Процесс выбора материалов
Вот основные этапы процесса выбора материала:
Шаг 1. Определите требования к материалам: они могут включать механические, термические или другие требования к материалам, а также стоимость и качество поверхности. Учтите среду, в которой будет использоваться деталь, и узлы, с которыми она будет взаимодействовать.
Шаг 2. Определите материалы-кандидаты: определите несколько материалов-кандидатов, которые удовлетворяют всем (или большей части) вашим требованиям к конструкции.
Шаг 3. Выберите наиболее подходящий материал: здесь обычно требуется компромисс между двумя или более конструктивными требованиями (например, механическими характеристиками и стоимостью).
В этой статье мы сосредоточимся в основном на втором вопросе. Используя информацию, представленную ниже, вы можете определить материалы, которые больше всего подходят для вашей детали, при этом не выходя за рамки бюджета.
Рекомендации по выбору материалов с ЧПУ
В таблицах ниже мы суммировали соответствующие характеристики наиболее распространенных материалов для ЧПУ, собранные путем изучения таблиц, предоставленных производителями материалов.
Металлические и пластмассовые материалы были сгруппированы вместе и сопоставлены друг с другом, так как их свойства сильно различаются. Металлы в основном используются в деталях, требующих высокой прочности, твердости и термической стойкости. Пластмассы - это легкие материалы с широким диапазоном физических свойств, которые часто используются из-за их химической стойкости и электроизоляционных свойств.
Интересующие свойства материалов включали механическую прочность (выраженную как предел текучести при растяжении), обрабатываемость (простота обработки влияет на стоимость обработки на станке), стоимость материала , твердость (в основном для металлов) и термостойкость (в основном для пластмасс). Собранная информация обобщена в таблицах ниже. Подробное описание каждого варианта материала приведено в следующем разделе.
Сводная таблица по металлам
|
Материал |
Наименование |
Прочность |
Твердость |
Обрабатываемость |
Расходы |
Применения |
|
Алюминий |
6061 |
Средняя |
Средняя |
★★★★★ |
$ |
Узлы самолетов общего назначения Автомобильные детали Велосипедные рамы Контейнеры для пищевых продуктов |
|
|
6082 |
Средняя |
Средняя |
★★★★★ |
$ |
Автомобильные детали общего назначения Емкости для пищевых продуктов |
|
|
7075 |
Высокий |
Средняя |
★★★★ |
$$$ |
Компоненты для самолетов и авиакосмической отрасли Автомобильные детали Применение в судостроении Спортивное оборудование |
|
|
5083 |
Средняя |
Низкий |
★★★★★ |
$$ |
Морское применение Строительство Сосуды под давлением |
|
Нержавеющая сталь |
304 |
Высокий |
Средняя |
★★ |
$$$ |
Универсальное медицинское оборудование Пищевая промышленность Морское применение Химическая обработка |
|
|
316 |
Высокий |
Средняя |
★★ |
$$$$ |
Оборудование для приготовления пищи Морское применение Архитектура Хирургические имплантаты Химические контейнеры |
|
|
2205 Дуплекс |
Высокий |
Высокий |
★ |
$$$$$ |
Нефть и газ Судостроение Химическая обработка Теплообменники |
|
|
303 |
Высокий |
Высокий |
★★★ |
$$$$ |
Детали самолетов Детали машин Гайки, болты, шестерни, втулки |
|
|
17-4 |
Высокий |
Очень высоко |
★★ |
$$$$$ |
Лопатки турбин Морское применение Сосуды для химикатов Нефть и газ Атомная промышленность |
|
Мягкая сталь |
1018 |
Средняя |
Средняя |
★★★ |
$$ |
Детали машин общего назначения Приспособления и приспособления |
|
|
1045 |
Средняя |
Высокий |
★★ |
$$$ |
Детали машин общего назначения |
|
|
A36 |
Высокий |
Средняя |
★★★ |
$$ |
Детали строительной техники Приспособления и приспособления |
|
Легированная сталь |
4140 |
Средняя |
Высокий |
★★ |
$$$ |
Детали машин общего назначения Инструментальная оснастка |
|
|
4340 |
Высокий |
Высокий |
★★ |
$$$ |
Шасси самолета Оснастка силовой передачи |
|
Инструментальная сталь |
D2 |
Высокий |
Очень высоко |
★ |
$$$$ |
Инструмент для холодной обработки Плашки и штампы Режущие инструменты и ножи |
|
|
A2 |
Высокий |
Очень высоко |
★ |
$$$$ |
Инструмент для холодной обработки Плашки и штампы Режущие инструменты и ножи |
|
|
O1 |
Высокий |
Очень высоко |
★ |
$$$$ |
Инструмент для холодной обработки Плашки и штампы |
|
Латунь |
C36000 |
Средняя |
Средняя |
★★★★★ |
$$ |
Механические детали Клапаны и форсунки Архитектура |
Сводная таблица для пластмасс
|
Материал |
Сила * |
Рабочая температура + |
Обрабатываемость |
Расходы |
Типичные области применения |
|
АБС |
Середина |
До 60 o C |
★★★ |
$$ |
Корпус для автомобильной электроники Трубы и арматура Потребительские товары |
|
Нейлон |
Высокий |
До 100 o C |
★ |
$$ |
Автомобильные детали Механические детали Крепежные детали |
|
Поликарбонат (ПК) |
Высокий |
До 120 o C |
★★ |
$$ |
Архитектура Автомобилестроение Корпуса для электроники Контейнеры для пищевых продуктов |
|
ПОМ (Делрин) |
Середина |
До 82 o C |
★★★★ |
$$ |
Механические детали Корпуса для электроники Втулки и фитинги |
|
PTFE (тефлон) |
Низкий |
До 260 o C |
★★★★ |
$$ |
Применение при высоких температурах Химическая обработка Корпуса для электроники Пищевая промышленность |
|
HDPE |
Низкий |
До 80 o C |
★ |
$$ |
Контейнеры для химикатов Трубы и фитинги Потребительские товары |
|
PEEK |
Высокий |
До 260 o C |
★★ |
$$$$ |
Медицинское применение Химическая обработка Пищевая промышленность Клапаны высокого давления |
Обзор распространенных металлических сплавов с ЧПУ
Алюминиевые сплавы
Часть алюминия 6061
Алюминий 6061 - детали, обработанные с ЧПУ
Алюминиевые сплавы обладают отличным соотношением прочности к весу, высокой теплопроводностью и электропроводностью, а также естественной защитой от коррозии. Их легко обрабатывать, и они имеют низкую общую стоимость, поэтому они часто являются наиболее экономичным вариантом создания индивидуальных металлических деталей и прототипов.
Алюминиевые сплавы обычно имеют меньшую прочность и твердость, чем стали, но их можно анодировать, создавая твердый защитный слой на их поверхности.
Алюминий 6061 является наиболее распространенным алюминиевым сплавом общего назначения с хорошим соотношением прочности и веса и отличной обрабатываемостью.
Алюминий 6082 по составу и свойствам материала аналогичен 6061. Он чаще используется в Европе, поскольку соответствует британским стандартам.
Алюминий 7075 - это сплав, наиболее часто используемый в аэрокосмической отрасли, где снижение веса имеет решающее значение, поскольку он имеет отличные усталостные свойства и может подвергаться термообработке с получением высокой прочности и твердости, сопоставимой со сталями.
Алюминий 5083 имеет более высокую прочность, чем большинство других алюминиевых сплавов, и исключительную устойчивость к морской воде, поэтому он обычно используется в строительстве и на море. Это также отличный выбор для сварки.
Характеристики материала:
Типичная плотность алюминиевых сплавов: 2,65-2,80 г / см 3.
Может быть анодирован
Немагнитный
Нержавеющая сталь
Нержавеющая сталь: 304 против 316 - Обработка поверхности - Корпус для часов, обработанный на станке с ЧПУ
Сплавы из нержавеющей стали обладают высокой прочностью, высокой пластичностью, отличной износостойкостью и коррозионной стойкостью, их легко сваривать, обрабатывать и полировать. В зависимости от состава они могут быть (по существу) немагнитными или магнитными.
Нержавеющая сталь 304 является наиболее распространенным сплавом нержавеющей стали, обладающим превосходными механическими свойствами и хорошей обрабатываемостью. Он устойчив к большинству условий окружающей среды и агрессивных сред.
Нержавеющая сталь 316 - еще один распространенный сплав нержавеющей стали с механическими свойствами, аналогичными 304. Тем не менее, он имеет более высокую коррозионную и химическую стойкость, особенно к солевым растворам (например, морской воде), поэтому его часто предпочитают для применений в суровых условиях.
Нержавеющая сталь 2205 Duplex - это сплав нержавеющей стали с наивысшей прочностью (вдвое больше, чем у других распространенных сплавов нержавеющей стали) и отличной стойкостью к коррозии. Он используется в суровых условиях и во многих областях нефтегазовой промышленности.
Нержавеющая сталь 303 имеет превосходную вязкость, но более низкую коррозионную стойкость по сравнению с 304. Благодаря превосходной обрабатываемости, она часто используется в больших объемах, таких как производство гаек и болтов для аэрокосмической промышленности.
Нержавеющая сталь 17-4 (класс SAE 630) имеет механические свойства, сравнимые с 304. Она может подвергаться дисперсионному упрочнению в очень высокой степени (сравнимо с инструментальными сталями) и имеет отличную химическую стойкость, что делает ее пригодной для применения с очень высокими эксплуатационными характеристиками, например как изготовление турбинных лопаток.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 7,7-8,0 г / см 3
Немагнитные сплавы нержавеющей стали: 304, 316, 303
Магнитные сплавы нержавеющей стали: 2205 Duplex, 17-4
Мягкие стали также известны как низкоуглеродистые стали и обладают хорошими механическими свойствами, хорошей обрабатываемостью и хорошей свариваемостью. Благодаря низкой стоимости они находят универсальное применение, включая производство деталей машин, приспособлений и приспособлений. Мягкие стали подвержены коррозии и воздействию химикатов.
Низкоуглеродистая сталь 1018 - это сплав общего назначения с хорошей обрабатываемостью и свариваемостью, а также превосходной вязкостью, прочностью и твердостью. Это наиболее часто используемый сплав низкоуглеродистой стали.
Низкоуглеродистая сталь 1045 - это среднеуглеродистая сталь с хорошей свариваемостью, хорошей обрабатываемостью, а также высокой прочностью и ударопрочностью.
Низкоуглеродистая сталь A36 - это обычная конструкционная сталь с хорошей свариваемостью. Он подходит для различных промышленных и строительных приложений.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 7,8-7,9 г / см 3
Магнитный
Легированная сталь
Легированные стали содержат другие легирующие элементы помимо углерода, что приводит к повышению твердости, ударной вязкости, усталости и износостойкости. Как и мягкие стали, легированные стали подвержены коррозии и химическому воздействию.
Легированная сталь 4140 обладает хорошими общими механическими свойствами, хорошей прочностью и ударной вязкостью. Этот сплав подходит для многих промышленных применений, но не рекомендуется для сварки.
Легированная сталь 4340 может подвергаться термообработке до высоких уровней прочности и твердости, сохраняя при этом хорошую ударную вязкость, износостойкость и усталостную прочность. Этот сплав поддается сварке.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 7,8-7,9 г / см 3
Магнитный
Инструментальная сталь
Деталь инструментальная сталь D2
Инструментальные стали - это металлические сплавы с исключительно высокой твердостью, жесткостью, абразивным и термическим сопротивлением. Они используются для создания производственных инструментов (отсюда и название), таких как штампы, штампы и пресс-формы. Для достижения хороших механических свойств они должны пройти термическую обработку .
Инструментальная сталь D2 - износостойкий сплав, сохраняющий твердость до температуры 425 ° C. Он обычно используется для изготовления режущих инструментов и штампов.
Инструментальная сталь A2 - это закаленная на воздухе инструментальная сталь общего назначения с хорошей вязкостью и превосходной стабильностью размеров при повышенных температурах. Он обычно используется для изготовления штампов для литья под давлением.
Инструментальная сталь О1 - это закаленный в масле сплав с высокой твердостью 65 HRC. Обычно используется для ножей и режущих инструментов.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 7,8 г / см 3
Типичная твердость: 45-65 HRC
Латунь
Латунь - это металлический сплав с хорошей обрабатываемостью и отличной электропроводностью, идеально подходящий для применений, требующих низкого трения. Он также часто используется в архитектуре для создания деталей с золотистым внешним видом в эстетических целях.
Латунь C36000 - это материал с высокой прочностью на разрыв и естественной коррозионной стойкостью. Это один из самых легкообрабатываемых материалов, поэтому его часто используют в больших объемах.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 8,4-8,7 г / см 3
Немагнитный
Обзор распространенных пластиков для ЧПУ
Пластмассы для обработки с ЧПУ: ABS, POM (Delrin), поликарбонат, тефлон и PEEK
АБС
АБС - один из наиболее распространенных термопластов, предлагающий хорошие механические свойства, отличную ударную вязкость, высокую термостойкость и хорошую обрабатываемость.
ABS имеет низкую плотность, что делает его идеальным для легких приложений. Детали из АБС-пластика, обработанные на станках с ЧПУ, часто используются в качестве прототипов перед массовым производством методом литья под давлением.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 1,00-1,05 г / см 3
Нейлон
Нейлон также известен как полиамид (PA) и представляет собой термопласт, который часто используется в инженерных областях, благодаря его превосходным механическим свойствам, хорошей ударной вязкости и высокой химической стойкости и стойкости к истиранию. Однако он чувствителен к впитыванию воды и влаги.
Нейлон 6 и нейлон 66 - это сплавы, которые наиболее часто используются при обработке с ЧПУ.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 1,14 г / см 3
Поликарбонат
Поликарбонат - это термопласт с высокой прочностью, хорошей обрабатываемостью и превосходной ударной вязкостью (лучше, чем у АБС-пластика). Он может быть цветным, но, как правило, он оптически прозрачен, что делает его идеальным для широкого спектра применений, в том числе для жидкостных устройств или автомобильного остекления.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 1,20-1,22 г / см 3
ПОМ (Делрин)
ПОМ , широко известный под коммерческим названием Delrin, представляет собой технический термопласт с самой высокой обрабатываемостью среди пластмасс.
ПОМ (делрин) часто является лучшим выбором при обработке пластмассовых деталей с ЧПУ, требующих высокой точности, высокой жесткости, низкого трения, превосходной стабильности размеров при повышенных температурах и очень низкого водопоглощения.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 1,40–1,42 г / см 3
PTFE (тефлон)
ПТФЭ , широко известный как тефлон, представляет собой технический термопласт с превосходной химической и термической стойкостью и самым низким коэффициентом трения среди всех известных твердых тел.
ПТФЭ (тефлон) - один из немногих пластиков, который выдерживает рабочие температуры выше 200 o C и является прекрасным электроизолятором. Тем не менее, он обладает чисто механическими свойствами и часто используется в качестве футеровки или вставки в сборке.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 2,2 г / см 3
HDPE
Полиэтилен высокой плотности (HDPE) - это термопласт с высоким отношением прочности к весу, высокой ударной вязкостью и хорошей атмосферостойкостью.
HDPE - это легкий термопласт, подходящий для наружного применения и трубопроводов. Как и ABS, он часто используется для создания прототипов перед литьем под давлением.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 0,93-0,97 г / см 3
PEEK
PEEK - это высокоэффективный инженерный термопласт с превосходными механическими свойствами, термической стабильностью в очень широком диапазоне температур и превосходной стойкостью к большинству химикатов.
PEEK часто используется для замены металлических деталей из-за его высокого отношения прочности к весу. Доступны также медицинские марки, что делает ПЭЭК пригодным также для биомедицинского применения.
Характеристики материала:
Типичная плотность: 1,32 г / см 3
Эмпирические правила
- Алюминий 6061 - самый распространенный материал для обработки с ЧПУ с самой низкой стоимостью.
- ПОМ (Делрин) - самый экономичный пластик для ЧПУ, благодаря его отличной обрабатываемости.
- Выберите металлический сплав для применений, требующих высокой прочности, твердости и / или термостойкости.
- Выбирайте пластмассы для легких применений с особыми требованиями к материалам или для прототипов перед литьем под давлением.
