CNC 鋼加工:材料、利点、および表面仕上げオプション

スチールは、今日世界で最も使用されている金属の 1 つです。金属のいくつかの利点を考えると、これはまったく驚くべきことではありません。工業的に、メーカーは製品設計の仕様と要件を満たすために、さまざまな金属加工サービスを利用しています。

これらの機械加工サービスの 1 つは、鋼の CNC 機械加工です。この高度に自動化されたプロセスは、鋼部品を製造するための最も用途の広い方法の 1 つです。ただし、鋼の機械加工にはいくつかの要因が関係します。

この記事には、CNC 鋼の機械加工について知っておく必要があるすべてのことと、最良の結果を得るために考慮すべきさまざまな事項が含まれています。

CNC 鋼加工とは

機械加工は、多くの製造工程で不可欠なプロセスです。プロセスが完全に手作業だった時期もありましたが、それは非常に手間と時間がかかりました。現在、機械加工サービスは自動化されており、そのようなアプリケーションの 1 つがコンピューター数値制御 (CNC) 機械加工です。基本的に、CNC 機械加工では、コンピューターを使用して特定のツールの動きを制御し、金属およびプラスチックのストックから設計を形成します。この自動化されたプロセスは、その速度、精度、および生産効率により、製造業界では非常に一般的になっています。CNC 機械加工と互換性のあるいくつかの材料があり、鋼も例外ではありません。実際、CNC 鋼部品は、カスタム機械加工部品および試作品で最も人気のある部品の 1 つです。

CNC 加工用鋼の等級

CNC 機械加工のアプリケーションは、いくつかの材料にまたがっています。プロジェクトに適した素材を選択するのは難しい場合があり、通常はいくつかの要因が関係しています。ただし、使用する材料、この場合はスチールの選択は最初のステップにすぎません。利用可能なさまざまな等級から選択する必要があります。

鋼種の特性は、特定の機械加工プロジェクトでのそれぞれの用途を示しています。最も一般的な等級とその特性の一部を次に示します。

4140 スチール

このグレードは、低クロム、モリブデン、およびマンガンを含む低合金鋼です。この化学組成により、鋼種の強度、延性、靭性が向上します。また、追加されたクロム含有量により、このグレードの耐食性が向上します。

そのため、機械加工性と耐摩耗性に優れているため、多くの産業で使用されています。ただし、4140 鋼は溶接が最も簡単ではなく、前後の熱処理が必要になる場合があります。この等級は、カップリング、スピンドル、ボルト、ナット、および自動車部品の CNC 鋼部品によく見られます。

機械的特性

降伏引張強度 (MPa):655
せん断弾性率 (GPa):80
破断点伸び (%):19
硬度（ブリネル）：197
密度 (g cm-3):7.87

4130 スチール

通常の鋼と比較して、4130 鋼は合金元素のレベルが高くなります。鉄、炭素、クロム、マンガン、モリブデン、リン、シリコン、硫黄で構成されています。これらの要素は、この鋼種の靭性、機械加工性、および熱適合性を担っています。

高い応力に耐える能力があるため、さまざまな建設目的で一般的に使用されています。また、航空機のエンジンマウントにも使用されています。製造業者は、航空機グレードの鋼よりも安価で効果的な 4130 鋼を好むことがよくあります。

4130 鋼は熱処理が容易ですが、溶接は容易ではありません。

機械的特性

降伏引張強度 (MPa):460
せん断弾性率 (GPa):80
破断点伸び (%):20
硬度（ブリネル）：217
密度 (g cm-3):7.87

1018鋼

この鋼種は一般に、鉄、炭素、マンガン、リン、および硫黄からなる軟質炭素鋼と見なされています。

鋼の CNC 機械加工における 1018 鋼の最大のセールス ポイントは、その高い溶接性であり、浸炭 CNC 鋼部品のデフォルトのオプションとなっています。ただし、溶接は浸炭後にのみ行うことをお勧めします。

1018 鋼は、非常に溶接しやすいだけでなく、優れた機械加工性を備えています。これは、鋼の旋削やフライス加工など、CNC 精密機械加工プロセスで使用するための基礎です。実際には、メーカーはタイロッド、スピンドル、シャフト、その他多くの金型部品に使用しています。

この鋼種の主な欠点は、多くの仕上げプロセスとの非互換性と、比較的高価な価格です.

機械的特性

降伏引張強度 (MPa):310
せん断弾性率 (GPa):78
破断点伸び (%):15
硬度（ブリネル）：131
密度 (g cm-3):7.87

1045 スチール

これは、鉄、炭素、ケイ素、マンガン、および硫黄またはリンからなる中炭素鋼です。これは、鉄鋼メーカーが CNC 鋼部品に使用する最も用途の広いグレードの 1 つです。 1045 鋼は強く丈夫で、耐水性が不可欠な多くの CNC 鋼加工プロジェクトでの使用が正当化されます。

さらに、1045 鋼は機械加工と溶接が可能であり、メーカーが鋼を機械加工する際に考慮する重要な要素です。このグレードの用途には、エール、ボルト、ギア、シャフト、およびスタッドが含まれます。基本的に、製造業者は極端な速度を必要とするプロジェクトに好んで使用します。

この鋼種は比較的強いですが、その引張強度と焼入れ性はせいぜい中程度であるため、非常に強い製品に使用することはお勧めできません。

機械的特性

降伏引張強度 (MPa):450
せん断弾性率 (GPa):60
破断点伸び (%):12
硬度（ブリネル）：170
密度 (g cm-3):7.87

1215 スチール

この鋼種には、鉄、炭素、マンガン、リン、および硫黄が含まれています。この鋼種は硫黄含有量が比較的高いため、快削鋼と見なされます。また、自動スクリュー マシン プロセスに使用されるため、多くの人がスクリュー ストックと呼んでいます。

1215 鋼は、機械加工中に小さな切りくずを形成するため、加工率が高くなり、機械への絡み合いが回避されます。ただし、溶接性はあまり高くありません。さらに、炭素含有量が比較的低いため、他の冷間引抜きグレードほど強くありません。

工業的には、重い機械加工が必要な自動プロジェクトに適しています。その用途には、スタッド、ピン、ネジ、カップリング、およびホース フィッティングが含まれます。

機械的特性

降伏引張強度 (MPa):415
せん断弾性率 (GPa):80
破断点伸び (%):10
硬度（ブリネル）：167
密度 (g cm-3):7.87

CNC 鋼部品の利点と課題

スチール部品を正しく加工するには、常に信頼できる結果を得るために、多くの経験とスキルが必要です。扱うのが最も難しい素材の 1 つですが、ティールを使用することで得られるメリットは、多くの場合、課題を上回ります。

メリット

今日入手可能なほとんどの CNC 鋼部品は、機械加工性に優れています。これは、金属を簡単に切断または成形して、適切な結果を得ることができることを意味します。硬さ、エネルギー、馬力、せん断応力などの要因は、鋼の CNC 機械加工の機械加工性に影響を与えます。

機械部品の CNC 鋼加工のもう 1 つの利点は、製品の耐腐食性と耐摩耗性が高いことです。さらに、鋼製部品は一般に多くの表面仕上げと互換性があります。

課題

多くの利点があるにもかかわらず、CNC で鋼部品を加工する場合、いくつかの課題があります。まず、すべてのスチール部品が容易に機械加工できるわけではありません。したがって、これは、幾何学的に複雑なプロジェクトに一部の鋼種を使用することが難しい場合があることを意味します.

さらに、鋼種によって熱に対する感受性が異なります。一部のグレードは、溶融して変形する可能性があるため、熱に大きくさらされる CNC 鋼部品には適していません。

スチール部品の表面仕上げと後処理オプション

表面仕上げはその名の通り、通常の金属部品製造後の工程です。目的は、これらの部品の機能性と美学を向上させることです。ただし、異なる金属には異なる表面仕上げが必要です。

スチール パーツの場合、適用可能な一般的な表面仕上げは次のとおりです。

粉体塗装

パウダーコート仕上げは、スチールの表面に乾燥粉末を堆積させることを含みます。仕上げの厚さは通常 0.15 ～ 0.3 mm です。明白な利点は、CNC 鋼部品の耐腐食性を高めることです。

浸炭

浸炭は金属表面を硬化させます。このプロセスは、一酸化炭素や木炭などの炭素を含む物質の存在下で鋼鉄を加熱することを中心に展開します。硬度に加えて、浸炭は CNC 鋼部品の耐摩耗性も高めます。

ニッケルメッキ

この表面仕上げには、約 0.1 mm のニッケルの薄い層を追加することによって鋼鉄金属を電気めっきすることが含まれます。これにより、スチール部品の腐食や摩耗に対する耐性が向上します。

研磨

研磨は鋼の表面を滑らかにし、凹凸を取り除きます。製造業者は、砥石車を使用してこれを行います。

鋼とアルミニウムの機械加工:違いは何ですか?

CNC 加工が今日広く普及している理由の 1 つは、さまざまな金属やプラスチックとの互換性です。それにもかかわらず、CNC 機械加工で最も一般的な 2 つの材料はスチールとアルミニウムです。多くの場合、メーカーはこれら 2 つのどちらかを選択する必要があります。以下は、CNC スチール加工と CNC アルミニウム加工の比較です。

鋼とアルミニウムの機械加工:機械加工性

機械加工性は、金属の硬度や強度など、さまざまな要因に左右されます。一般に、金属が硬いほど、機械加工性は低くなります。この原則はアルミニウムにも当てはまります。

鋼のブリネル硬度範囲は、アルミニウム (約 15) よりも高くなります (80 ～ 600)。同様に、鋼はアルミニウムよりも高い引張強度と降伏強度を持っています。したがって、鋼はより強力ですが、機械加工性は低くなります。

鋼とアルミニウムの機械加工:速度

アルミニウムは鋼よりも軽いため、機械工はより速いペースで作業できます。また、加熱後、アルミニウムは鋼よりも速く冷却されます。これは、鋼を機械加工する際の製造サイクルが長くなることを意味します。

鋼とアルミニウムの機械加工:コスト

多くの場合、スチールとアルミニウムのどちらを選択するかは、コストにかかっています。これは、両方の材料が特定のプロジェクトに適している場合に特に当てはまります。これらの金属にはさまざまな種類と等級がありますが、スチールの CNC 機械加工は一般にアルミニウムよりもコストがかかります。

どれを選ぶべきですか?

考慮すべき最初の要因は、必要な製品のタイプです。鋼は融点が高いため、高温にさらされる製品に適しています。一方、特に導電性が不可欠な場合、アルミニウムは軽量部品により適しています。

CNC 鋼部品の応用

今日、CNC 鋼部品は、医療、自動車、電子産業など、多くの産業で使用されています。より具体的には、鋼の CNC 機械加工は、医療機器、機械部品、真空圧力容器、ギアに役立ちます。

Wayken のスチール CNC 加工サービス

スチール CNC 部品は、今日のいくつかの業界で一般的です。 CNC 鋼加工の前に、メーカーは鋼種を決定する必要があります。これには、プロジェクトのニーズに合わせてさまざまなプロパティを評価することが含まれます。すべての要因を考慮した上で、高品質の機械加工サービスが重要です。

WayKen には、すべてのスチール CNC 機械加工サービスを処理できる専任の専門家がいます。プロジェクト コンポーネントの精度、品質、手頃な価格を保証します。具体的には、CNC 鋼のフライス加工、旋削、研削、EDM、ワイヤー EDM を扱います。

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