Экспертное руководство по выбору материалов для ЧПУ обработки

В последние годы, с развитием ЧПУ обработки, детали станков с ЧПУ также продолжают совершенствоваться. ЧПУ обработка стала необходимостью во многих отраслях, и эти отрасли должны производить специальные детали для своих проектов. Ассортимент материалов для ЧПУ расширился, чтобы удовлетворить потребности потребителей, инженеров, подрядчиков и других сфер для создания решений для очень специфических применений. Ключ к получению лучшего готового продукта — правильный выбор материала.

Факторы, учитываемые при выборе материала

Как будут использоваться детали?

Поскольку ЧПУ обработка развивалась многие годы, так развивались и компоненты станков с ЧПУ. Похожие типы материалов могут использоваться в множестве продуктов и приводить к различным функциям. Детали используются в медицинском оборудовании, автомобилях, авиакосмической отрасли, машиностроении или промышленном производстве?

Возьмем для примера изоляцию: материал, используемый для изоляции анализатора дыхания, может отличаться от материала, обеспечивающего изоляцию в камере. Они все служат одной цели, но не могут использоваться одинаково или давать один и тот же результат. Если детали используются на улице или во влажной среде, лучше использовать нержавеющую сталь вместо углеродистой, чтобы предотвратить ржавление деталей.

Напряженное состояние

Высокие напряжения могут привести к деформации или даже трещинам в некоторых материалах. При выборе материала детали обязательно учитывайте напряженное состояние. Детали, подверженные высоким напряжениям, должны обрабатываться из компонентов, устойчивых к нагрузкам и предотвращающих деформацию. Если ваша деталь будет подвергаться высоким напряжениям, материал, из которого она сделана, должен обладать необходимыми свойствами для сопротивления нагрузке и предотвращения деформации.

Размерные допуски

Никогда не недооценивайте важность размерных допусков. Они не только играют роль в выборе материала, но также влияют на детали и сборки, методы резки, а также использование инструментов и станков. Размерный допуск влияет на результат всего процесса и итоговую стоимость.

Необходимо знать требуемые допуски детали. Если вы используете старый дизайн детали или эскиз и хотите следовать прошлым методам, лучше еще раз проверить, уместны ли допуски. Опечатки могут легко появиться в документе. Даже если информация верна, если можно сделать поправки для ослабления допусков и при этом позволить детали выполнять свои функции наилучшим образом, можно сэкономить деньги, пересмотрев допуски. Тесные допуски обычно дороже.

По умолчанию используются стандартные размерные допуски, но если вы не укажете допуск или обнаружите, что число неверно, в конечном итоге закажете неподходящие детали. На изменение размеров и/или повторный заказ уходит больше времени, а в долгосрочной перспективе этот простой начальный шаг может помочь сэкономить деньги.

Если вы не уверены в точных допусках необходимых деталей, не делайте догадки, а обратитесь за помощью к профессиональной компании по ЧПУ обработке.

Рабочая температура

При выборе материала температура плавления материала должна быть ниже рабочей температуры процесса. Кроме того, необходимо учитывать, есть ли колебания рабочей температуры, и материал должен выдерживать температуру без деформации, искажения или разрушения со временем.

Хотя некоторые более долговечные материалы изготавливаются для выдержки этих изменений, многие материалы со временем показывают признаки деформации, набухания и/или трещин. Экстремальные температуры также могут негативно влиять на долговечность определенных материалов.

Когда вы обрабатываете материалы на ЧПУ, также важно понимать эту информацию, чтобы гарантировать, что температура, возникающая при резке и формировании детали, не деформирует её. Установление связи между рабочей температурой и используемыми материалами критически важна для успешного проектирования и производства.

Вес и несущая способность

Вес обрабатываемого материала зависит от того, как используется деталь. Тяжелые материалы могут выдерживать большие давления. Для проектов, требующих чрезмерной несущей способности и высоких нагрузок, следует рассматривать тяжелые материалы. Но они не подходят для весочувствительных изделий.

Легкие материалы популярны в весочувствительных проектах. Они долговечны, используются и могут выдерживать много напряжений, но они дороже. Легкие материалы идеальны для многих продуктов, но если стоимость является важным фактором, они могут не быть лучшим выбором.

Выбор между тяжелыми и легкими материалами — лишь пример того, какие характеристики наиболее важны для деталей ЧПУ обработки. Таким образом, можно определить критические элементы для вашей детали, чтобы она работала правильно, исключить материалы, не соответствующие этим стандартам, а затем сравнить затраты.

Общая стоимость и технологичность материала

Самые дорогие материалы — обычно высокопрочные легкие материалы. При выборе материалов для обработки множество факторов помогают принять решение. Чтобы найти наиболее совместимый материал, приоритизируйте характеристики, наиболее важные для готовой детали. Выбирайте материалы, соответствующие кривой прочности, температурным ограничениям и требованиям сборки. Исключите материалы, не соответствующие этим требованиям, сравните стоимость материалов и затем выбирайте.

Обычно, чем больше материала используется в детали, тем выше стоимость. Точно так же специальные материалы и экстремально прочные материалы (например, титан) также будут стоить дороже.

Поиск компании, предлагающей бесплатную котировку и без минимального объема заказа, поможет снизить затраты. После того как все рамки сузятся, можно использовать более экономичные материалы для удовлетворения большинства ваших потребностей.

Руководство по выбору материалов

SANS может обрабатывать сотни металлов, сплавов и пластиковых материалов, а также другие индивидуальные материалы по запросу. Ниже мы обсудим наиболее популярные материалы и их свойства.

Металлы

Одним из самых распространенных типов материалов в ЧПУ фрезеровке является металл, и существует широкий выбор вариантов. Давайте рассмотрим наиболее известные варианты и наиболее подходящие применения для каждого металла. В зависимости от размера и геометрии детали, стоимость материала может составлять большую часть общей цены детали.

Алюминий

Алюминий, вероятно, самый широко используемый материал для ЧПУ фрезеровки и отличный выбор для механических деталей и внешних частей. По сравнению с другими металлами, алюминий обычно можно обрабатывать быстрее других металлов, что делает его самым экономичным способом. Детали из алюминия образуют защитный слой при воздействии среды, что обеспечивает дополнительную прочность и коррозионную стойкость. Ввиду этих качественных характеристик материала, ЧПУ фрезеровка алюминия отлично подходит для использования в автомобильной, авиакосмической, медицинской и потребительской электроники. Конкретные применения включают авиационные аксессуары, электронные корпуса, медицинское оборудование, шестерни и валы.

Алюминий 6061

Это самый распространенный общего назначения алюминиевый сплав с хорошим соотношением прочность/вес и отличной обрабатываемостью. Это самая распространенная марка алюминия общего назначения, обычно используемая для автозапчастей, велосипедных рам, спортивных товаров, рам радиоуправляемых моделей и т.д.

Основные легирующие элементы — магний, кремний и железо. Как и другие алюминиевые сплавы, он имеет хорошее соотношение прочность/вес и естественную устойчивость к атмосферной коррозии. Одним из недостатков 6061 является его плохая коррозионная стойкость при воздействии соленой воды или других химикатов. В более требовательных применениях он не так прочен, как другие алюминиевые сплавы.

Состав и материальные свойства алюминия 6082 похожи на 6061. В Европе он чаще используется, так как соответствует британским стандартам.

Алюминий 7075

7075 — это высококлассный продукт алюминия. Он в основном легирован цинком. Это один из самых прочных алюминиевых сплавов. Идеальный выбор для высокопрочного развлекательного оборудования и авто/авиакосмических рам. Поскольку по сравнению со сталью алюминий 7075 обладает отличными усталостными свойствами и может подвергаться термической обработке для достижения высокой прочности и твердости, он незаменим для снижения веса. Однако его следует избегать, когда требуется сварка.

Алюминий 5083

Алюминий 5083 обладает более высокой прочностью и отличной устойчивостью к морской воде, чем большинство других алюминиевых сплавов, поэтому он часто используется в строительстве и морских применениях. Это также отличный выбор для сварки.

Больше знаний об алюминиевых деталях в Все о ЧПУ обработке алюминия

Нержавеющая сталь

Сплавы нержавеющей стали обладают высокой прочностью, высокой пластичностью, отличной износостойкостью и коррозионной стойкостью, их легко сваривать, обрабатывать и полировать. В зависимости от их состава они могут быть (по сути) немагнитными или магнитными.

Существует много типов нержавеющей стали. Она называется нержавеющей, потому что содержит хром, который помогает предотвратить окисление (ржавление). Поскольку вся нержавеющая сталь выглядит одинаково, необходимо с крайней осторожностью тестировать входящее сырье с помощью современного измерительного оборудования (например, ОЭС детектора), чтобы подтвердить характеристики используемой стали.

Нержавеющая сталь 303

В случае с 303 также добавляется сера. Эта сера помогает сделать 303 самой легкообрабатываемой нержавеющей сталью, но также в определенной степени снижает её коррозионную стойкость.

303 не подходит для холодной деформации (гибки), а также не может подвергаться термической обработке. Наличие серы также означает, что она не идеальна для сварки. У неё отличная обрабатываемость, но необходимо следить за скоростью/подачей и остротой режущего инструмента.

303 обычно используется для нержавеющих гайок и болтов, фитингов, валов и шестерен. Однако её не следует использовать для морских аксессуаров.

Нержавеющая сталь 304

Это самый распространенный сплав нержавеющей стали с отличными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью. Она устойчива к большинству окружающих условий и коррозионных сред.

Это самая распространенная форма нержавеющей стали, встречающаяся в различных потребительских и промышленных продуктах. Обычно называется 18/8, что относится к добавлению 18% хрома и 8% никеля в сплав, что является самой распространенной формой нержавеющей стали.

304 очень тверда, немагнитна, легко обрабатывается и обычно обладает коррозионной стойкостью, поэтому она очень подходит для кухонных аксессуаров, резервуаров и труб, используемых в промышленности, строительстве и автомобилестроении.

304 легко обрабатывается, но в отличие от 303, её можно сваривать. Она также более устойчива к коррозии в большинстве обычных (нехимических) сред. Для токарей используйте очень острые режущие инструменты для обработки и не загрязняйте другими металлами.

Нержавеющая сталь 316

Это еще один распространенный сплав нержавеющей стали с механическими свойствами, похожими на 304. Обычно считается морской нержавеющей сталью, твердой и легко свариваемой. Материал очень устойчив к коррозии, и для солевых растворов (например, морской воды) он очень подходит для строительства, судостроения, промышленных трубопроводов и автомобильных применений.

Нержавеющая сталь 2205

Дуплексная нержавеющая сталь 2205 — это самый прочный сплав нержавеющей стали (в два раза прочнее других обычных сплавов нержавеющей стали) и обладает отличной коррозионной стойкостью. Она используется в суровых условиях и имеет много применений в нефтегазовой отрасли.

17-4 Нержавеющая сталь

Механические свойства нержавеющей стали 17-4 (марка SAE 630) сопоставимы с 304. Её можно упрочнять выпадением до высокой степени (по сравнению с инструментальной сталью) и она обладает отличной химической стойкостью, что делает её подходящей для очень высокопроизводительных применений, таких как изготовление лопастей турбин.

Инструментальные стали

Инструментальные стали — это металлические сплавы с исключительно высокой твердостью, жесткостью, износостойкостью и теплостойкостью. Они используются для создания производственных инструментов (отсюда название), таких как штампы, штамповки и формы. Для достижения их хороших механических свойств они должны проходить термическую обработку.

Инструментальная сталь D2 — это износостойкий сплав, сохраняющий свою твердость до температуры 425°C. Сталь D2 — это воздухо-закаляемая, высокоуглеродистая, высокохромистая инструментальная сталь с высокой износостойкостью. Её можно термически обрабатывать, и она имеет широкий диапазон твердости. Сталь D2 — идеальный выбор для изготовления деталей и продуктов, которые должны легко гнуться, но должны гнуться.

Инструментальная сталь A2 — это воздухо-закаляемая инструментальная сталь общего назначения с хорошей вязкостью и отличной размерной стабильностью при повышенных температурах. Обычно используется для изготовления форм для литья под давлением.

Инструментальная сталь O1 — это масло-закаляемый сплав с высокой твердостью 65 HRC. Обычно используется для ножей и режущих инструментов.

Мягкие стали

Также известны как низкоуглеродистые стали и обладают хорошими механическими свойствами, отличной обрабатываемостью и хорошей сварностью. Из-за своей низкой стоимости они находят применение общего назначения, включая изготовление деталей машин, приспособлений и фрикций. Мягкие стали подвержены коррозии и атаке химикатов. Обычно используются:

Мягкая сталь 1018

Мягкая сталь 1018 — это сплав общего назначения с хорошей обрабатываемостью и сварностью, а также отличной вязкостью, прочностью и твердостью. Это самый распространенный сплав низкоуглеродистой стали.

Углеродистая сталь 1045

Этот твердый материал — низкоуглеродистая сталь, не нержавеющая, которая обычно дешевле нержавеющей стали, но имеет более высокую прочность. Материал можно закалять и термически обрабатывать, чтобы сделать его легкообрабатываемым и сварным. Наиболее часто используется в промышленных применениях и механических деталях, требующих высокой вязкости и прочности, таких как гайки и болты, шестерни, валы и шатуны. Также используется в строительстве, но если подвергается воздействию среды, обычно проходит поверхностную обработку для предотвращения ржавления.

Мягкая сталь A36

Низкоуглеродистая сталь A36 — это распространенная конструкционная сталь с хорошей сварностью. Подходит для различных промышленных и строительных применений.

Магний AZ31

Сплав алюминия и цинка, магний AZ31 имеет снижение веса на 35% по сравнению с алюминием, но его прочность выше. Однако этот материал обычно дороже и часто используется для авиационных компонентов. Материал легко обрабатывается, но имеет легковоспламеняющиеся характеристики.

Магний легко обрабатывается, но очень легко горит, особенно в порошковой форме, поэтому его необходимо обрабатывать с жидкими смазками. Магний можно анодировать для улучшения коррозионной стойкости. Это также высокостабильный конструкционный материал и отличный выбор для литья под давлением.

Благодаря своей легкости и высокой прочности он также часто используется для корпусов ноутбуков, электроинструментов, корпусов камер и других применений в быту.
титан

Титан

Титан известен своей высокой прочностью, низким весом, вязкостью и коррозионной стойкостью. Его можно сваривать, пассивировать и анодировать для усиления защиты и улучшения внешнего вида. Титан плохо полируется и является плохим проводником электричества, но хорошим теплопроводником. Это материал, труднообрабатываемый, и для него можно использовать только профессиональные инструменты.

Этот материал обычно дороже других металлов. Он обилен в земной коре, но его трудно очищать. Наиболее часто используется в военной, авиакосмической, промышленной и биомедицинской применениях.

Латунь

Признана одной из самых простых и экономичных материалов в ЧПУ фрезеровке. Латунь — это сплав меди и цинка, который стабилен, но не достаточно прочен. Типичные применения включают медицинское оборудование, потребительские товары, электрическое оборудование и контакты. Поскольку латунь также имеет низкий коэффициент трения и высокую коррозионную стойкость, её также используют в инженерии, сантехнике, паровом инженерии и даже в музыкальных инструментах. Благодаря мягкому материалу и легкости обработки, она используется в сантехнических аксессуарах, домашнем декоре и музыкальных инструментах.

С хорошей обрабатываемостью и отличной проводимостью, она очень подходит для применений, требующих низкого трения. Также часто используется в строительстве для создания золотистого внешнего вида с эстетической привлекательностью.
Латунь C36000 — материал с высокой предельной прочностью и естественной коррозионной стойкостью. Это один из самых легкообрабатываемых материалов, поэтому обычно используется для крупносерийных применений.

Медь

Когда речь идет о материалах для ЧПУ фрезеровки, мало металлов предлагают электропроводность меди. Высокая коррозионная стойкость помогает этому материалу бороться с ржавлением, а теплопроводящие свойства облегчают процесс формирования при ЧПУ обработке. Часто используется в автомобильной промышленности, применения включают системы охлаждения и теплообменники, а также различные инженерные применения, такие как клапаны и радиаторы. Однако важно знать, что медь слаба против определенных химикатов, таких как кислоты, галогены, сульфиды и аммиачные растворы.

Пластики

Помимо металлических материалов, услуги высокоточной ЧПУ обработки SANS также совместимы с несколькими пластиками. Ниже приведены некоторые из наиболее широко используемых пластиков для технологии ЧПУ фрезеровки.

ABS

ABS — один из самых распространенных термопластичных материалов, с хорошими механическими свойствами, отличной ударной прочностью, высокой теплостойкостью и хорошей обрабатываемостью.

ABS имеет низкую плотность, поэтому он очень подходит для легких применений. ЧПУ обработанные детали из ABS обычно используются как прототипы перед серийным производством методом литья под давлением.

Найлон

Найлон, также известный как полиамид (PA), — это термопластик. Благодаря своим отличным механическим свойствам, хорошей ударной прочности, высокой химической стойкости и износостойкости, а также умеренной огнестойкости, он обычно используется для изоляторов, подшипников и краткосрочных продуктов, которые будут использоваться для литья под давлением. Недостаток в том, что он легко впитывает воду и влагу.

POM

POM также называется Delrin. Это инженерный термопластик и обладает наивысшей обрабатываемостью среди пластиков.

POM (Delrin) обычно лучший выбор для ЧПУ обработки пластиковых деталей, требующих высокой точности, высокой жесткости, низкого трения, отличной размерной стабильности при высоких температурах и экстремально низкого впитывания воды.

PTFE

PTFE, обычно известный как политетрафторетилен (Тефлон), — это инженерный термопластик с отличной химической и тепловой стойкостью и самым низким коэффициентом трения из всех известных твердых тел. Это отличный электрический изолятор. Однако у него слабые механические свойства и он часто используется как подкладка или вставка в компонентах.

HDPE

Полиэтилен высокой плотности (HDPE) — это термопластик с высоким соотношением прочность/вес, высокой ударной прочностью и хорошей погодостойкостью.

HDPE — легкий термопластик, подходящий для наружного использования и трубопроводов. Как и ABS, он часто используется для создания прототипов перед литьем под давлением.

PEEK

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

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