CNC обработката е безспорно жизнената сила на производствената индустрия с приложения като аерокосмическата индустрия, медицинските изделия и електрониката. През последните години се наблюдава невероятен напредък в областта на CNC обработката на материали. Широкото им портфолио вече предлага страхотни комбинации от свойства на материалите, цена и естетика.
В тази статия ще се потопим в разнообразния свят на CNC материалите. Ще ви предоставим изчерпателно ръководство за избор на правилните материали за CNC обработка, включително подробен списък с често използвани материали. Освен това ще засегнем някои по-малко известни материали, за които може би не сте се сещали преди.
Обработваща среда
Важно е да се вземе предвид средата на обработка при избора на CNC материали. Тъй като различните материали реагират различно на различните условия на обработка, като скорост на рязане, материал на инструмента и охлаждаща течност, средата на обработка включва фактори като температура, влажност и наличие на замърсители.
Например, някои материали може да са склонни да се чупят или напукват, ако температурата на обработка стане твърде висока, докато други може да претърпят прекомерно износване на инструмента, ако скоростта на рязане е твърде висока. По подобен начин може да се наложи използването на определени охлаждащи или смазочни течности, за да се намали топлината и триенето по време на обработка. Но те може да не са съвместими с определени материали и да доведат до корозия или други форми на повреди.
Следователно, отчитането на средата на обработка може да помогне за подобряване на производителността, намаляване на разходите и гарантиране на качеството на крайния продукт.
Тегло на детайла
Важно е да се вземе предвид теглото на детайлите, за да се гарантира рентабилност, производителност и технологичност. По-тежките части изискват повече материал, което може да увеличи производствените разходи. Освен това, по-тежките части може да изискват по-големи и по-мощни CNC машини за производство, което увеличава разходите и времето за производство. Следователно, изборът на материал с по-ниска плътност, като алуминий или магнезий, може да помогне за намаляване на теглото на детайлите и по-ниски производствени разходи.
Освен това, теглото на частите може да повлияе и на производителността на крайния продукт. Например, в аерокосмическите приложения, намаляването на теглото на даден компонент може да увеличи горивната ефективност и да подобри цялостната производителност. В автомобилните приложения, намаляването на теглото може също да подобри горивната ефективност, както и да увеличи ускорението и управляемостта.
Топлоустойчивост
Топлоустойчивостта влияе пряко върху способността на материала да издържа на високи температури, без да претърпи значителна деформация или повреда. По време на процеса на CNC обработка, обработваният материал претърпява различни цикли на нагряване и охлаждане, особено когато се реже, пробива или фрезова. Тези цикли могат да причинят термично разширение, деформация или напукване в материали, които не са топлоустойчиви.
Изборът на CNC материали с добра топлоустойчивост може също да помогне за подобряване на процеса на обработка и намаляване на производствените разходи. Когато даден материал може да издържи на високи температури, той позволява по-бързи скорости на рязане и по-дълбоки разрези. Това води до по-кратко време за обработка и намалено износване на инструментите.
Различните материали за CNC обработка имат различни нива на топлоустойчивост, а изборът на материал зависи от предназначението на крайния продукт. Материали като алуминий и мед са подходящи за радиатори и приложения за управление на температурата поради добрата им топлопроводимост. Но неръждаемата стомана и титанът са идеални за аерокосмически и медицински приложения поради високите им точки на топене и устойчивост на корозия.
Изисквания за електрическа проводимост и магнитни свойства
Електрическата проводимост е мярка за способността на материала да провежда електричество. При CNC обработката материалите с висока електрическа проводимост са предпочитани, защото могат ефективно да разсейват топлината. Това е особено важно при обработката на метали, тъй като топлината, генерирана по време на процеса, може да доведе до изкривяване или деформация на материала. Материалите с висока електрическа проводимост, като мед и алуминий, могат ефективно да разсейват топлината, което помага за предотвратяване на тези проблеми.
Магнитните свойства също са важни при избора на CNC материали, особено при работа с феромагнитни материали като желязо, никел и кобалт. Тези материали имат силно магнитно поле, което може да повлияе на процеса на рязане. Немагнитните материали, като титан и неръждаема стомана, са предпочитани за CNC обработка, защото не се влияят от магнитното поле и следователно осигуряват по-чист разрез.
Твърдост
Обработваемостта се отнася до това колко лесно даден материал може да бъде рязан, пробит или оформен от CNC машина.
Когато CNC материалът е твърде твърд, може да е трудно да се реже или оформя, което може да доведе до прекомерно износване на инструмента, счупване на инструмента или лошо качество на повърхността. Обратно, материал, който е твърде мек, може да се деформира или огъне под силата на рязане, което води до лоша точност на размерите или лошо качество на повърхността.
Следователно, изборът на материал за CNC обработка с подходяща твърдост е от решаващо значение за постигане на висококачествени, прецизно обработени компоненти. Освен това, твърдостта на материала може да повлияе и на скоростта и ефективността на процеса на обработка. Тъй като по-твърдите материали може да изискват по-ниски скорости на рязане или по-мощни режещи инструменти.
Повърхностно покритие
Повърхностното покритие влияе върху производителността и външния вид на крайния обработен продукт. Например, детайл с грапаво повърхностно покритие може да изпитва по-голямо триене, което може да доведе до преждевременно износване и повреда. От друга страна, детайл с гладко повърхностно покритие ще има по-малко триене, което води до подобрена производителност и по-дълъг живот. Освен това, повърхностното покритие играе важна роля и в естетиката. Полираното повърхностно покритие може да подобри външния вид на детайла и да го направи по-привлекателен за клиентите.
Следователно, при избора на материали за CNC обработка е важно да се вземат предвид изискванията за повърхностна обработка на крайния продукт. Някои материали са по-лесни за обработка до гладка повърхност от други. Например, метали като алуминий и месинг са сравнително лесни за обработка до гладка повърхност. За разлика от тях, материали като въглеродни влакна и фибростъкло могат да бъдат по-трудни за обработка и постигането на гладка повърхност може да изисква специализирани инструменти и техники.
Естетика
Ако вашият проект за CNC обработка е предназначен да произведе продукт, който ще се използва във висок клас търговски обекти, естетиката ще бъде важен фактор. Материалът трябва да бъде визуално привлекателен, с атрактивна текстура, цвят и повърхностно покритие. Той също така трябва лесно да се полира, боядисва или довършва, за да се постигне желаният вид.
Освен това, в индустрии като автомобилната и аерокосмическата индустрия, естетиката може да бъде индикация за качеството на продукта и вниманието на производителя към детайлите. Това е особено важно при луксозните автомобили, където потребителите плащат по-висока цена за висококачествени материали и покрития.
Приложение
Крайното приложение на продукта е крайният фактор, който взема решение. Гореспоменатите фактори съставляват малка част от всички причини, които човек трябва да вземе предвид, преди да финализира CNC материала. Други фактори, обусловени от приложението, могат да включват практически съображения като обработваемост на материала, химическа реактивност, адхезия, наличност на материала, експлоатационен живот и др.
Когато става въпрос за избор на подходящи материали за CNC обработка, предназначението на готовия продукт е ключов фактор, който трябва да се вземе предвид. Различните материали имат различни свойства, като твърдост, якост на опън и пластичност. Тези свойства влияят върху това как даден материал се държи при специфични условия и определят пригодността му за различни приложения.
Например, ако готовият продукт е предназначен за употреба във високотемпературна среда, материали като алуминий или мед биха били по-добър избор поради високата им топлопроводимост и устойчивост на топлинни повреди.
Бюджет
Бюджетът е важен фактор, който трябва да се вземе предвид по няколко причини. Първо, цената на материала може да варира значително в зависимост от вида и необходимото количество. Докато някои висококачествени метали може да са скъпи, пластмасите или композитите могат да бъдат по-достъпни. Определянето на бюджет за материали ще ви помогне да стесните възможностите си и да се съсредоточите върху материали в рамките на вашия ценови диапазон.
Второ, разходите за обработка с ЦПУ могат да бъдат скъпи и отнемащи време. Цената на обработката зависи от вида на материала, сложността на детайла и необходимото оборудване. Изборът на материали, които са по-евтини за машината, може да намали общите производствени разходи.
И накрая, изборът на материали, които са в рамките на вашия бюджет, може да повлияе на качеството на крайния продукт. По-евтините материали могат да бъдат по-склонни към дефекти или по-малко издръжливи от по-висококачествените материали. Следователно, определянето на бюджет и изборът на материали с по-високо качество в рамките на бюджета ще гарантира, че крайният продукт е едновременно издръжлив и с високи стандарти.
Най-добрите материали за проекти с CNC обработка
Сега нека преминем към следващата част от нашата дискусия: видовете материали за CNC обработка. Ще обсъдим подробно обикновените метали и пластмаси. По-късно ще насочим вниманието си към някои по-малко известни CNC материали.
Метални CNC материали
Металите са най-разпространеният материал сред CNC обработваните части. Те предлагат широк спектър от благоприятни свойства, като висока якост, твърдост, термична устойчивост и електрическа проводимост.
Алуминий (6061, 7075)
Алуминият е широко считан за един от най-универсалните и ценни материали в CNC обработката. Той има изключително съотношение якост-тегло, леко тегло, устойчивост на корозия и поразителен сребрист вид. Поради това алуминият е силно желан за употреба в голямо разнообразие от приложения. Освен това, неговите благоприятни термични и електрически свойства го правят идеален за употреба в редица електронни и термични приложения.
В сравнение с други CNC метали, като титан и стомана, алуминият е сравнително лесен за обработка, което го прави популярен избор за производителите. Трябва да се отбележи обаче, че алуминият не е най-евтиният наличен материал. И е по-скъп от някои други материали, като например неръждаема стомана.
Висококачествените алуминиеви марки 6061 и 7075 са особено популярни за употреба в аерокосмически рамки, части за автомобилни двигатели и леко спортно оборудване. Универсалността на алуминия обаче означава, че той се използва в много други индустрии и приложения, включително строителство, опаковки и потребителска електроника.
Неръждаема стомана (316, 303, 304)
Неръждаемата стомана се предлага в множество видове. Като цяло обаче тя притежава висока якост и жилавост, устойчивост на износване и корозия, и има лъскав вид като алуминий. Освен това е сред металите със среден ценови диапазон. Въпреки това, тя е труден за обработка с CNC материал поради своята твърдост.
316 SS е полезна в морски приложения, медицинско оборудване и външни заграждения, благодарение на способността си да издържа на топлина и корозия. 303 и 314 имат сходен състав и като цяло са по-евтини и по-лесни за машинна обработка от 316. Основното им приложение включва крепежни елементи (болтове, винтове, втулки и др.), автомобилни части и домакински уреди.
Въглеродна стомана и легирана стомана
Въглеродната стомана и сродните ѝ сплави предлагат отлична якост и обработваемост, което ги прави идеални за употреба в много приложения. Те са съвместими и с различни процеси на термична обработка, което допълнително подобрява механичните им свойства. Освен това, въглеродната стомана е сравнително евтина в сравнение с други метали, обработвани с ЦПУ.
Струва си да се отбележи обаче, че въглеродната стомана и нейните сплави не са по своята същност устойчиви на корозия, за разлика от материали като неръждаема стомана или алуминий. Освен това, грубият им вид може да не е подходящ за естетически приложения.
Въпреки това, въглеродната стомана и нейните сплави имат множество практически приложения, включително механични крепежни елементи и структурни елементи като греди. Въпреки ограниченията си, тези материали остават популярен избор за много промишлени и производствени приложения поради своята здравина, достъпност и обработваемост.
Месинг
Месингът е универсален метал, известен с отличната си обработваемост, устойчивост на корозия, както и с топло- и електрическа проводимост. Той се отличава и с атрактивен външен вид благодарение на съдържанието на мед, както и с отлични свойства на повърхностно триене.
Месингът намира множество приложения в различни индустрии. Например, той се използва често в потребителски продукти, крепежни елементи с ниска якост, водопроводни и електрически устройства. Неговите свойства го правят идеален избор за производство на компоненти, които изискват издръжливост и здравина, като същевременно запазват естетическа привлекателност.
Мед
Медта е известна с отличната си електрическа и топлопроводимост. Въпреки това, обработката ѝ може да бъде трудна поради високата ѝ ковкост. Това може да причини трудности при генерирането на стружки по време на CNC обработка. Освен това, медта е склонна към корозия, което може да е проблем в определени среди.
Въпреки тези предизвикателства, медта се използва широко в различни индустрии, включително електрически кабели, магнитни продукти и производство на бижута. Отличните ѝ свойства на проводимост я правят идеален избор за електрически и електронни приложения, докато ковкостта и естетическата ѝ привлекателност я правят популярен избор в бижутерската индустрия.
Титан
Титановите сплави са известни с изключителното си съотношение якост-тегло, което ги прави едновременно леки и здрави. Те са устойчиви на корозия и имат добра топлопроводимост. Освен това титанът е биосъвместим, така че е подходящ за биомедицински приложения.
Въпреки това, използването на титан има някои недостатъци. Той има лоша електрическа проводимост и е труден за обработка. Обикновените HSS или по-слаби карбидни режещи инструменти не са подходящи за обработката му, а и е скъп материал за използване в CNC производството.
Въпреки това, титанът е популярен материал за CNC обработка, особено за високопроизводителни аерокосмически части, военни компоненти и биомедицински продукти като импланти.
Магнезий
Магнезият е метал, който съчетава здравина с ниско тегло. Отличните му термични свойства го правят идеален за употреба във високотемпературни среди, като например в двигатели. Леката му конструкция позволява производството на по-леки и по-икономични превозни средства.
Магнезият обаче е известен и със своята запалимост, което може да го направи проблем за безопасността в определени приложения. Освен това, той не е толкова устойчив на корозия, колкото някои други метали, като алуминий, и може да бъде по-скъп за машинна обработка.
Пластмасови CNC материали
Сега ще обсъдим CNC пластмасите. Въпреки че повечето пластмасови материали не са машинно обработваеми поради ниската си твърдост и точки на топене, ние сме избрали малката група, която има широкообхватни CNC приложения.
Ацетал (POM)
Ацеталът е изключително универсална CNC пластмаса с редица желани свойства. Той се отличава с отлична устойчивост на умора и удар, прилична здравина и ниски коефициенти на триене. Освен това е силно устойчив на влага, което го прави отличен избор за употреба във влажни среди.
Едно от ключовите предимства на ацетала е неговата твърдост, която го прави лесен за машинна обработка с голяма точност на размерите. Това го прави популярен избор за употреба в прецизни компоненти като лагери, зъбни колела и клапани. Благодарение на отличните си механични свойства и високата устойчивост на фактори на околната среда, ацеталът е надежден избор за различни индустрии, като автомобилостроенето, аерокосмическата промишленост и производството на потребителски стоки.
Акрил (PMMA)
Акрилът е често използван материал, който може да служи като заместител на стъклото поради своите желани свойства. Той има добра твърдост и оптична прозрачност, което позволява използването му в приложения, където са необходими прозрачни повърхности. Акрилните компоненти предлагат атрактивна и функционална алтернатива на стъклото, с добра оптична прозрачност и висока степен на издръжливост.
Въпреки че акрилът има някои ограничения, като например податливостта му на напукване и термично омекване, той остава популярен материал за CNC обработка поради своята гъвкавост и лекота на използване. С възможността да създава прецизни, висококачествени компоненти, акрилът е отличен избор за широк спектър от приложения. Лещи, прозрачни корпуси, контейнери за съхранение на храна и декоративни елементи са само няколко примера.
Поликарбонат (PC)
Поликарбонатът (PC) е популярен пластмасов материал, използван за CNC обработка, благодарение на уникалния си набор от свойства. Той е силно прозрачен, което го прави идеален материал за употреба в продукти, които изискват прозрачност, като например предпазни очила, медицинско оборудване и електронни дисплеи. Освен това, той има добра устойчивост на топлина, така че е подходящ за употреба при високи температури.
Въпреки това, чувствителността му към надраскване и липсата на UV устойчивост могат да ограничат употребата му в определени приложения. Продължителното излагане на слънчева светлина може да доведе до пожълтяване и крехкост. Това може да ограничи употребата му на открито, освен ако не е модифициран с UV стабилизатори.
Едно от често срещаните приложения на PC е в производството на предпазни очила и предпазни шлемове за лице, където неговата удароустойчивост и прозрачност го правят идеален избор. PC се използва и в производството на автомобилни части, електронни компоненти и медицински изделия.
Полипропилен (PP)
Полипропиленът е универсален полимер с множество предимства, включително висока химическа устойчивост и якост на умора. Той е и материал с медицинско качество и осигурява гладка повърхност при CNC обработка. Едно от ограниченията му обаче е, че не може да издържи на високи температури, тъй като е склонен да омекне и да се надраска по време на рязане, което го прави леко труден за машинна обработка.
Полипропиленът остава популярен избор за различни приложения. Отличните му свойства го правят подходящ за производство на зъбни колела и медицински продукти.
ABS
ABS е високоефективен пластмасов материал, който е подходящ за CNC обработка поради отличната си обработваемост, якост на опън, удароустойчивост и химическа устойчивост. Освен това, той може лесно да се оцветява, което го прави идеален за приложения, където естетиката е важна.
ABS обаче не е подходящ за употреба в среда с висока температура и не е биоразградим. Освен това, при изгаряне отделя неприятен дим, което може да е проблем в CNC цех.
ABS има много приложения и се използва често в 3D печат и шприцване, често с последваща обработка с помощта на CNC машинна обработка. Често се използва за създаване на автомобилни компоненти и защитни корпуси, както и за бързо прототипиране.
Найлон
Найлонът е универсален материал с отлична якост на опън, твърдост и устойчивост на удар. Може да се използва в различни композитни форми, като например найлон, подсилен със стъклени влакна, и има превъзходни повърхностни смазочни свойства. Не се препоръчва обаче за употреба във влажна среда.
Найлонът е особено подходящ за приложения, които изискват защита от сили на триене. Това включва компоненти като зъбни колела, плъзгащи се повърхности, лагери и зъбни колела. Със своите превъзходни якостни и смазочни свойства, найлонът е популярен избор за много промишлени и спортни продукти.
UHMW-PE
UHMWPE е популярен материал поради изключителните си свойства, включително висока твърдост, устойчивост на износване и износоустойчивост, както и дълготрайност. Термичната му нестабилност по време на машинна обработка обаче го прави труден за машинна обработка.
Въпреки трудността си при обработка, UHMWPE е отличен материал за CNC обработка на плъзгащи повърхности в лагери, зъбни колела и ролки. Неговите изключителни свойства го правят идеален за приложения, където се изисква висока износоустойчивост и издръжливост. При правилна обработка, UHMWPE може да осигури отлична производителност и по-дълъг живот в сравнение с други материали.
Други материали
CNC обработката обикновено използва метали и пластмаси, но може да работи и с много други материали, включително изброените по-долу.
Пяна
Пяните са вид CNC материал, който се характеризира с твърдо тяло с кухини, запълнени с въздух. Тази уникална структура придава на пенните материали разпознаваема форма и забележителна лекота. Някои видове пяни с висока плътност, като полиуретанова пяна и стиропор, могат лесно да се обработват машинно поради своята твърдост, здравина, лекота и издръжливост.
Леката природа на пяните ги прави отличен вариант за защитни опаковки. Универсалността им при машинна обработка в различни форми и размери ги прави еднакво полезни за създаване на декоративни предмети. Освен това, изолационните им свойства ги правят популярен избор за топлоизолация в сгради, хладилни агрегати и други приложения, където контролът на температурата е важен.
Дърво
Дървото е широко използван материал за CNC обработка поради лесната си обработка, добрата си здравина и твърдост, както и широката гама от налични видове. Освен това, дървото е органично съединение и няма отрицателно въздействие върху околната среда. Поради своята гъвкавост и естетическа привлекателност, дървото е популярен избор за мебели, домашен декор и проекти „Направи си сам“.
Въпреки това, обработката на дървесина генерира голямо количество прах, което може да представлява риск за здравето на работниците. Ето защо е важно цеховете за обработка на дървесина да разполагат с подходящи системи за управление на стружките.
Композити
Композитните материали са материали, съставени от два или повече компонента, които са свързани помежду си със свързваща среда. Често срещани композитни материали, използвани в CNC обработката, включват въглеродни влакна, шперплат, фибростъкло и други. Тези материали намират приложение в различни индустрии, като автомобилостроенето, авиацията, спорта и медицината.
Обработката на композити може да бъде доста трудна поради няколко фактора. Съставните материали в композитите могат да имат различни механични свойства и форми, като например влакна, парчета или плочи. Нещо повече, самата свързваща среда може да има уникални свойства, които трябва да се вземат предвид по време на процеса на обработка.
Не забравяйте да вземете предвид потенциалните CNC материали
Богатото разнообразие от материали за CNC обработка понякога може да причини повече объркване, отколкото полза. Често срещан проблем е да се пренебрегват потенциални CNC материали освен конвенционалните метали и пластмаси.
За да ви помогнем да видите по-голямата картина, докато проектирате за производство, по-долу е даден кратък списък с точки, които трябва да имате предвид, преди да финализирате материалите за вашия проект!
Изберете неметални материали: Има няколко случая, в които неметалните материали са равностойни заместители на металите. Твърдите пластмаси като ABS или UHMW-PE са твърди, здрави и издръжливи, например. Композитни материали като въглеродни влакна също се рекламират като превъзхождащи много от най-добре представящите се метали.
Помислете за фенолите: Фенолите са вид рентабилен композитен материал с висока твърдост и повърхностни свойства. Те са лесни за машинна обработка и могат да се режат с невероятно високи скорости, спестявайки време и пари.
Познаване на различните пластмаси: Познаването на пълното портфолио от пластмасови материали за CNC обработка е задължително умение за дизайнерите. CNC пластмасите са евтини, лесни за обработка и се предлагат в разнообразна гама от свойства, които не могат да бъдат пренебрегнати.
Изберете правилния между различните видове пяна: Позовавайки се на горния раздел за пяната, бихме искали да подчертаем, че тя има голям потенциал като CNC материал. Дори някои компоненти на CNC машини вече се изработват от метална пяна! Проучете различните CNC пяна, за да видите коя е най-подходяща за вашите приложения.
Различни проекти и материали за CNC обработка, един източник
Проектирането за производство е ключов аспект на съвременната индустрия. С напредването на материалознанието, CNC обработката става все по-зависима от внимателния подбор на материали. В Guan Sheng ние сме специализирани в услуги за CNC обработка, включително CNC фрезоване и струговане, и предлагаме широка гама от материали, от търсени метали до висококачествени пластмаси. Нашите 5-осни възможности за обработка, съчетани с нашия опитен екип, ни позволяват да предоставим несравнима прецизност и качество на нашите клиенти.
Ние сме отдадени на предоставянето на изключително обслужване на клиентите си и сме ангажирани да помагаме на нашите клиенти да намалят разходите и да постигнат целите си. Нашият технически екип е на разположение, за да ви помогне при избора на най-добрите материали за вашия проект и може да ви предостави безплатни експертни съвети. Независимо дали имате нужда от персонализирани CNC машинно обработени части или имате предвид конкретен проект, ние сме тук, за да ви помогнем на всяка стъпка от пътя.
Време на публикуване: 07 юли 2023 г.