Выбор подходящего материала для вашего проекта обработки с ЧПУ

Обработка с числовым программным управлением (ЧПУ) — это универсальный, высокоточный традиционный производственный процесс, который идеально подходит для средних и больших партий сложных деталей. Обработка с ЧПУ — это субтрактивный процесс, означающий, что станок вырезает сплошной блок материала для создания готовой детали, а не постепенно откладывает материал, как это наблюдается в методах аддитивного производства. С помощью станков с ЧПУ производители могут быстро производить прототипы и прочные детали для конкретных применений.

Выбор материала — невероятно важная часть любого производственного процесса, но инженеры и группы по производству должны быть особенно внимательны, когда речь идет о выборе материалов для обработки с ЧПУ. Поскольку этот процесс совместим с широким спектром материалов — от металла до стекловолокна и дерева — легко ошибиться с выбором материала, достаточного для проекта, но не самого подходящего. В этой статье мы коснемся основных соображений по выбору материала для станков с ЧПУ и дадим обзор некоторых распространенных вариантов.

Ключевые факторы выбора материалов для ЧПУ

Прежде чем углубляться в детали выбора материалов, группы разработчиков должны сначала подвести итоги своих требований к проекту. Начните с рассмотрения этих четырех вопросов:

1. Как будет использоваться деталь?

Инженеры должны учитывать конечное использование своей детали и то, где она будет использоваться, поскольку эти факторы окажут значительное влияние на выбор материала. Например, нержавеющая сталь и углеродистая сталь подходят для обработки на станках с ЧПУ, но только нержавеющая сталь обладает естественной коррозионной стойкостью. Выбор неправильного типа стали может поставить под угрозу долговечность детали. FDA, FAA, а также любые отраслевые правила также должны быть в центре внимания.

2. Имеет ли значение вес?

Если деталь должна быть легкой — обычное требование при производстве для автомобильной и аэрокосмической промышленности — существует множество доступных вариантов металла с низкой плотностью. Производители также могут рассмотреть возможность использования пластика, такого как ABS, для снижения веса, если они готовы пожертвовать прочностью.

3. Требует ли деталь высокой прочности или термостойкости?

Прочность можно измерить разными способами (прочность на растяжение, износостойкость и т. д.), поэтому инженеры должны определить, какая прочность — и в какой степени это важно — требуется для их деталей. Эти параметры будут влиять на размер пула жизнеспособных материалов. Точно так же требования к температуре исключают определенные материалы с самого начала. Инженеры также должны подумать о том, будут ли их детали подвергаться воздействию колебаний температуры, поскольку почти все материалы расширяются или сжимаются в ответ на изменения температуры.

4. Каков бюджет проекта?

Стоимость материала почти всегда влияет на выбор материала. Целью большинства групп разработчиков является выбор материала, который максимально соответствует желаемым свойствам и характеристикам материала при минимальных затратах. Затраты на материалы особенно важны, когда речь идет об обработке с ЧПУ, поскольку в результате этого процесса образуется относительно большое количество отходов. Некоторые материалы, такие как специальные металлы, чрезвычайно дороги, что может серьезно повлиять на рентабельность всего проекта, учитывая выход отходов. Инженеры должны тщательно оценить свой бюджет, прежде чем принимать какие-либо окончательные решения.

5 распространенных материалов для станков с ЧПУ

Поскольку любой материал — металл или пластик — достаточно твердый для обработки, может быть использован для производства с ЧПУ, команды разработчиков избалованы выбором. Этот краткий список представляет собой краткий обзор некоторых наиболее распространенных материалов, используемых сегодня в производстве станков с ЧПУ.

1. Алюминий

Алюминиевые сплавы легко поддаются механической обработке в больших объемах, имеют хорошее соотношение прочности и веса, высокую тепло- и электропроводность. Они также естественным образом устойчивы к коррозии. Алюминий 6061 — универсальный алюминиевый сплав, часто используемый для обработки на станках с ЧПУ. Обычно он встречается в автомобильных и велосипедных деталях, спортивных товарах и других предметах для отдыха. Этот материал хорошо поддается механической обработке; однако он может быть дороже, чем другие металлы, и плохо выдерживает воздействие соленой воды или некоторых химических веществ. Алюминий 7075 — это шаг вперед по сравнению с 6061. Он идеально подходит для изготовления аэрокосмических рам и высокопроизводительного оборудования для отдыха. Это самый прочный коммерчески доступный алюминиевый сплав.

2. Нержавеющая сталь

Сплавы из нержавеющей стали прочны и устойчивы к деформации, износу и коррозии. Нержавеющая сталь 303 содержит серу для улучшения обрабатываемости, но этот материал имеет ряд ограничений, о которых должны помнить инженеры.

303 нельзя подвергать холодной штамповке, термообработке или сварке, и при изготовлении с ЧПУ необходимо уделять особое внимание скорости/подачам и остроте режущих инструментов. Тем не менее, из стали 303 получаются отличные гайки, болты, фитинги, валы и шестерни, не предназначенные для морского использования.

Нержавеющая сталь 304 — это немагнитная универсальная сталь для станков с ЧПУ, известная своей прочностью. Он легко поддается механической обработке и устойчив к коррозии, как 303, но его можно сваривать. 304 хорошо подходит для широкого спектра потребительских и промышленных применений, кухонных принадлежностей, резервуаров и труб, архитектуры и многого другого. Нержавеющая сталь 316 еще более устойчива к коррозии, чем 304 или 303, благодаря добавлению молибдена. Это прочная, поддающаяся сварке и одна из немногих нержавеющих сталей морского класса.

Поскольку нержавеющие стали невозможно отличить только на вид, инженеры должны обязательно протестировать исходный материал, чтобы подтвердить характеристики используемой стали.

3. Углеродистая сталь

Углеродистая сталь 1045 представляет собой мягкую углеродистую сталь. Производители часто используют этот материал, потому что он дешевле, чем большинство нержавеющих сталей, но прочнее и жестче. 1045 легко обрабатывается, поддается сварке и может подвергаться закалке или термообработке для достижения различной твердости.

Этот материал идеально подходит для изготовления гаек, болтов, шестерен, валов, шатунов и других прочных мелких механических деталей. 1045 также можно использовать в архитектуре, но его поверхность должна быть обработана для предотвращения ржавчины и коррозии.

4. Титан

Известный своей высокой прочностью, ударной вязкостью и коррозионной стойкостью, титан часто используется для изготовления деталей для самых требовательных аэрокосмических, военных и промышленных применений. Этот материал также является биосовместимым и подходит для использования в производстве медицинских устройств.

Однако титан дороже любого другого металла в коммерческой форме, плохо полируется и является плохим проводником электричества. Инженеры также должны знать, что титан сложен в обработке и требует специальных фрез.

5. Нейлон

Нейлон — это универсальный термопласт с низким коэффициентом трения, который часто используется в качестве альтернативы металлу в деталях, изготовленных на станках с ЧПУ. Этот материал жесткий, прочный, ударопрочный, химически стойкий, но удивительно эластичный. Нейлон хорошо реагирует на добавки и наполнители, поэтому инженеры могут свободно манипулировать этим материалом для достижения желаемых свойств.

Популярные области применения нейлона включают литье электротехники, компоненты топливной системы, шестерни, упаковку для пищевых продуктов, ткани и многое другое. Однако нейлон легко впитывает влагу, что может отрицательно сказаться на стабильности размеров детали.

Получите советы экспертов по выбору материалов

Это не исчерпывающий список, но ясно, что обработка с ЧПУ — чрезвычайно универсальный производственный процесс, который требует тщательной оценки требований проекта, чтобы выбрать материал, наиболее подходящий для рассматриваемой детали. Тем не менее, достижение идеального баланса между стоимостью, качеством и временем может оказаться сложной задачей.

Благодаря надежному производственному партнеру, такому как Fast Radius, выбор материала становится проще. Наши специалисты-производители имеют многолетний опыт руководства продуктовыми группами на всех этапах разработки и производства продукции, начиная с проектирования и выбора материалов. Давайте сделаем что-то невероятное вместе — свяжитесь с нами, чтобы начать.

Для получения дополнительных ключевых соображений и руководств по выбору подходящего материала для различных производственных процессов ознакомьтесь с другими недавними статьями в учебном центре Fast Radius.