Как выбрать лучший материал для ваших проектов СНС-обработки

СНС-обработка (CNC machining) — универсальный, высокоточный традиционный производственный процесс, идеальный для средних и больших серий сложных деталей. СНС-обработка — вычитательный процесс, означающий, что станок постепенно срезает материал из твердого блока для создания готовой детали — а не постепенно наносит материал, как в аддитивных методах. С СНС-обработкой производители могут быстро производить прототипы и долговечные детали для специфических применений.

Выбор материала — невероятно важная часть любого производственного процесса, но инженерам и продуктовым командам нужно быть особенно прилежными при выборе материалов для СНС-обработки. Поскольку процесс совместим с широкой гаммой материалов — от металла до стекловолокна и дерева — легко ошибочно выбрать материал, достаточный для проекта, но не наилучший. В этой статье мы затронем ключевые соображения для выбора материала СНС-обработки и дадим обзор некоторых распространенных вариантов.

Ключевые соображения для выбора материалов СНС-обработки

Прежде чем вникать в особенности выбора материала, продуктовые команды должны сначала оценить требования своего проекта. Начните с рассмотрения этих четырех вопросов:

1. Как деталь будет использоваться?

Инженеры должны учитывать конечное применение детали и где она будет использоваться, так как эти факторы значительно влияют на выбор материала. Например, нержавеющая сталь и углеродистая сталь обе подходят для СНС-обработки, но только нержавейка естественно коррозионностойка. Выбор неправильного вида стали здесь компрометирует долговечность детали. FDA, FAA, а также отраслевые регуляции также должны быть на первом плане.

2. Имеет ли значение вес?

Если деталь должна быть легкой — обычное требование при производстве для авто и авиакосмики — есть множество вариантов металлов с низкой плотностью. Производители также могут рассмотреть использование пластика вроде ABS для снижения веса, если готовы жертвовать прочностью.

3. Требует ли деталь высокой прочности или теплостойкости?

Прочность измеряется многими способами (прочность на растяжение, износостойкость и т.д.), поэтому инженеры должны определить, какой вид прочности — и в какой степени это важно — требуется для их детали. Эти параметры повлияют на размер пула жизнеспособных материалов. Аналогично, температурные требования исключат определенные материалы с начала. Инженеры также должны думать о том, будет ли деталь экспонирована колебательным температурам, так как почти все материалы расширяются или сжимаются в ответ на температурные изменения.

4. Каков бюджет проекта?

Стоимость материалов почти всегда влияет на выбор материала. Цель большинства продуктовых команд — выбрать материал, максимизирующий желательные материальные свойства и производительность, минимизируя расходы. Стоимость материалов особенно важна для СНС-обработки, потому что процесс производит относительно большое количество обрезков. Некоторые материалы — как специальные металлы — экстремально дороги, что может сильно влиять на стоимостную эффективность всего проекта с учетом выхода обрезков. Инженеры должны тщательно оценить свой бюджет перед окончательными решениями.

5 распространенных материалов для СНС-обработки

Поскольку любой материал — металл или пластик — достаточно твердый для обработки может использоваться для СНС-производства, продуктовые команды избалованы выбором. Этот короткий список дает быстрый глоссарий некоторых наиболее распространенных материалов в СНС-производстве сегодня.

1. Алюминий

Сплавы алюминия легко обрабатываются в больших объемах, имеют хорошее соотношение прочность/вес, высокую тепло- и электропроводность. Также естественно стойки к коррозии. Алюминий 6061 — универсальный сплав алюминия, часто используемый для СНС-обработки. Типично встречается в автозапчастях, велодеталях, спортивных товарах и других рекреационных изделиях. Материал высоко обрабатываем; однако может быть дороже других металлов и не держится хорошо в присутствии соленой воды или определенных химикатов. Алюминий 7075 — шаг вперед от 6061. Идеален для авиакосмических рам и высокопроизводительного рекреационного оборудования, это самый прочный коммерчески доступный сплав алюминия.

2. Нержавеющая сталь

Сплавы нержавейки прочны и стойки к искажению, износу и коррозии. 303 нержавейка включает серу для улучшенной обрабатываемости, но этот материал имеет ряд ограничений, которые инженеры должны держать в уме.

303 нельзя холодово формировать, термически обрабатывать или сваркивать, и особая осторожность нужна со скоростью/подачей и остротой режущих инструментов при СНС-производстве. Тем не менее, 303 делает отличные гайки, болты, не-морские фитинги, валы, шестерни.

304 нержавейка — немагнитный, универсальный сталь для СНС-обработки, известный своей вязкостью. Легко обрабатывается и коррозионностойка как 303, но может быть сварена. 304 хорошо подходит для широкого круга потребительских и промышленных применений, кухонных аксессуаров, баков и труб, архитектуры и др. 316 нержавейка еще более коррозионностойка, чем 304 или 303 благодаря добавлению молибдена. Прочная, свариваемая, одна из немногих морских марок нержавейки.

Поскольку невозможно отличить нержавейки по виду, инженеры должны убедиться в тестировании сырого материала для подтверждения характеристик используемой стали.

3. Углеродистая сталь

Углеродистая сталь 1045 — мягкая марка углеродистой стали. Производители часто обрабатывают этим материалом, потому что он дешевле большинства нержавеек, но прочнее и тверже. 1045 легко обрабатывается, свариваема, и может быть закалена или термически обработана для достижения различных твердостей.

Этот материал идеален для гаек, болтов, шестерен, валов, соединительных стержней и других прочных мелких механических деталей. 1045 также можно использовать для архитектурных применений, но должна быть поверхностно обработана для предотвращения ржавления и коррозии.

4. Титан

Известный своей высокой прочностью, вязкостью и коррозионной стойкостью, титан часто нанимается для производства деталей для самых требовательных авиакосмических, военных и промышленных применений. Материал также биосовместим и подходит для использования в производстве медицинских устройств.

Однако титан дороже любого другого металла в коммерческой форме, не полируется хорошо и плохой проводник электричества. Инженеры также должны знать, что титан сложен в обработке и требует специальных резаков.

5. Нейлон

Нейлон — универсальный, низкотриботехнический термопластик, часто используемый как альтернатива металлу в СНС-деталях. Материал жесткий, прочный, ударностойкий, химически стойкий, но удивительно эластичный. Нейлон хорошо реагирует на добавки и наполнители, так что инженеры могут свободно манипулировать материалом для достижения желаемых свойств.

Популярные применения нейлона включают электрическую формовку, компоненты топливных систем, шестерни, пищевую упаковку, ткань и др. Однако нейлон легко впитывает влагу, что может негативно влиять на размерную стабильность детали.

Воспользуйтесь экспертными советами по выбору материала

Это не исчерпывающий список, но ясно видно, что СНС-обработка — экстремально универсальный производственный процесс, требующий тщательной оценки требований проекта для выбора материала, наилучшего для детали. Все равно достижение идеального баланса стоимости, качества и времени может быть сложным.

С надежным партнером по онлайн-производству вроде Fast Radius, выбор материала становится легким. Наши производственные эксперты имеют многолетний опыт руководства продуктовых команд через весь процесс разработки и производства, начиная с дизайна и выбора материала. Давайте создадим что-то невероятное вместе — свяжитесь с нами, чтобы начать.

Для дополнительных ключевых соображений и руководств по выбору правильного материала для разных производственных процессов, консультируйте другие недавние статьи в учебном центре Fast Radius.