Как выбрать правильный материал для обработки на станке с ЧПУ？

Неправильный выбор материалов – всё напрасно! Для производства качественной продукции выбор материалов является самым основным и критически важным шагом. При обработке на станках с ЧПУ можно использовать множество материалов, включая металлы, неметаллы и композитные материалы.

К распространенным металлическим материалам относятся сталь, алюминиевые сплавы, медные сплавы, нержавеющая сталь и т.д. К неметаллическим материалам относятся конструкционные пластмассы, нейлон, бакелит, эпоксидная смола и т.д. Композитные материалы включают в себя армированный волокном пластик, эпоксидную смолу, армированную углеродным волокном, алюминий, армированный стекловолокном, и т.д.

Различные материалы обладают разными физическими и механическими свойствами, и правильный выбор подходящего материала имеет решающее значение для производительности, точности и долговечности детали. Основываясь на собственном опыте, в этой статье я расскажу, как выбрать недорогие и подходящие материалы среди множества обрабатываемых материалов.

Прежде всего, необходимо определить конечное назначение изделия и его частей. Например, медицинское оборудование требует дезинфекции, ланч-боксы — разогрева в микроволновой печи, подшипники, шестерни и т. д. должны использоваться для несущих нагрузок и многократного вращательного трения.

После определения области применения, исходя из фактических потребностей продукта, исследуется его использование, анализируются его технические и экологические требования, и эти потребности преобразуются в характеристики материала. Например, детали медицинского оборудования могут выдерживать экстремально высокие температуры автоклава; подшипники, шестерни и другие материалы предъявляют требования к износостойкости, прочности на растяжение и прочности на сжатие. В основном, их можно анализировать по следующим пунктам:

01 Экологические требования

Проанализируйте фактический сценарий использования и условия окружающей среды изделия; например: Какова рабочая температура изделия в течение длительного времени, максимальная/минимальная рабочая температура, соответственно, относятся ли они к высоким или низким температурам? Требуются ли меры защиты от УФ-излучения внутри или снаружи помещений? Используется ли изделие в сухой или влажной, агрессивной среде? И т. д.

02 Технические требования

В соответствии с техническими требованиями к изделию анализируются необходимые характеристики, которые могут охватывать ряд факторов, связанных с применением. Например: какие из этих характеристик должно обладать изделием — проводящие, изоляционные или антистатические? Требуется ли рассеивание тепла, теплопроводность или огнестойкость? Необходимо ли воздействие химических растворителей? И т. д.

03 Требования к физической подготовке

Проанализируйте необходимые физические свойства детали, исходя из предполагаемого использования изделия и условий окружающей среды. Для деталей, подверженных высоким нагрузкам или износу, критически важны такие факторы, как прочность, ударная вязкость и износостойкость; для деталей, подвергающихся длительному воздействию высоких температур, требуется хорошая термическая стабильность.

04 Требования к внешнему виду и обработке поверхности

Рыночное признание продукта во многом зависит от его внешнего вида: цвет и прозрачность различных материалов различаются, отделка и соответствующая обработка поверхности также различны. Поэтому материалы для обработки следует выбирать в соответствии с эстетическими требованиями к продукту.

05. Вопросы производительности обработки

Механические свойства материала влияют на процесс изготовления и точность детали. Например, хотя нержавеющая сталь устойчива к ржавчине и коррозии, она обладает высокой твердостью, легко изнашивает инструмент во время обработки, что приводит к очень высоким затратам на обработку, и поэтому не является подходящим материалом для обработки. Низкая пластическая твердость позволяет ей легко размягчаться и деформироваться в процессе нагрева, а также она обладает низкой стабильностью, поэтому выбор материала должен осуществляться в соответствии с реальными потребностями.

Поскольку фактические требования к применению продукта состоят из множества компонентов, может существовать несколько материалов, отвечающих этим требованиям; или может возникнуть ситуация, когда оптимальный выбор различных требований к применению соответствует различным материалам; в итоге мы можем получить несколько материалов, отвечающих нашим конкретным требованиям. Поэтому, как только желаемые свойства материала четко определены, остается лишь найти материал, который наилучшим образом соответствует этим свойствам.

Выбор материалов-кандидатов начинается с анализа данных о свойствах материалов. Конечно, исследовать тысячи применяемых материалов невозможно, да и не нужно. Можно начать с категории материала и сначала определить, нужны ли нам металлические, неметаллические или композитные материалы. Затем результаты предыдущего анализа, соответствующие характеристикам материала, сужают круг кандидатов. Наконец, информация о стоимости материала используется для выбора наиболее подходящего материала для изделия из ряда кандидатов.

В настоящее время компания Honscn отобрала и выпустила на рынок ряд материалов, пригодных для обработки, которые пользуются популярностью у наших клиентов.

Металлические материалы — это материалы, обладающие такими свойствами, как блеск, пластичность, теплопроводность и теплопередача. Их характеристики в основном делятся на четыре аспекта: механические свойства, химические свойства, физические свойства и технологические свойства. Эти свойства определяют область применения материала и целесообразность его использования, что является важным критерием при выборе металлических материалов. Далее будут рассмотрены два типа металлических материалов: алюминиевый сплав и медный сплав, которые имеют различные механические свойства и технологические характеристики.

В мире зарегистрировано более 1000 марок алюминиевых сплавов, каждая торговая марка и ее значение различны, разные марки алюминиевых сплавов имеют очевидные различия по твердости, прочности, технологичности, декоративным свойствам, коррозионной стойкости, свариваемости и другим механическим и химическим свойствам, каждая имеет свои сильные и слабые стороны.

твердость

Твердость — это способность алюминия противостоять царапинам или вмятинам. Она напрямую связана с химическим составом сплава, и разные состояния по-разному влияют на твердость алюминия. Твердость напрямую влияет на скорость резания и тип инструмента, который можно использовать при обработке на станках с ЧПУ.

В порядке возрастания твердости: серия 7 > серия 2 > серия 6 > серия 5 > серия 3 > серия 1.

интенсивность

Прочность относится к способности материала сопротивляться деформации и разрушению; обычно используемые показатели включают предел текучести, предел прочности на растяжение и так далее.

Это важный фактор, который необходимо учитывать при проектировании изделий, особенно когда в качестве конструкционных элементов используются компоненты из алюминиевых сплавов; соответствующий сплав следует выбирать в зависимости от прилагаемого давления.

Между твердостью и прочностью существует положительная взаимосвязь: прочность чистого алюминия самая низкая, а прочность термообработанных сплавов 2-й и 7-й серий — самая высокая.

плотность

Плотность — это масса вещества на единицу объема, и она часто используется для расчета веса материала.

Плотность является важным фактором для множества различных применений. В зависимости от области применения плотность алюминия будет оказывать существенное влияние на то, как он будет использоваться. Например, легкий, высокопрочный алюминий идеально подходит для строительства и промышленного применения.

Плотность алюминия составляет около 2700 кг/м³, при этом значение плотности различных типов алюминиевых сплавов существенно не меняется.

Коррозионная стойкость

Коррозионная стойкость — это способность материала противостоять коррозии при контакте с другими веществами. Она включает в себя химическую коррозионную стойкость, электрохимическую коррозионную стойкость, коррозионную стойкость под напряжением и другие свойства.

Принцип выбора коррозионной стойкости должен основываться на условиях эксплуатации: для высокопрочных сплавов, используемых в агрессивной среде, необходимо применять различные антикоррозионные композитные материалы.

В целом, наилучшую коррозионную стойкость демонстрирует серия 1 из чистого алюминия, хорошие показатели показывают серия 5, за ней следуют серии 3 и 6, а серии 2 и 7 – плохие.

технологичность

Обрабатываемость включает в себя формуемость и обрабатываемость. Поскольку формуемость связана с состоянием материала, после выбора марки алюминиевого сплава необходимо также учитывать диапазон прочности каждого состояния; как правило, высокопрочные материалы трудно поддаются формовке.

Если алюминий необходимо согнуть, вытянуть, подвергнуть глубокой вытяжке и другим процессам формования, то формуемость полностью отожженного материала будет наилучшей, и наоборот, формуемость термообработанного материала будет наихудшей.

Обрабатываемость алюминиевого сплава в значительной степени зависит от его состава: как правило, алюминиевые сплавы с более высокой прочностью обрабатываются лучше, а сплавы с низкой прочностью — хуже.

Для пресс-форм, механических деталей и других изделий, требующих резки, обрабатываемость алюминиевого сплава является важным фактором.

Свойства сварки и гибки

Большинство алюминиевых сплавов свариваются без проблем. В частности, некоторые алюминиевые сплавы 5-й серии специально разработаны для сварки; относительно говоря, некоторые алюминиевые сплавы 2-й и 7-й серий свариваются сложнее.

Кроме того, алюминиевый сплав 5-й серии является наиболее подходящим для гибки изделий из алюминиевых сплавов.

Декоративное свойство

Когда алюминий используется в декоративных целях или для определенных задач, его поверхность необходимо обработать для получения соответствующего цвета и структуры. В этой ситуации нам необходимо сосредоточиться на декоративных свойствах материала.

К вариантам обработки поверхности алюминия относятся анодирование и напыление. В целом, материалы с хорошей коррозионной стойкостью обладают превосходными свойствами для обработки поверхности.

Другие характеристики

Помимо вышеперечисленных характеристик, при выборе материалов необходимо учитывать такие свойства, как электропроводность, износостойкость, термостойкость и другие.

Орихалк

Латунь — это сплав меди и цинка. Латунь с различными механическими свойствами может быть получена путем изменения содержания цинка в ней. Чем выше содержание цинка в латуни, тем выше ее прочность и несколько ниже пластичность.

Содержание цинка в используемой в промышленности латуни не превышает 45%, и такое содержание цинка делает сплав хрупким и ухудшает его характеристики. Добавление 1% олова в латунь может значительно улучшить её устойчивость к коррозии в морской воде и атмосферных условиях, поэтому её называют «военно-морской латунью».

Олово может улучшить обрабатываемость латуни. Свинцовая латунь обычно называется легкообрабатываемой медью национального стандарта. Основная цель добавления свинца — улучшение обрабатываемости и износостойкости, при этом свинец мало влияет на прочность латуни. Резьба по меди также относится к разновидности свинцовой латуни.

Большинство видов латуни обладают хорошим цветом, технологичностью, пластичностью и легко поддаются гальваническому покрытию или покраске.

Красная медь

Медь — это чистая медь, также известная как красная медь, обладающая хорошей электро- и теплопроводностью, отличной пластичностью, легко поддающаяся горячей и холодной обработке, из которой можно изготавливать пластины, прутки, трубки, проволоку, полосы, фольгу и другие медные изделия.

К числу изделий, требующих хорошей электропроводности, относятся электрокоррозионно-активированная медь и проводящие стержни для электроэрозионной обработки, магнитные приборы и приборы, устойчивые к магнитным помехам, такие как компасы и авиационные приборы.

Независимо от материала, одна модель, как правило, не может одновременно удовлетворить всем требованиям к характеристикам продукта, и это не обязательно. Необходимо расставлять приоритеты для различных характеристик в соответствии с требованиями к продукту, условиями эксплуатации, процессом обработки и другими факторами, разумно выбирать материалы и контролировать затраты, при условии обеспечения высоких эксплуатационных характеристик.

Начинается с оборудования, но не заканчивается им. Компания Honscn стремится предоставлять комплексные услуги в рамках всей цепочки производства крепежных изделий и станков с ЧПУ.