Hướng dẫn cuối cùng về Vật liệu gia công CNC: Cách chọn kim loại/nhựa tốt nhất cho dự án của bạn

Nguyên tắc cốt lõi để chọn vật liệu gia công CNC

1. Yêu cầu hiệu suất : Độ bền, độ cứng, khả năng chống ăn mòn, độ dẫn nhiệt, v.v.
2. Khả năng gia công : Dễ cắt, tốc độ hao mòn công cụ và các thông số gia công tối ưu (ví dụ: tốc độ trục chính, tốc độ thức ăn).
3. Kiểm soát chi phí : Giá nguyên liệu, chi phí xử lý và chi phí sau điều trị.
4. Tác động môi trường : Tuân thủ xu hướng bền vững, chẳng hạn như sử dụng các vật liệu phân hủy sinh học.

Vật liệu kim loại: "Những người khó tính" công nghiệp

1. Nhôm

• Thuộc tính chính :
  • Nhẹ, chống ăn mòn cao, độ dẫn nhiệt và điện tuyệt vời.
  • Các lớp chung: 6061 (hiệu suất cân bằng) và 7075 (cường độ cực cao cho hàng không vũ trụ).
• Ứng dụng :
  • Vỏ điện tử tiêu dùng (ví dụ: khung điện thoại), các bộ phận động cơ ô tô, bộ xương máy bay không người lái.
• Mẹo gia công :
  • Cắt tốc độ cao làm giảm biến dạng nhiệt; Sử dụng các công cụ cacbua để ngăn chặn độ bám dính.
  • Phương pháp điều trị bề mặt như anodizing tăng cường khả năng chống mài mòn và thẩm mỹ.

2. Thép không gỉ

• Thuộc tính chính :
  • Kháng ăn mòn đặc biệt (thép không gỉ 316 là lý tưởng cho môi trường biển và y tế).
  • Độ cứng cao hơn nhôm, yêu cầu các công cụ tráng và chất làm mát để gia công.
• Ứng dụng :
  • Thiết bị y tế, dụng cụ nhà bếp, thiết bị ngoài trời.
• Mẹo gia công :
  • 304 Thép không gỉ cung cấp hiệu suất chi phí tốt nhất để sử dụng chung; 316 là đắt hơn nhưng chống ăn mòn hơn.

3. Hợp kim Titan

• Thuộc tính chính :
  • Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng chưa từng có, sức đề kháng nhiệt độ cao và tính tương thích sinh học, nhưng với chi phí gia công cực cao.
  • Yêu cầu các công cụ chuyên dụng và cắt tốc độ thấp để tránh biến dạng do nhiệt gây ra.
• Ứng dụng :
  • Thành phần hàng không vũ trụ, cấy ghép y tế, đồng hồ sang trọng.
• Xu hướng : Kể từ năm 2023, các hợp kim Titan đã thấy việc sử dụng tăng trong thiết bị điện tử tiêu dùng (ví dụ: khung điện thoại), mặc dù tỷ lệ năng suất vẫn thấp (30%-40%) và thời gian gia công dài hơn 3-4 lần so với nhôm.

4. Đồng và hợp kim

• Thuộc tính chính :
  • Độ dẫn nhiệt và điện tuyệt vời; Đồng thau (Hợp kim đồng-kẽm) dễ dàng để chống máy và chống ăn mòn.
  • Kết cấu mềm đòi hỏi độ sâu cắt có kiểm soát để tránh biến dạng.
• Ứng dụng :
  • Bảng mạch, tản nhiệt, các mặt hàng trang trí.

5. Thép carbon

• Thuộc tính chính :
  • Độ bền cao, chi phí thấp, nhưng kháng ăn mòn kém (cần xử lý bề mặt như mạ kẽm).
• Ứng dụng :
  • Chốt cơ học, các thành phần cấu trúc.

Vật liệu nhựa: "Người chơi đa năng" công nghiệp

1. Nhựa abs

• Thuộc tính chính :
  • Kháng va chạm mạnh mẽ, dễ tô màu, giá cả phải chăng—Lý tưởng cho tạo mẫu nhanh chóng.
• Ứng dụng :
  • Vỏ bảo vệ, bộ phận ô tô, đồ chơi.
• Mẹo gia công :
  • Kiểm soát nhiệt độ cắt để ngăn ngừa làm mềm vật liệu và biến dạng.

2. Nylon (PA)

• Thuộc tính chính :
  • Kháng mặc tuyệt vời và tự sao chép; Củng cố sợi thủy tinh có thể tăng cường sức mạnh.
• Ứng dụng :
  • Bánh răng, vòng bi, các thành phần trượt.
• Mẹo gia công :
  • Làm khô vật liệu trước khi gia công để giảm các lỗi thứ nguyên liên quan đến độ ẩm.

3. Acrylic (PMMA)

• Thuộc tính chính :
  • Độ trong suốt và độ cứng cao (một thay thế thủy tinh), nhưng dễ bị nứt.
• Ứng dụng :
  • Thành phần quang học, giá đỡ màn hình, tấm trang trí.
• Mẹo gia công :
  • Sử dụng các công cụ sắc nét và cắt tốc độ thấp để giảm thiểu các vết trầy xước bề mặt.

4. Polycarbonate (PC)

• Thuộc tính chính :
  • Khả năng chống va đập cao, dung nạp nhiệt và độ trong suốt—Lý tưởng cho các bộ phận cần sự dẻo dai.
• Ứng dụng :
  • Kính chống đạn, mũ bảo hiểm, vỏ thành phần điện tử.

5. PEEK

• Thuộc tính chính :
  • Duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao, kháng hóa chất tuyệt vời, nhưng với chi phí cao.
• Ứng dụng :
  • Các bộ phận hàng không vũ trụ, các thành phần bán dẫn, hải cẩu cho môi trường nhiệt độ cao.

6. UHMW-PE

• Thuộc tính chính :
  • Khả năng chống mài mòn cực cao, hệ số ma sát thấp, nhưng thách thức máy.
• Ứng dụng :
  • Vòng bi, bánh răng, băng tải.

Vật liệu thân thiện với môi trường: Tương lai bền vững

• Tinh thể nano cellulose (CNC) :
  • Có nguồn gốc từ thực vật, phân hủy sinh học, được sử dụng cho lớp phủ màu kết cấu trong thời trang và trang trí.
• Mực bảo vệ nước :
  • Cung cấp mặt nạ bề mặt trong quá trình gia công, thân thiện với môi trường và dễ áp ​​dụng.
• Nhựa phân hủy sinh học :
  • Chẳng hạn như PLA (axit polylactic), phù hợp cho bao bì thân thiện với môi trường và các sản phẩm dùng một lần.

Cân bằng chi phí và hiệu suất

1. Thay thế vật chất :
   • Sử dụng ABS thay vì PC để tiết kiệm chi phí, hoặc lựa chọn các vật liệu trong nước hiệu quả về chi phí.
2. Tối ưu hóa quá trình :
   • Điều chỉnh các tham số gia công (ví dụ: tốc độ trục chính thấp hơn, tốc độ thức ăn cao hơn) để giảm thời gian hao mòn công cụ.
3. Quy mô sản xuất :
   • Vật liệu tiêu chuẩn hoạt động tốt nhất cho sản xuất khối lượng thấp; Sản xuất quy mô lớn có thể biện minh cho vật liệu tùy chỉnh để có hiệu suất tốt hơn.

Các thông số gia công và lựa chọn thiết bị

• Kim loại :
  • Nhôm: Cắt tốc độ cao (9,554 vòng / phút), công cụ cacbua.
  • Hợp kim Titan: Cắt tốc độ thấp (15.286 vòng / phút), các công cụ phủ chuyên dụng.
• Nhựa :
  • ABS: Kiểm soát nhiệt để tránh tan chảy.
  • POM: Sử dụng các công cụ sắc nét cho gia công một lần để tránh dính.

Ví dụ trong thế giới thực: Lựa chọn vật chất của ngành công nghiệp

1. Điện tử tiêu dùng :
   • Khung điện thoại: Nhôm (hiệu quả chi phí) hoặc hợp kim titan (mô hình cao cấp).
   • Các thành phần quang học: acrylic hoặc PC cho độ chính xác cao.
2. Ô tô :
   • Các bộ phận động cơ: Nhôm hoặc thép cường độ cao cho điện trở nhiệt và hao mòn.
   • Các thành phần nội thất: ABS hoặc nylon cho sự cân bằng của tính thẩm mỹ và độ bền.
3. Thiết bị y tế :
   • Cấy ghép: Hợp kim Titan hoặc thép không gỉ cho khả năng tương thích sinh học và chống ăn mòn.
   • Vỏ thiết bị: PC hoặc PEEK cho các yêu cầu môi trường vô trùng.

Xu hướng trong tương lai: Trí thông minh và tính bền vững

• Lập trình hỗ trợ AI : Mã gia công tự động cho hiệu quả và độ chính xác cao hơn.
• Gia công màu xanh lá cây : Áp dụng các công cụ và chất làm mát thân thiện với môi trường để hạ thấp dấu chân carbon.
• Vật liệu sáng tạo : Gốm sứ linh hoạt, gỗ trong suốt và các vật liệu thế hệ tiếp theo khác đẩy ranh giới hiệu suất.

Phần kết luận