Выбор подходящего материала для обработки на ЧПУ

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.