機械加工に最適なCNC材料を選択するためのガイド

CNC機械加工は、多くの材料と互換性のある高精度のプロセスです。適切なCNC機械加工材料は、製造プロセスの効率と機械加工部品の品質と機能に大きな役割を果たします。ただし、多数の中から適切なものを選択するのは難しいかもしれません。

この記事では、プロジェクトに適したCNC材料を選択する方法について説明します。

CNC加工材料選択の3ステップガイド

記事に飛び込む前に、以下はほとんどのCNC機械工が材料を選択するために使用する3ステップガイドの簡単な紹介です。ただし、各ステップについては後続のセクションで詳しく説明するため、これは概要であることに注意してください。

・ステップ1：部品要件に優先順位を付ける

部品要件はCNC機械加工の中核部分であり、使用できる材料のタイプのテンプレートを設定します。一般的な要件には、部品の用途、つまり、部品が使用される環境、軽量、引張強度、予算などの推定特性が含まれます。

・ステップ2：潜在的な材料を特定する

上記の部品要件に基づいて材料に優先順位を付けると、それらのすべてまたはほとんどを満たすことができるいくつかの材料を特定することにつながります。これらの資料のリストを作成してください。

・ステップ3：最も適切な材料を選択する

部品の要件を妥協して、最適な材料を選択してください。たとえば、予算が範囲内にない場合は、機械的性能よりもコストを選択できます。

ステップ＃1：CNC機械加工材料を選ぶときは、部品の要件を考慮してください

以下は、CNC機械加工プロジェクトに適用可能な部品要件の集中的な調査です。

・ パーツアプリケーション

使用するCNC材料が、目的のアプリケーションまたは環境と互換性があることを確認してください。たとえば、海洋環境で使用される構造部品を製造することを目的としたステンレス鋼と炭素鋼を比較してみましょう。どちらの材料も機械加工可能です。ただし、耐食性があるため、ステンレス鋼の方が適しています。通常の乾燥した環境を見ると、炭素鋼はより強く、より耐久性があるため、より適しています。

・ 部品の重量

検討している材料が、用途に基づいて要求された適切な重量を持っていることを確認してください。大きいほど良いという意味ではありません。たとえば、アルミニウムやその他の低密度の材料は、軽量で強度があるため、自動車および航空宇宙産業に強くアピールします。

・ パーツのプロパティ

適切なCNC材料は、機能を失うことなく効果的な機械加工を支援するために必要な特性を備えています。したがって、検討できる部品のプロパティを検討する必要があります。

機械加工性

被削性は、CNC機械加工プロセスとの互換性のある材料を示しています。適切な材料は高度に機械加工可能である必要があり、生産効率の向上と破壊されたCNC部品の削減につながります。アルミニウム、銅、真ちゅう、プラスチックなどの軟質金属は、機械加工性の高い材料です。

硬質金属や金属や炭素繊維などの丈夫なプラスチックは、機械加工性が低くなります。したがって、CNCマシンの切削速度と送り速度を制御する必要があるため、生産性と生産効率が低下します。 。また、チタンの場合のように、金属部品を損傷したり、特別な切削工具を必要としたりする可能性があります。

強さ

金属とプラスチックの強度にはさまざまな尺度があり、プロジェクトに最適な材料を探すときは、次のことを考慮する必要があります。

• 引張強度 ： 引っ張り力に対する材料の抵抗
• 圧縮または耐荷重： 一定の負荷に対する材料の抵抗
• タフネス： 引き裂きに抵抗する材料の能力
• 弾力性： 荷重を取り除いた後、材料が元の形状に戻る能力

作りたい部品の許容強度限界を知り、その限界に共鳴する材料を選択してください。さらに、オンラインにアクセスして、さまざまな材料の強度に関する包括的な技術情報を入手したり、当社の担当者に相談したりすることができます。

耐熱性

耐熱性は、温度変化による機械的特性の変化に耐える材料の能力を示します。選択した材料が、温度変化に応じて不規則に膨張または収縮しないことを確認してください。

耐食性

耐食性とは、部品の故障を引き起こす可能性のある異物に抵抗する材料の能力です。このような異物は水だけにとどまりません。他の例には、オイル、グリース、および酸、塩、アルコールなどの化学試薬が含まれます。したがって、材料の技術データシートを確認して、化学物質への暴露に耐える能力を確認してください。

硬度

材料の硬度は、ピンポイントの表面荷重に耐える能力を示し、CNCマシンが切断できる材料を決定します。硬い材料は、CNC機械のコンポーネントを破壊する可能性があるため、CNC機械加工には適していません。また、特別な切断手順が必要です。たとえば、チタンにはダイヤモンド切削工具が必要です。

耐久強度/制限

それは、応力を吸収する材料の全体的な能力です。たとえば、アルミニウムはその微細構造のために耐久限度がありません。ただし、その合金の耐久限度は引張強度の1/3である必要があります。

・ 寸法公差

寸法公差は、効果的に機能するための機械部品の変動の許容限界です。寸法公差を大きくするには、機械加工性の高い材料が必要です。

厳しい公差で作られた部品は組み立てが簡単です。したがって、自動車や航空に非常に適しています。

また、すべてのCNCマシンには、メーカーに基づいた許容レベルがあります。ただし、平均公差は0.02mmです。公差がわからない場合は、CNC機械加工の標準公差に関する記事をご覧ください。

・ 外観

CNC材料を選択するとき、美学は要件の最前線にありません。ただし、特定の製品、特に消費者向け製品については、考慮する必要がある場合があります。

物理的な外観は、最終部品の滑らかさと色の観点から見ることができます。金属の色の範囲は限られていますが、通常、金属の表面仕上げは滑らかです。プラスチック素材にはさまざまな色があります。

・ プロジェクト予算

CNC機械加工はサブトラクティブプロセスであるため、材料費はCNC材料選択の重要な部分です。つまり、機械はワークピースを削って最終製品を作成します。したがって、プロジェクトの予算は、材料の選択における主要な要素です。支出の範囲内で目的の特性を備えた材料を選択するようにしてください。

ステップ＃2：候補のCNC機械加工材料を特定する

上で強調表示されている部品要件を使用して、プロジェクトに互換性のある材料のリストを作成できるはずです。 CNC加工には、金属、プラスチックなどの3種類の材料が適しています。このセクションでは、3つのタイプ、それらのプロパティ、およびそれらのアプリケーションについて説明します。

・ 金属 CNC機械加工材料

金属は、独特の特性を持つ一般的なCNCフライス盤材料です。プロセスと互換性のある金属の広い範囲があります。以下は、よく知られているオプション、それらのプロパティ、およびアプリケーションです

–アルミニウム

アルミニウム合金は一般に、優れた強度対重量比、熱伝導率と電気伝導率、および耐食性を備えています。ただし、これらの特性のレベルは、アルミニウム合金の種類によって異なります。 。たとえば、6061と7075 アルミニウムの比較は、アルミニウム6061の耐食性が低いことを示しています。材料の特性の多様性を示すアルミニウム合金の他の比較もあります。

アルミニウム合金は、フレームや高性能レクリエーション機器などの部品を製造するために、自動車および航空産業に適用できます

– 真ちゅう

真鍮は亜鉛と銅の合金です。 ブロンズと銅とは異なり 、 摩擦係数が低く、耐薬品性が高く、強度が低い費用対効果の高い材料です。柔らかさから機械加工性に優れています。その結果、真ちゅうは、医療産業（手術器具）、工学、音楽産業（弦）で使用される部品の製造に適用できます。

– ステンレス鋼

ステンレス鋼合金は、腐食、歪み、および摩耗に耐性があります。ほとんどのステンレス鋼合金 ナット、ボルト、シャフト、ギアの製造に使用される303ステンレス鋼シートを除いて熱処理が可能です。もう1つの一般的な合金は、高い被削性、耐食性、および溶接性で知られる304ステンレス鋼です。

ステンレス鋼は、一般的に、外科用工具の製造、自動車および航空産業の医療産業に適用できます。

– 鋼

鋼合金は、高い成形性、溶接性、および機械加工性を備えています。ただし、これらの特性の程度は合金によって異なります。鋼は、歯車やシャフトなど、強力な溶接が必要な材料の製造に適しています。

– チタン

チタンは、高強度、靭性、生体適合性、耐食性を備えています。アルミニウムと比較してほとんどの時間です。 ただし、アルミニウム合金とは異なり、高価で機械加工性が低い（特殊なカッターが必要）。また、溶接性が低いため、多くの機械工はチタンと鋼を比較するときに鋼鋼を好みます。

チタンは、航空宇宙、軍隊、および医療機器の製造で使用されるラピッドプロトタイピング部品の重要な材料です。

– 銅

銅は、高い電気伝導性と耐食性、および熱伝導性を備えています。ただし、酸、ハロゲン、硫化物、アンモニア溶液などの化学物質に対する耐性は低くなります。

銅は、導電性部品の製造には電気産業に、冷却システムや熱交換器の製造には自動車産業に適用できます。

・ プラスチック CNC機械加工材料

プラスチックポリマーもCNC機械加工の一般的な材料であり、その汎用性と美的特性で知られています。以下は、よく知られているオプション、それらのプロパティ、およびそれらのアプリケーションです。

– ABS

ABSプラスチック材料は、耐衝撃性、導電性、耐薬品性に​​優れた熱可塑性樹脂です。射出成形でより一般的ですが、その汎用性によりCNC機械加工に非常に適用できます。

ABSは、自動車部品、玩具、スポーツ用品の製造に適用できます。ただし、他のプラスチックとは異なり、安価であり、高温に長時間耐えることができません。

– ナイロン

ナイロンは、高い被削性、適度な難燃性、高強度を備えたポリアミドポリマーです。これは、絶縁体、ベアリング、ホイール、および家庭用電化製品のケーシングの製造に適しています。

– アクリル

PMMAは、ガラスの代わりに使用される、剛性、透明性、耐傷性、耐衝撃性のある素材です。 CNC用アクリルは、ディスプレイスクリーン、レンズ、透明な筐体、および食品貯蔵庫の製造に適用できます（ビスフェノールAが不足しているため）。ただし、熱変形の影響を受けやすくなっています。

– ピーク

PEEKは、優れた被削性、優れた寸法安定性、耐薬品性、および適切な耐衝撃性を備えた半結晶性ポリマーです。テストソケット、スイッチ、コネクタなどの部品の製造に適用できます。

– PVC

PVCは耐薬品性があり、ほとんどのCNCフライス盤よりも手頃な価格です。住宅産業で水道管やガス管を作るのに適用できます。

・ その他 CNC機械加工材料

金属とプラスチックがより一般的なCNC機械加工材料ですが、他の互換性のあるものがあります。以下は、プロジェクトに適したものです。

– セラミック

セラミックは、もろく、耐熱性、耐食性があることで知られる素材です。したがって、慎重な機械加工が必要です。

その特性の結果として、スペースシャトルのエンジンコンポーネント、タンクの装甲、超伝導体など、耐熱性のあるコンポーネントを作成するために重要です。

– 木

木材（無垢材と合板）は、高い美観と耐摩耗性を備えています。合板はより寸法安定性があります。したがって、高い許容レベルを必要とする製品に適しています。どちらの材料も高価であり、特殊な切削工具が必要になる場合があります。

– 泡

フォームは安価で軽量で、CNC機械加工の試験材料として適した機械加工が容易な材料です。リジッドとカービングの2種類があります。

硬質フォームはより高い断熱値を持っています（-100°から200°Fの温度で機能します）。そのため、フローリングや壁に使用される部品の製造に適しています。また、湿気に耐える必要のある製品の製造にも適しています。

カービングフォームはより高い柔軟性を持っています。したがって、ガスケットやシールなどの製品の製造に適用できます。

– コンポジット

複合材料は、炭素、ガラスなどから作られた合成材料であり、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂で結合されています。それらの化学的構成のために、それらは機械加工性が低い。その結果、それらは機械加工が難しく、多くの場合、ダイヤモンド工具と5軸CNC機械が必要になります。これらは、自動車、航空宇宙、および発電のアプリケーションに適用できます。

ステップ＃3：最適なCNC加工材料の選択

最適なCNC機械加工材料の選択は、想定する製品とその用途によって異なります。入手できる資料はたくさんあるので、適切な資料のリストを作成できるはずです。以下は、最良の材料を選択するために検討できるいくつかのことです。

・非金属材料を検討する

金属が常に最良の選択肢であるとは限りません。一部の非金属材料は、金属のような特性を持っています。たとえば、ポリカーボネートは金属に例えられる非常に強力なプラスチックです。また、軽量で耐久性があり、成形可能です。したがって、プロジェクトが非金属CNC材料でうまくいく場合は、それらを使用してください。

・フェノール類を検討する

フェノール類は、硬く、寸法的に安定しており、電気耐性、耐熱性、および耐薬品性があります。そういうわけで、それらはプロジェクトの特定の規制を順守するための優れたオプションです。

・泡のさまざまな目的を知る

フォームは、軽量、耐久性、剛性があるため、機械加工において非常に重要です。結果として、特に高価な材料を扱う場合は、それらが適切な試験材料になる可能性があります。硬質フォームは高い構造的完全性と安定性を必要とする部品に適しており、カービングフォームは高レベルの断熱材と金型のプロトタイプを必要とする部品に適しています。

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よくある質問

機械加工に最適なアルミニウムは何ですか？

アルミニウム6061-T6は、CNC機械加工の標準グレードと見なされている人気のあるアルミニウム合金です。機械加工性が高く、軽量で、耐食性があり、用途が広いです。自動車および航空産業に適用可能

CNCマシンで切断できる材料は何ですか？

CNCマシンは、アルミニウムやステンレス鋼などの軟質金属、ABS、PEEK、PVCなどのプラスチック、およびフォームやセラミックなどの他の材料を切断できます。

プラスチックと金属のどちらが優れていますか？

どちらの材料にも、さまざまなシナリオで適用できる特性があります。金属は高価で、優れた機能特性を備えています。美学のために、プラスチックはより良いオプションです。これは、金属に美的特性がないという意味ではありません。表面仕上げを使用して、見栄えを良くすることができます。また、多くのプラスチックは、機能特性の点で金属に取って代わることができます。