CNC加工用メタルオプション

CNC 機械加工用のコンポーネントを設計する場合、多くの場合、金属材料を選択します。そのためには、強度要件、耐薬品性、熱安定性、コストなどを考慮する必要があります。たくさんの素材から選べるので、少し圧倒されるかもしれません。最初に、パーツの最も重要なフィーチャーを定義します。それはどのように機能しますか？どのような環境にさらされるのでしょうか?他のコンポーネントとどのように相互作用しますか?

上記の部品の重要な特性を理解したら、この記事で紹介する硬質金属または軟質金属を処理する前に考慮すべき 6 つの要素を組み合わせてください。適切な金属材料を選択するのに役立つと思います.

金属の機械的性質

さまざまな力が加えられたときの材料の性能によって測定される機械的特性から始めましょう。

考慮すべき金属の主な機械的特性は次のとおりです。

硬度:

硬い素材は、柔らかい素材よりも傷やしわに強くなります。ブッシングなどの摩耗部品には硬質材料が適しています。一部の材料は、後で機械加工して硬化させることもできます。材料が硬化すると、材料特性が変化することに注意してください。たとえば、材料を硬化させると、材料がもろくなる場合があります。部品の表面はコーティングで硬化させることもできます。

次の図は、一般的な金属材料の硬さを単純に比較したものです

https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html からのソース

密度:

アルミニウムの密度は軟鋼よりもはるかに低く、重量は約 3 分の 1 です。材料のグレードによっては、重量で比較すると、アルミニウムは実際にはスチールよりも強い場合があります (強度と重量の比率)。

引張強度:

材料が破損する前に耐えることができる最大応力。 2 つのコンポーネントを接続するブラケットを設計する場合は、これらのコンポーネントがどのように相互作用するかを検討してください。引張強度は、材料が破壊に抵抗する能力を表します。

ダンピング (硬質金属はダンピング能力が低い傾向にあります)

もろさ:

非常に脆い材料は、壊れる前に伸びたり変形したりしません。パーツを継続的に曲げる必要がある場合、脆い材料は適切な選択ではありません。

上記の特性のいずれかがプロジェクトにとって重要である場合は、各材料の実際の特性評価を取得するために調査を行うことをお勧めします.

金属の摩耗と疲労特性

一般に、試作品の適合性と機能を実現するために部品を機械加工する場合、材料の摩耗について心配する必要はありません。強度を確保する必要がある場合、または部品が極端な温度などの環境特性のテストに耐えられるようにする必要がある場合は、材料の選択が非常に重要になります。考慮すべき最も重要な疲労特性を分類してみましょう。

疲労強度と靭性:

これは、特定のサイクル数内で材料が耐えることができる応力です。これらの変更は、最終用途の要件を満たす適切な材料を選択するために広く研究されています。実際、この主題に関する研究によると、金属疲労は、1 箇所または数箇所での繰り返し応力または繰り返し歪みの作用下での材料およびコンポーネントの段階的な局所的で永久的な累積損傷であり、特定のサイクル数の後にクラックまたは突然発生します。完全骨折のプロセス。すべての金属破損の約 90% は、警告なしに迅速に発生するため、通常は比率の平均を使用して疲労強度を測定します。材料を選択する際、部品が複数の応力サイクルに耐えることがわかっている場合は、疲労強度レベルを評価することをお勧めします.

わ 金属部品の作動温度

コンポーネントが動作する環境の動作温度は、考慮すべきもう 1 つの重要な要素です。これは、使用する CNC 材料の融点が動作温度より高くなければならないためです。そうでない場合、部品の構造が変わる可能性があります。さらに、CNC 加工された材料が極端な温度変化に耐えられることを確認する必要があります。一部の素材はこれらの温度変化に耐えることができますが、一部の素材は一定期間使用すると構造が変化する可能性があります

環境サイクル試験には多くのリソースがあります。ほとんどの場合、材料は制御された環境に置かれ、高温と低温、高湿度と低湿度、熱サイクル、および熱衝撃についてテストされます。

–高温耐性金属:チタンとステンレス鋼.

–極度の低温に耐え、低温でも延性を維持できる金属:銅とアルミニウム.

耐クリープ性は、材料が「クリープ」に抵抗する能力として定義されます。これは、高レベルの応力にさらされることにより、固体材料が長期間にわたって変形する傾向を指します。クリープ抵抗が発生するまでに時間がかかるため、材料の標準的な応力限界を超える可能性があることに注意することが重要です。ニッケル、チタン、およびステンレス鋼は、金属に対する最高の耐クリープ性を備えています。

金属の腐食（酸化）耐性

金属と周囲の環境との間の化学反応により、金属の腐食は劣化または酸化です。金属の腐食には多くの理由がありますが、すべての金属が腐食することに注意してください。通常、純鉄は非常に速く腐食しますが、鉄と他の合金を組み合わせたステンレス鋼は非常にゆっくりと腐食します。腐食が心配な場合は、ステンレス鋼が金属として最適です。

ステンレス鋼の別の代替品は、陽極酸化アルミニウムです。この方法は腐食を減らし、非常に耐久性のある仕上げです。ニッケルメッキの軟鋼は、ステンレス鋼を使用するよりも費用対効果が高い場合があります。

金属の熱特性

金属は膨張し、溶け、電気を通すことができます。最も一般的な熱特性は、材料が熱を伝導する能力である電気伝導率です。熱伝導率の高い素材は、熱の伝達に優れています。コンポーネントを冷却用途に使用する場合は、熱伝導率の高い材料に注意を払うことが最善です。

一般的な金属の熱特性は、参考のために以下の表に記載されています。

https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/ からのソース

製造実績

機械加工性とは、材料を切断 (機械加工) することによって容易に変更できることを指します。たとえば、アルミニウムは機械加工が非常に簡単で、他の材料ほど早く工具を磨耗しません。したがって、アルミの加工コストは、加工性の低い材料に比べて「安い」のです。

金属には、最終製品の性能特性を決定するさまざまな材料特性があります。これらの様々な特徴は素晴らしいのですが、原材料費や加工費とのバランスが必要です。たとえば、部品がステンレス鋼として指定されている場合、コストと材料特性が大きく異なるいくつかのグレードのステンレス鋼があることがわかります。さらに、一部のステンレス鋼は他の鋼よりも切断が難しく、CNC 工作機械のコストがわずかに高くなります。