая	★	$$$$$	Нефть и газ Морские применения Химическая обработка Теплообменники
	303	Высокая	Высокая	★★★	$$$$	Авиационные компоненты Детали станков Гайки, болты, шестерни, втулки
	17-4	Высокая	Очень высокая	★★	$$$$$	Лопасти турбин Морские применения Химические сосуды Нефть и газ Ядерные применения
Мягкая сталь	1018	Средняя	Средняя	★★★	$$	Общего назначения Детали станков Приспособления и зажимные устройства
	1045	Средняя	Высокая	★★	$$$	Общего назначения Детали станков
	A36	Высокая	Средняя	★★★	$$	Строительство Детали станков Приспособления и зажимные устройства
Легированная сталь	4140	Средняя	Высокая	★★	$$$	Общего назначения Детали станков Инструментальная оснастка
	4340	Высокая	Высокая	★★	$$$	Фарерные шасси самолета Трансмиссия мощности Инструментальная оснастка
Инструментальная сталь	D2	Высокая	Очень высокая	★	$$$$	Холодная инструментальная оснастка Штамповки и штампы Режущие инструменты и ножи
	A2	Высокая	Очень высокая	★	$$$$	Холодная инструментальная оснастка Штамповки и штампы Режущие инструменты и ножи
	O1	Высокая	Очень высокая	★	$$$$	Холодная инструментальная оснастка Штамповки и штампы
Латунь	C36000	Средняя	Средняя	★★★★★	$$	Механические детали Клапаны и сопла Архитектура

• *: Предел текучести при растяжении — Средняя: 200–400 МПа, Высокая: 400–600 МПа
• +: Твердость — Средняя: 50–90 HRB, Высокая: 90 HRB – 50 HRC, Очень высокая: выше 50 HRC

Материал	Прочность*	Рабочая температура+	Обрабатываемость	Стоимость	Типичные применения
ABS	Средняя	До 60°C	★★★	$$	Автомобиль Электронные корпуса Трубы и фитинги Потребительские товары
Нейлон	Высокая	До 100°C	★	$$	Автомобильные детали Механические детали Крепеж
Поликарбонат (PC)	Высокая	До 120°C	★★	$$	Архитектура Автомобиль Электронные корпуса Пищевые контейнеры
POM (Delrin)	Средняя	До 82°C	★★★★	$$	Механические детали Электронные корпуса Втулки и фитинги
PTFE (Тeflon)	Низкая	До 260°C	★★★★	$$	Высокотемпературные применения Химическая обработка Электронные корпуса Пищевая обработка
HDPE	Низкая	До 80°C	★	$$	Химические контейнеры Трубы и фитинги Потребительские товары
PEEK	Высокая	До 260°C	★★	$$$$	Медицинские применения Химическая обработка Пищевая обработка Высоконапорные клапаны

• *: Предел текучести при растяжении — Низкая: 5–30 МПа, Средняя: 30–60 МПа, Высокая: 60–100 МПа
• +: Рекомендуемая максимальная рабочая температура для постоянного использования

Что такое алюминий? Надежный, экономичный сплав

Сплавы алюминия имеют отличное соотношение прочность/вес, высокую тепловую и электрическую проводимость и естественную защиту от коррозии. Они легко обрабатываются и экономичны в объеме, часто делая их самым экономичным вариантом для производства прототипов и других типов деталей.

Хотя сплавы алюминия обычно имеют более низкую прочность и твердость, чем стали, их можно анодинировать, создавая твердый защитный слой на их поверхности.

Давайте разберем различные типы алюминиевых сплавов.

• Алюминий 6061 — самый распространенный, общего назначения алюминиевый сплав, с хорошим соотношением прочность/вес и отличной обрабатываемостью.

• Алюминий 6082 имеет похожий состав и материальные свойства, что 6061. Он чаще используется в Европе (так как соответствует Британским стандартам).

• Алюминий 7075 — сплав, наиболее часто используемый в аэрокосмических применениях, где критично снижение веса. Он имеет отличные свойства усталости и может быть термически обработан до высокой прочности и твердости, делая его сопоставимым со сталями.

• Алюминий 5083 имеет более высокую прочность, чем большинство других алюминиевых сплавов, и исключительную стойкость к морской воде. Это делает его оптимальным для строительных и морских применений. Он также отличный выбор для сварки.

Характеристики материала:

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

• Можно анодинировать

• Немагнитный

Что такое нержавеющая сталь? Прочный, долговечный сплав

Сплавы нержавеющей стали имеют высокую прочность, высокую вязкость, отличную износостойкость и коррозионную стойкость и могут быть легко сварированы, обработаны и полированы. В зависимости от их состава, они могут быть либо (по сути) немагнитными, либо магнитными.

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

• Нержавеющая сталь 304 — самый распространенный сплав нержавеющей стали. Она имеет отличные механические свойства и хорошую обрабатываемость. Она стойка к большинству экологических условий и коррозионных сред.

• Нержавеющая сталь 316 — еще один распространенный сплав нержавеющей стали с похожими механическими свойствами, как 304. У нее более высокая коррозионная и химическая стойкость, особенно к солевым растворам (например, морская вода), поэтому она часто лучше для работы с более суровыми средами.

• Нержавеющая сталь 2205 Дуплекс имеет наивысшую прочность (в два раза выше, чем у распространенных сплавов нержавеющей стали) и отличную стойкость к коррозии. Она используется в экстремальных средах, со многими применениями в Нефти и Газе.

• Нержавеющая сталь 303 имеет отличную вязкость, но более низкую коррозионную стойкость по сравнению с 304. Благодаря своей отличной обрабатываемости, она часто используется в высокообъемных применениях, таких как производство гайок и болтов для авиации.

• Нержавеющая сталь 17-4 (SAE класс 630) имеет механические свойства, сопоставимые с 304. Она может быть закачена выпадением до очень высокой степени (сопоставимой с инструментальными сталями) и имеет отличную химическую стойкость, делая ее подходящей для очень высокопроизводительных применений, таких как производство лопастей для ветряных турбин.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 7,7–8,0 г/см³

• Немагнитные сплавы нержавеющей стали: 304, 316, 303

• Магнитные сплавы нержавеющей стали: 2205 Дуплекс, 17-4

Что такое мягкая сталь? Сплав общего назначения

Мягкие стали также известны как низкоуглеродистые стали и имеют хорошие механические свойства, отличную обрабатываемость и хорошую сваропригодность. Поскольку они относительно недороги, производители используют их для многих применений общего назначения, таких как приспособления и зажимные устройства. Мягкие стали восприимчивы к коррозии и химическому повреждению.

Давайте разберем типы мягких сталей, доступных на платформе.

• Мягкая сталь 1018 — сплав общего назначения с хорошей обрабатываемостью и сваропригодностью и отличной вязкостью, прочностью и твердостью. Это самый часто используемый сплав мягкой стали.

• Мягкая сталь 1045 — среднеуглеродистая сталь с хорошей сваропригодностью, хорошей обрабатываемостью и высокой прочностью и ударной вязкостью.

• Мягкая сталь A36 — распространенная конструкционная сталь с хорошей сваропригодностью. Она подходит для различных промышленных и строительных применений.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 7,8–7,9 г/см³

• Магнитная

Что такое легированная сталь? Более жесткий, износостойкий сплав

Легированные стали содержат другие легирующие элементы в дополнение к углероду, что приводит к улучшению твердости, вязкости, усталостной и износостойкости. Похоже на мягкие стали, легированные стали восприимчивы к коррозии и атаке химикатов.

• Легированная сталь 4140 имеет хорошие общие механические свойства, с хорошей прочностью и вязкостью. Этот сплав подходит для многих промышленных применений, но не рекомендуется для сварки.

• Легированная сталь 4340 может быть термически обработана до высоких уровней прочности и твердости, сохраняя при этом свою хорошую вязкость, износостойкость и усталостную прочность. Этот сплав сваропригоден.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 7,8–7,9 г/см³

• Магнитная

Что такое инструментальная сталь? Исключительно жесткий и стойкий сплав

Инструментальные стали — это металлические сплавы с исключительно высокой твердостью, жесткостью, абразивной и тепловой стойкостью, при условии, что они проходят термическую обработку. Они используются для создания производственных инструментов (отсюда название), таких как штамповки, штампы и формы.

Давайте разберем инструментальные стали, которые мы предлагаем в Hubs.

• Инструментальная сталь D2 — износостойкий сплав, сохраняющий свою твердость до температуры 425°C. Она обычно используется для производства режущих инструментов и штамповок.

• Инструментальная сталь A2 — воздухо-закаленная инструментальная сталь общего назначения с хорошей вязкостью и отличной размерной стабильности при повышенных температурах. Она обычно используется для производства форм для литья под давлением.

• Инструментальная сталь O1 — масло-закаленный сплав с высокой твердостью 65 HRC. Она обычно используется для ножей и режущих инструментов.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 7,8 г/см³

• Типичная твердость: 45–65 HRC

Что такое латунь? Проводящий и декоративный сплав

Латунь — это металлический сплав с хорошей обрабатываемостью и отличной электрической проводимостью, делая ее идеальной для применений, требующих низкого трения. Вы часто найдете декоративные латунные детали, используемые для архитектурных целей (золотистое декорирование).

Вот латунь, которую мы предлагаем в Hubs.

• Латунь C36000 — материал с высокой предельной прочностью при растяжении и естественной коррозионной стойкостью. Это один из самых легко обрабатываемых материалов, поэтому он часто используется для высокообъемных применений.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 8,4–8,7 г/см³

• Немагнитная

Что такое ABS? Термопласт для прототипирования

ABS — один из самых распространенных термопластичных материалов, предлагающих хорошие механические свойства, отличную ударную вязкость, высокую теплостойкость и хорошую обрабатываемость.

ABS имеет низкую плотность, делая его идеальным для легких применений. CNC-обработанные детали из ABS часто используются как прототипы перед массовым производством литьем под давлением.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 1,00–1,05 г/см³

Что такое нейлон? Инженерный термопласт

Нейлон (также известный как полиамид (PA)) — термопласт, который часто используется для инженерных применений благодаря своим отличным механическим свойствам, хорошей ударной вязкости и высокой химической и абразивной стойкости. Он восприимчив к поглощению воды и влаги.

Нейлон 6 и нейлон 66 — марки, которые чаще всего используются в CNC-обработке.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 1,14 г/см³

Что такое поликарбонат? Термопласт с ударной вязкостью

Поликарбонат — термопласт с высокой вязкостью, хорошей обрабатываемостью и отличной ударной вязкостью (лучше, чем у ABS). Он обычно прозрачен, но может быть окрашен в различные цвета. Эти факторы делают его идеальным для широкого спектра применений, включая флюидные устройства или автомобильное остекление.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 1,20–1,22 г/см³

Что такое POM (Delrin)? Самый обрабатываемый пластик для CNC

POM широко известен под коммерческим названием Delrin, и это инженерный термопласт с самой высокой обрабатываемостью среди пластиков.

POM (Delrin) часто является лучшим выбором при CNC-обработке пластиковых деталей, требующих высокой точности, высокой жесткости, низкого трения, отличной размерной стабильности при повышенных температурах и очень низкого водопоглощения.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 1,40–1,42 г/см³

Что такое PTFE (Тeflon)? Термопласт для экстремальных температур

PTFE, широко известный как Тефлон, — инженерный термопласт с отличной химической и тепловой стойкостью и самым низким коэффициентом трения из всех известных твердых тел. Это один из немногих пластиков, которые могут выдерживать рабочие температуры выше 200 градусов Цельсия и является выдающимся электрическим изолятором. Он также имеет чистые механические свойства и часто используется как подкладка или вставка в сборке.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 2,2 г/см³

Что такое HDPE? Термопласт для наружной прокладки и трубопроводов

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) — термопласт с высоким соотношением прочность/вес, высокой ударной вязкостью и хорошей погодостойкостью. HDPE легок и подходит для наружного использования и трубопроводов. Как ABS, он часто используется для создания прототипов перед литьем под давлением.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 0,93–0,97 г/см³

Что такое PEEK? Пластик, заменяющий металл

PEEK — высокопроизводительный инженерный термопласт с отличными механическими свойствами, термической стабильностью на очень широком диапазоне температур и отличной стойкостью к большинству химикатов.

PEEK часто используется для замены металлических деталей благодаря своему высокому соотношению прочность/вес. Медицинские марки также доступны, делая PEEK подходящим для биомедицинских применений.

Характеристики материала:

• Типичная плотность: 1,32 г/см³

Часто задаваемые вопросы

Какой материал наиболее экономичен для CNC-обработки?

Это во многом зависит от применения, но в целом Алюминий 6061 — самый распространенный и дешевый металл для CNC-обработки.

Какой лучший пластик для CNC-обработки?

POM (Delrin) — самый экономичный пластик для CNC-обработки. Это во многом благодаря отличной обрабатываемости термопластов.

Каковы преимущества CNC-обработки с металлами?

Металлы идеальны для производственных применений, требующих высокой прочности, твердости и/или надежных сопротивлений экстремальным температурам.

Каковы преимущества CNC-обработки с пластиками?

Хотя они более распространены в 3D-печати, пластики идеальны для CNC-обработки, когда вы ищете производство легких деталей с особыми материальными требованиями. Пластики также жизнеспособны для производства прототипов (особенно перед началом больших количеств с литьем под давлением).