CNC加工用材料選択ガイド

近年、CNC機械加工の発展に伴い、CNC工作機械部品も発展を続けています。 CNC 機械加工は多くの分野で必要になってきており、これらの分野ではプロジェクト用の特別な部品を製造する必要があります。 CNC 材料は、消費者、エンジニア、請負業者、およびその他の分野のニーズを満たすために拡張され、非常に特殊な用途向けのソリューションを作成しています。最高の製品を完成させるための鍵は、適切な素材を選択することです。

素材の種類も豊富で、用途が全く異なる部品に使用することができます。多種多様な材料があるため、用途に適した材料を選択するのは難しい場合があります。部品に最適な加工材料の種類を絞り込むことで、最適でコストパフォーマンスに優れた材料を選択することができます。材料を選択するときは、次の点を考慮する必要があります。

要因を考慮した材料選択

部品はどのように使用されていますか?

CNC 機械加工は長年にわたって開発されてきたため、CNC 工作機械のコンポーネントも同様に開発されてきました。同じ種類の材料が複数の製品に使用され、さまざまな機能につながる可能性があります。部品は、医療機器、自動車、航空宇宙、機械、または工業生産で使用されていますか?

断熱材を例にとると、呼気分析器を断熱するために使用される材料は、カメラの断熱材を提供するために使用される材料とは異なる場合があります。これらはすべて同じ目的を果たしますが、同じ方法または同じ結果タイプで使用することはできません。屋外または湿気の多い環境で部品を使用する場合は、部品が錆びないように、炭素鋼ではなくステンレス鋼を使用してください。

ストレス負荷

高応力負荷により、一部の材料が変形したり、ひびが入ったりする場合があります。部品の材料を選択するときは、応力負荷を考慮してください。高応力を受ける部品は、応力負荷に耐え、変形を防止するコンポーネントで処理する必要があります。部品に高い応力がかかる場合、その部品で作られた材料には、荷重に耐えて変形を防ぐために必要な要素が必要になります。

寸法公差

寸法公差の重要性を決して過小評価しないでください。材料の選択に役割を果たすだけではありません。また、部品やアセンブリ、切断方法、工具や機械の使用にも影響します。寸法公差は、プロセス全体と収益に影響を与えます。

部品に必要な公差を知る必要があります。古い部品設計またはスケッチを使用していて、過去の方法に従う場合は、公差が適切かどうかを再度確認することをお勧めします。タイプミスはドキュメントに簡単に現れることがあります。情報が正しい場合でも、調整によって公差を緩和し、部品が最高のパフォーマンスを発揮できる場合は、公差を再評価することでコストを節約できます。通常、公差が厳しいと費用が高くなります。

標準の寸法公差がデフォルトで使用されますが、公差を指定しない場合や数値が間違っている場合は、最終的に不適切な部品を注文することになります。サイズ変更や並べ替えには時間がかかりますが、長い目で見れば、この簡単な最初のステップで費用を節約できます。

必要な部品の正確な公差がわからない場合は、根拠のある推測をせずに、プロの CNC 機械加工会社に解決を手伝ってもらいましょう。

動作温度

材料を選択するときは、材料の融点がプロセスの作業温度よりも低くなければなりません。さらに、動作温度の変動があるかどうかを考慮する必要があり、材料は時間の経過とともに反り、変形、または故障することなく温度に耐える必要があります。

これらの変化に耐えるように、より耐久性のある材料が製造されていますが、多くの材料は、時間の経過とともに反り、膨張、および/またはひび割れの兆候を示します.極端な温度は、特定の素材の耐久性に悪影響を及ぼすこともあります.

材料を CNC 加工する場合、この情報を理解することも重要です。これにより、部品の切断および成形によって発生する温度によって部品が変形しないようにすることができます。設計と製造を成功させるには、動作温度と使用される材料との関係を確立することが重要です。

体重とストレス耐性

加工された材料の重量は、部品の使用方法によって異なります。
重い材料は多くの圧力を吸収できます。過度の耐荷重能力と高い応力負荷を必要とするプロジェクトでは、重い材料を考慮する必要があります。ただし、重量に敏感なアイテムには適していません。

軽量素材は、重量に敏感なプロジェクトで人気があります。それらは耐久性があり、使用でき、多くのストレスを吸収できますが、より高価です。軽量素材は多くの製品にとって理想的ですが、コストが重要な要素である場合、最良の選択ではない可能性があります.

重い材料と軽い材料のどちらを選択するかは、CNC 機械加工部品にとってどの機能が最も重要かを示す一例にすぎません。このようにして、部品を適切に機能させるために重要な要素を指定し、これらの基準を満たさない材料を除外して、コストを比較できます。

全体的なコストと材料の製造可能性

最も高価な材料は通常、高強度で軽量な材料です。処理材料を選択するとき、多くの要因が決定を下すのに役立ちます。最も適合性の高い材料を見つけるには、完成品にとって最も重要な特性を優先します。強度曲線、温度制限、および組み立て要件を満たす材料を選択してください。これらの要件を満たさない材料を排除し、材料費を比較して選択します。

一般に、部品に使用する材料が多いほど、コストが高くなります。同様に、特殊な素材や非常に強力な素材 (チタンなど) もコストが高くなります。

無料の見積もりを提供し、最小注文数量がない会社を探すと、コストを削減できます.すべての範囲が縮小されると、より費用対効果の高い材料を使用して、ほとんどのニーズを満たすことができます。

材料選択のガイドライン

SANS は、何百もの金属、合金、プラスチック材料、およびその他のカスタマイズされた材料を要求に応じて処理できます。以下では、最も一般的な材料とその特性について説明します。

メタル

CNC フライス加工で最も一般的な材料タイプの 1 つは金属であり、幅広いオプションもあります。最もよく知られているオプションと、各金属に最適なアプリケーションの概要を見てみましょう。パーツのサイズと形状によっては、材料費がパーツの総価格の大部分を占める場合があります。

アルミニウム

アルミニウムは、おそらく CNC フライス加工で最も広く使用されている材料であり、機械部品や外装部品に最適です。他の金属と比較して、アルミニウムは一般的に他の金属よりも速く処理できるため、最も経済的な方法です。アルミニウム製の部品は、環境にさらされると保護層を形成し、強度と耐食性を高めます。これらの高品質の材料特性を考慮すると、CNC 切削アルミニウムは、自動車、航空宇宙、ヘルスケア、家電産業での使用に非常に適しています。具体的な用途には、航空機の付属品、電子エンクロージャ、医療機器、ギア、シャフトなどがあります。

アルミニウム 6061

これは、強度対重量比が良好で、機械加工性に優れた、最も一般的に使用される汎用アルミニウム合金です。これは、自動車部品、自転車フレーム、スポーツ用品、RC フレームなどに通常使用される、最も一般的な汎用アルミニウム グレードです。

主な合金元素は、マグネシウム、シリコン、鉄です。他のアルミニウム合金と同様に、優れた強度対重量比を持ち、自然に大気腐食に耐性があります。 6061 の欠点の 1 つは、塩水やその他の化学薬品にさらされた場合の耐食性が低いことです。より要求の厳しいアプリケーションでは、他のアルミニウム合金ほど強くありません.

アルミニウム 6082 の組成と材料特性は 6061 に似ています。ヨーロッパでは、英国の規格に準拠しているため、より一般的に使用されています。

アルミニウム 7075

7075はアルミの高級品です。主に亜鉛との合金です。それは最も強いアルミニウム合金の 1 つです。高強度のエンターテイメント機器、自動車および航空宇宙フレームに最適です。鋼の場合、アルミニウム7075は疲労特性に優れ、熱処理により高強度・高硬度を実現できるため、軽量化が不可欠です。ただし、溶接が必要な場合は避けるべきです。

アルミニウム 5083

アルミニウム 5083 は、他のほとんどのアルミニウム合金よりも高い強度と優れた耐海水性を備えているため、建設や海洋用途で一般的に使用されています。これは、溶接にも最適です。

All about CNC Alumunium Machining で、アルミニウム パーツに関する詳細な知識を得る

ステンレス鋼

ステンレス鋼合金は、高強度、高延性、優れた耐摩耗性、耐食性を備え、溶接、機械加工、研磨が容易です。組成に応じて、(本質的に) 非磁性または磁性になります。

ステンレス鋼には多くの種類があります。酸化（さび）を防ぐクロムが含まれていることから、ステンレス鋼と呼ばれています。すべてのステンレス鋼は同じように見えるため、最新の測定機器 (OES 検出器など) を使用して、入ってくる原材料を細心の注意を払ってテストし、使用される鋼の特性を確認する必要があります。

ステンレス鋼 303

303の場合は硫黄も添加。この硫黄は、303 を最も加工しやすいステンレス鋼にするのに役立ちますが、耐食性をある程度低下させる傾向もあります。

303 は、冷間成形 (曲げ) には適しておらず、熱処理もできません。硫黄の存在は、溶接には理想的ではないことも意味します。優れた加工性能を備えていますが、切削工具の速度/送りと切れ味に注意する必要があります。

303 は通常、ステンレス鋼のナットとボルト、継手、シャフト、ギアに使用されます。ただし、船舶用アクセサリーには使用しないでください。

ステンレス鋼 304

これは、優れた機械的特性と優れた機械加工性を備えた最も一般的なステンレス鋼合金です。ほとんどの環境条件と腐食性媒体に耐えることができます。

これは、さまざまな消費者製品や工業製品に見られるステンレス鋼の最も一般的な形態です。通常 18/8 と呼ばれ、18% のクロムと 8% のニッケルを合金に加えることを指し、これはステンレス鋼の最も一般的な形態です。

304 は非常に硬く、非磁性で、機械加工が容易で、通常は耐食性があるため、産業、建設、自動車産業で使用されるキッチン アクセサリ、貯蔵タンク、パイプに非常に適しています。

304は加工しやすいですが、303と違い溶接が可能です。また、ほとんどの通常の (非化学的) 環境での腐食に対してより耐性があります。機械工の場合、加工には非常に鋭利な切削工具を使用し、他の金属で汚染されないようにしてください。

ステンレス鋼 316

これは、304 に似た機械的特性を持つ別の一般的なステンレス鋼合金です。通常、頑丈で溶接が容易なマリン グレードのステンレス鋼と見なされます。この材料は腐食に対して非常に耐性があり、塩溶液 (海水など) に対しては、建設、船舶の付属品、工業用配管、および自動車用途に非常に適しています。

ステンレス鋼 2205

ステンレス鋼 2205二相ステンレス鋼は、ステンレス合金の中で最も強度が高く（一般的なステンレス合金の2倍）、耐食性に優れています。過酷な環境で使用され、石油およびガス産業で多くの用途があります。

17-4 ステンレス鋼

17-4 ステンレス鋼 (SAE 630 グレード) の機械的特性は 304 に匹敵します。(工具鋼と比較して) 高度に析出硬化することができ、優れた耐薬品性を備えているため、非常に高性能な用途に適しています。 、タービンブレードの製造など。

工具鋼

工具鋼は、非常に高い硬度、剛性、耐摩耗性、耐熱性を備えた金属合金です。これらは、ダイ、スタンプ、金型などの製造ツール (名前の由来) を作成するために使用されます。優れた機械的特性を実現するには、熱処理を行う必要があります。

<強い> 工具鋼 D2 は、425°C の温度まで硬度を保持する耐摩耗性合金です。 D2 鋼は、耐摩耗性に優れた空気硬化型の高炭素高クロム工具鋼です。熱処理が可能で、硬度範囲が強いです。 D2 Steel は、簡単に曲げる必要があるが曲げる必要がある部品や製品の製造に理想的な選択肢です。

工具鋼 A2 高温での優れた靭性と優れた寸法安定性を備えた、空気硬化された汎用工具鋼です。射出成形金型の製造に一般的に使用されます。

工具鋼 O1 HRC65の高硬度油焼入れ合金です。一般的にナイフや切削工具に使用されます。

軟鋼

低炭素鋼とも呼ばれ、優れた機械的特性、優れた機械加工性、優れた溶接性を備えています。低コストであるため、機械部品、治具、固定具の製造など、汎用的な用途があります。軟鋼は腐食や化学薬品による攻撃を受けやすい。一般的に使用されるのは

軟鋼 1018

軟鋼1018は、機械加工性、溶接性に優れ、靭性、強度、硬度に優れた汎用合金です。これは、最も一般的に使用される低炭素鋼合金です。

炭素鋼 1045

このタフな素材は低炭素鋼で、通常はステンレス鋼よりも安価ですが、強度は高くなります。材料は、機械加工と溶接を容易にするために硬化および熱処理することができます。ナットやボルト、ギア、シャフト、コネクティング ロッドなど、高い靭性と強度を必要とする産業用途や機械部品で最も一般的に使用されています。建設にも使用されますが、環境にさらされると、通常、防錆のために表面処理が行われます。

軟鋼 A36

低炭素鋼 A36 は、溶接性に優れた一般的な構造用鋼です。さまざまな産業および建設用途に適しています

マグネシウムAZ31

アルミニウムと亜鉛の合金であるマグネシウム AZ31 は、アルミニウムに比べて 35% 軽量化されていますが、強度は高くなります。ただし、この材料は一般的に高価であり、航空機部品によく使用されます。この材料は加工が容易ですが、可燃性があります。

マグネシウムは加工しやすいですが、特に粉末状の場合は非常に燃えやすいため、液体潤滑剤で加工する必要があります.マグネシウムは、耐食性を向上させるために陽極酸化することができます。また、安定性の高い構造材料でもあり、ダイカストに最適です。

軽量で強度が高いため、ラップトップ シェル、電動工具、カメラ ボディなど、住宅の周りでよく使用されます。
チタン

チタンは、その高強度、軽量、靭性、および耐食性で知られています。保護を強化し、外観を改善するために、溶接、不動態化、および陽極酸化することができます。チタンは研磨効果が低く、電気伝導性は低いですが、熱伝導性は良好です。これは加工が難しい素材であり、プロのツールしか使用できません。

この材料は通常、他の金属よりも高価です。地殻に豊富に存在しますが、精製が困難です。軍事、航空宇宙、産業、生物医学のアプリケーションで最も一般的に使用されています。

真鍮

CNC フライス加工で最も単純で費用対効果の高い材料の 1 つとして認識されている真鍮は、銅と亜鉛は安定していますが、強度が十分ではありません。一般的な用途には、医療機器、消費者製品、および電気ハードウェアと接点が含まれます。真鍮は摩擦係数が低く、耐腐食性も高いため、エンジニアリング、配管、蒸気工学、さらには楽器にも使用されます。素材が柔らかく、加工しやすいという特徴から、配管用品、室内装飾品、楽器などに使用されています。

良好な機械加工性と優れた導電性により、低摩擦が要求される用途に最適です。
真鍮 C36000 は、高い引張強度と自然な耐食性を備えた素材です。加工が最も簡単な材料の 1 つであるため、通常、大量の用途に使用されます。

銅

CNC フライス加工材料に関して言えば、銅の導電率を提供する金属はほとんどありません。高い耐食性により、この材料は錆びにくく、熱伝導特性により、CNC 加工中の成形プロセスが容易になります。自動車産業でよく使用されるアプリケーションには、冷却システムや熱交換器のほか、バルブやラジエーターなどのさまざまなエンジニアリング アプリケーションが含まれます。ただし、銅は酸、硫化ハロゲン、アンモニア溶液などの特定の化学物質に対して弱いことを知っておくことが重要です。

プラスチック

金属材料に加えて、SANS の高精度 CNC 機械加工サービスは、いくつかのプラスチックにも対応しています。以下は、CNC フライス加工技術で最も広く使用されているプラ​​スチックの一部です。

ABS

ABS は最も一般的な熱可塑性材料の 1 つで、優れた機械的特性、優れた衝撃強度、高い耐熱性、優れた機械加工性を備えています。

ABS は密度が低いため、軽量用途に非常に適しています。 CNC 機械加工された ABS 部品は通常、射出成形による大量生産の前にプロトタイプとして使用されます。

ナイロン

ポリアミド (PA) とも呼ばれるナイロンは、熱可塑性樹脂の一種です。その優れた機械的特性、優れた衝撃強度、高い耐薬品性と耐摩耗性、および適度な難燃性により、一般的に使用されています。絶縁体、ベアリング、および射出成形に使用される短期製品が含まれます。欠点は、水や湿気を吸収しやすいことです.

POM

POM はデルリンとも呼ばれます。エンジニアリング熱可塑性樹脂であり、プラスチックの中で最高の加工性を備えています。

POM (Delrin) は通常、高精度、高剛性、低摩擦、高温での優れた寸法安定性、および非常に低い吸水性を必要とするプラスチック部品の CNC 加工に最適です。

PTFE

一般にポリテトラフルオロエチレン (テフロン) として知られる PTFE は、優れた耐薬品性と耐熱性を備え、既知の固体の中で最も摩擦係数が低いエンジニアリング熱可塑性樹脂です。優れた電気絶縁体です。ただし、純粋な機械的特性を備えており、コンポーネントのライニングやインサートとしてよく使用されます.

HDPE

高密度ポリエチレン (HDPE) は、強度対重量比が高く、衝撃強度が高く、耐候性に優れた熱可塑性樹脂です。

HDPE は軽量の熱可塑性樹脂で、屋外での使用やパイプライン輸送に適しています。 ABS と同様に、射出成形前の試作品の作成によく使用されます。

ピーク

PEEK は、優れた機械的特性、幅広い温度範囲での熱安定性、およびほとんどの化学薬品に対する優れた耐性を備えた高性能エンジニアリング熱可塑性樹脂です。

PEEK は、重量対重量比が高いため、金属部品の代わりによく使用されます。医療グレードも利用できるため、PEEK は生物医学用途にも適しています。