Как выбрать лучшие материалы для ЧПУ-обработки для оптимальной производительности

ЧПУ-обработка — высокоточный процесс, совместимый с многими материалами. Правильные материалы для ЧПУ-обработки играют огромную роль в эффективности производственного процесса и качестве и функции обработанной детали. Однако выбор правильного из множества может быть сложным.

Эта статья объясняет, как выбрать подходящий ЧПУ-материал для вашего проекта.

3-шаговое руководство по выбору материала для ЧПУ-обработки

Перед погружением в статью, ниже — краткое введение в 3-шаговое руководство, которое большинство ЧПУ-операторов используют для выбора материала. Обратите внимание: это введение, каждый шаг будет полностью объяснен в последующих разделах.

· Шаг 1: Приоритизируйте требования к детали

Требования к детали — ядро ЧПУ-обработки, задают шаблон для типа используемого материала. Общие требования: применение детали (среда использования), предполагаемые свойства (легкость, предельная прочность) и бюджет.

· Шаг 2: Определите потенциальные материалы

Приоритизация материалов на основе требований приведет к выявлению материалов, выполняющих все или большинство требований. Составьте список этих материалов.

· Шаг 3: Выберите наиболее подходящий материал

Выберите наиболее подходящий материал, делая компромисс между требованиями к детали. Например, можно выбрать стоимость над механической производительностью, если бюджет не в диапазоне.

Шаг №1: Учитывайте требования к детали при выборе материалов для ЧПУ-обработки

Ниже — интенсивное изучение требований к детали, применимых к любому проекту ЧПУ-обработки.

· Применение детали

Убедитесь, что ЧПУ-материал совместим с предполагаемым применением или средой. Например, сравним нержавеющую сталь и углеродистую сталь для структурных деталей в морской среде. Оба обрабатываемы. Однако нержавейка более подходит благодаря коррозионной стойкости. В обычной сухой среде углеродистая сталь подходит больше — прочнее и долговечнее.

· Вес детали

Убедитесь, что рассматриваемые материалы имеют правильный вес на основе применения. Больше не значит лучше. Например, алюминий и другие низкоклотные материалы сильно привлекают автопром и авиацию благодаря легкому весу и прочности.

· Свойства детали

Правильные ЧПУ-материалы будут иметь необходимые свойства для эффективной обработки без потери функции. Следовательно, свойства детали для учета:

Обрабатываемость (Machinability)

Обрабатываемость показывает совместимость материала с ЧПУ-процессом. Правильный материал должен быть высоко обрабатываемым, увеличивая производственную эффективность и снижая брак. Мягкие металлы (алюминий, медь, латунь) и пластики — высокообрабатываемые материалы.

Твердые металлы и твердые пластики (металл или углеродное волокно) имеют низкую обрабатываемость. Приводит к низкой продуктивности и эффективности из-за необходимости контроля скорости резания и подачи. Могут повредить детали или требовать специальные режущие инструменты, как в случае титана.

Прочность (Strength)

Существует разные меры прочности металлов и пластиков, учитывайте при поиске идеального материала:

• Прочность на разрыв: сопротивление материала тянущей силе
• Сжатие или несущая способность: сопротивление постоянной нагрузке
• Вязкость: способность сопротивляться разрыву
• Эластичность: способность возвращаться в исходную форму после снятия нагрузки

Знайте допустимый предел прочности деталей, затем выберите материал, резонанирующий с такими пределами. Можно найти комплекту техническую информацию о прочности материалов онлайн или поговорить с нашим персоналом.

Теплостойкость (Heat resistance)

Теплостойкость показывает способность материала сопротивляться изменению механических свойств из-за изменения температуры. Убедитесь, что выбранные материалы не расширяются или не сжимаются неравномерно в ответ на температурные изменения.

Коррозионная стойкость (Corrosion resistance)

Коррозионная стойкость — способность материала сопротивляться посторонним веществам, вызывающим отказ детали. Такие вещества не ограничиваются водой. Примеры: масло, смазка, химические реагенты (кислоты, соли, спирты). Следовательно, проверьте техническую дату материала на способность выдерживать химическое воздействие.

Твердость (Hardness)

Твердость материала показывает способность выдерживать точечные поверхностные нагрузки и определяет, какие материалы ЧПУ-станок может резать. Твердые материалы не подходят для ЧПУ-обработки — могут уничтожить компоненты станков. Также нужны специальные процедуры резки. Например, титан требует алмазный режущий инструмент.

Предел выносливости (Endurance Strength/Limit)

Общая способность материала поглощать напряжение. Например, алюминий не имеет предела выносливости из-за микроструктуры. Однако его сплавы должны иметь предел выносливости 1/3 от прочности на разрыв.

· Размерный допуск (Dimension Tolerance)

Размерный допуск — допустимый предел вариации машинных деталей для эффективного функционирования. Для более высокого размерного допуска нужны высокообрабатываемые материалы.

Детали, сделанные с тесными допусками, легче собирать. Следовательно, высоко подходят для автопрома и авиации.

Каждый ЧПУ-станок имеет свой уровень допуска от производителя. Средний допуск 0,02 мм. Если неуверены в допуске, прочитайте нашу статью о стандартных допусках для ЧПУ-обработки.

· Физический внешний вид (Physical Appearance)

Эстетика не на переднем плане при выборе ЧПУ-материала. Но может понадобиться для определенных продуктов, особенно потребительских.

Физический вид в терминах гладкости и цвета готовой детали. Металлы обычно имеют гладкую отделку, хотя ограниченный спектр цветов. Пластики бывают разных цветов.

· Бюджет проекта (Project Budget)

Стоимость материала — важная часть выбора ЧПУ-материала, потому что ЧПУ-обработка — вычитающий процесс, станок сщипывает заготовку для финального продукта. Следовательно, бюджет проекта — главный фактор в выборе материала. Убедитесь, что выбираете материал с желаемыми свойствами в пределах расходов.

Шаг №2: Определите кандидатов-материалов для ЧПУ-обработки

Используя требования к детали выше, вы должны составить список совместимых материалов. Три типа материалов подходят для ЧПУ-обработки: металлы, пластики и другие. Этот раздел обсуждает три типа, их свойства и применение.

· Металлические материалы для ЧПУ-обработки

Металлы — распространенные материалы для ЧПУ-фрезерования с уникальными свойствами. Широкий спектр совместимых металлов. Ниже — известные варианты, свойства и применения.

– Алюминий

Алюминиевые сплавы обычно имеют хорошее соотношение прочность/вес, тепловую и электрическую проводимость, коррозионную стойкость. Уровень свойств зависит от типа алюминиевого сплава. Например, 6061 vs. 7075 показывает, что алюминий 6061 имеет меньшую коррозионную стойкость. Есть и другие сравнения, показывающие разнообразие свойств.

Алюминиевые сплавы применяются в авто и авиа для деталей: рамы, высокопроизводительное рекреационное оборудование.

– Латунь (Brass)

Латунь — сплав цинка и меди. В отличие от бронзы и меди, экономичный материал с низким коэффициентом трения, высокой химической стойкостью, низкой прочностью. Высокообрабатываем из-за мягкости. Применяется в медпроме (хирургические инструменты), инженерии, музыке (струны).

– Нержавеющая сталь (Stainless Steel)

Сплавы нержавейки устойчивы к коррозии, искривлению, износу. Большинство нержавеющих сплавов можно термообрабатывать, кроме 303 для гайок, болтов, валов, шестерен. Другой частый сплав — 304 нержавейка с высокой обрабатываемостью, коррозионной стойкостью, свариваемостью.

Нержавейка обычно применяется в медпроме для хирургических инструментов и авто/авиа.

– Сталь (Steel)

Стальные сплавы имеют высокую формовку, свариваемость, обрабатываемость. Степень свойств зависит от сплава. Сталь подходит для материалов, требующих сильных сварок, как шестерни и валы.

– Титан (Titanium)

Титан имеет высокую прочность, вязкость, биосовместимость, коррозионную стойкость. Часто сравнивают с алюминием. Но в отличие от алюминиевых сплавов, дорог и имеет низкую обрабатываемость (требует специальные резаки). Низкая свариваемость заставляет операторов предпочитать сталь при сравнении титана со сталью.

Титан — важный материал в быстром прототипировании деталей для авиации, военной, медицинской техники.

– Медь (Copper)

Медь имеет высокую электрическую проводимость, коррозионную стойкость, теплопроводность. Но низкое сопротивление химикатам: кислоты, галогены, сульфиды, аммиачные растворы.

Медь применяется в электротехнике для проводящих деталей и автопроме для систем охлаждения и теплообменников.

· Пластиковые материалы для ЧПУ-обработки

Полимерные пластики — распространенные материалы для ЧПУ, известные универсальностью и эстетическими свойствами. Известные варианты, свойства, применения.

– ABS

ABS — термопластик с высокой ударной вязкостью, низкой электропроводимостью, высокой химической стойкостью. Чаще в литье под давлением, но высокоприменим в ЧПУ благодаря универсальности.

ABS применяется в автокомпонентах, игрушках, спортивных товарах. Но в отличие от других пластиков, дешевле и не выдерживает высокие температуры долго.

– Нейлон (Nylon)

Нейлон — полиамидный полимер с высокой обрабатываемостью, умеренной огнестойкостью, высокой прочностью. Подходит для изоляторов, подшипников, колес, корпусов потребительской электроники.

– Акрил (Acrylic / PMMA)

PMMA — жесткий, прозрачный, стойкий к царапинам и ударам материал, заменитель стекла. Акрил для ЧПУ применяется в дисплеях, линзах, прозрачных оболочках, хранении пищи (нет бисфенола-А). Но подвержен тепловой деформации.

– PEEK

PEEK — полукристаллический полимер с отличной обрабатываемостью, превосходной размерной стабильностью, химической стойкостью, адекватной ударной вязкостью. Применяется для деталей: тестовые сокеты, переключатели, разъемы.

– ПВХ (PVC)

ПВХ химически устойчивее и доступнее большинства ЧПУ-материалов. Применяется в жилье для водяных и газовых труб.

· Другие материалы для ЧПУ-обработки

Хотя металлы и пластики популярнее, есть другие совместимые. Несколько, подходящих для проекта.

– Керамика (Ceramics)

Керамика — хрупкая, теплоустойчивая, коррозионно-стойкая. Требует осторожной обработки.

Из-за свойств важна для компонентов с теплостойкостью: компоненты двигателей космических челноков, броня танков, сверхпроводники.

– Дерево (Wood)

Дерево (массив, фанера) — высокая эстетика и износостойкость. Фанера — больше размерная стабильность. Подходит для продуктов, требующих высокий допуск. Оба материала дороги и могут требовать специальные режущие инструменты.

– Пены (Foams)

Пены — недорогие, легкие, легкообрабатываемые материалы, подходящие как тестовые в ЧПУ. Два типа: жесткие и резечные.

Жесткие пены — выше изоляционное значение (работают -100° до 200°F). Подходят для деталей в напольных и стеновых покрытиях. Также для продуктов, выдерживающих влажность.

Резечные пены — выше гибкость. Применяются для продукции: прокладки, уплотнения.

– Композиты (Composites)

Композиты — синтетические материалы из углерода, стекла и др., связанные термореактивными или термопластичными смолами. Из-за химического состава имеют низкую обрабатываемость. Трудно обрабатывать, часто требуют алмазную инструментацию и 5-осевые ЧПУ-станки. Применяются в авто, авиа, энергетике.

Шаг №3: Выбор лучших материалов для ЧПУ-обработки

Выбор лучшего ЧПУ-материала зависит от предвидимого продукта и его применения. Поскольку материалов много, вы должны составить список подходящих. Несколько соображений для выбора лучшего материала.

· Рассмотрите неметаллические материалы

Металлы не всегда лучший вариант. Некоторые неметаллические имеют свойства как металлы. Например, поликарбонат — очень прочный пластик, подобный металлам. Также легкий, долговечный, формовочный. Используйте их, если проект лучше с неметаллическим ЧПУ-материалом.

· Рассмотрите фенолы (Phenolics)

Фенолы — твердые, размерно-стабильные, электрически устойчивые, теплоустойчивые, химически устойчивые. Поэтому отличные варианты для соблюдения специфических регуляций в проектах.

· Знайте разные назначения пен

Пены важны в обработке благодаря легкому весу, долговечности, жесткости. Могут быть правильными тестовыми материалами, особенно если работаете с дорогими материалами. Жесткая пена — для деталей, нуждающихся в высокой структурной целостности и стабильности, резечная пена — для высокой изоляции и прототипов форм.

Обратитесь к ЧПУ-услугам RapidDirect для подходящего материала

RapidDirect предлагает ЧПУ-услуги для создания высококачественных деталей за короткое время. Также широкий спектр ЧПУ-материалов с экспертами, знающими свойства и применение. Гарантируем высококачественные обработанные детали.

С нашей онлайн-котировочной платформой вы загружаете CAD-файл, выбираете материал и количества, получаете реальную котировку и бесплатный DFM-анализ в течение 12 часов. RapidDirect — максимально прямой. Выбирайте нас и наслаждайтесь быстрым лид-таймом и конкурентоспособным ценообразованием.

FAQ

Какой лучший алюминий для обработки?

Алюминий 6061-T6 — популярный сплав, считающийся стандартным классом для ЧПУ-обработки. Высокообрабатываем, легкий, коррозионно-стойкий, универсален. Применяется в авто и авиа.

Какие материалы может резать ЧПУ-станок?

ЧПУ-станок может резать мягкие металлы (алюминий, нержавейку), пластики (ABS, PEEK, ПВХ), другие материалы (пены, керамику).

Что лучше: пластики или металлы?

Оба имеют свойства для разных сценариев. Металлы дороже с хорошими функциональными свойствами. Для эстетики пластики лучше. Не значит, что металлы не имеют эстетических свойств. Можно сделать их эстетичными через отделочные покрытия. Многие пластики могут заменять металлы по функциональным свойствам.