CNC 加工プロジェクトに適した材料の選択

コンピュータ数値制御 (CNC) 機械加工は、複雑な部品の中規模から大量生産に最適な、汎用性の高い高精度の従来の製造プロセスです。 CNC 機械加工はサブトラクティブ プロセスです。つまり、アディティブ マニュファクチャリング方法で見られるように、材料を徐々に堆積させるのではなく、マシンが材料の固いブロックを削り取って完成品を作成します。 CNC 機械加工により、メーカーは特定の用途向けの試作品と耐久性のある部品を迅速に作成できます。

材料の選択は、あらゆる製造プロセスにおいて非常に重要な部分ですが、エンジニアと製品チームは、CNC 加工用の材料を選択する際に特に注意を払う必要があります。このプロセスは、金属からグラスファイバー、木材に至るまで、さまざまな素材と互換性があるため、プロジェクトに十分な素材を誤って選択してしまいがちです。この記事では、CNC 加工材料の選択に関する重要な考慮事項に触れ、いくつかの一般的なオプションの概要を説明します。

CNC 加工材料を選択する際の重要な考慮事項

材料の選択の詳細に入る前に、製品チームはまずプロジェクトの要件を把握する必要があります。次の 4 つの質問を検討することから始めます。

1.部品はどのように使用されますか?

エンジニアは、部品の最終用途と使用場所を考慮する必要があります。これらの要因は、材料の選択に大きな影響を与えるからです。たとえば、ステンレス鋼と炭素鋼はどちらも CNC 加工に適していますが、ステンレス鋼だけが本来耐食性があります。ここで間違った種類の鋼を選択すると、部品の寿命が短くなります。 FDA、FAA、および業界固有の規制も念頭に置く必要があります。

2.体重は重要ですか?

部品を軽量にする必要がある場合 (自動車および航空宇宙用途の製造では一般的な要件)、利用可能な低密度金属オプションが多数あります。メーカーは、強度を犠牲にしても構わないと思っている場合は、重量を抑えるために ABS のようなプラスチックの使用を検討することもできます。

3.部品に高い強度または耐熱性が必要ですか?

強度はさまざまな方法 (引張強度、耐摩耗性など) で測定できるため、エンジニアはどのような強度がどの程度重要であるかを判断する必要があります。これらのパラメーターは、実行可能な材料のプールのサイズに影響を与えます。同様に、温度要件は特定の材料を最初から除外します。エンジニアは、ほぼすべての材料が温度変化に応じて膨張または収縮するため、パーツが変動する温度にさらされるかどうかについても考慮する必要があります。

4.プロジェクトの予算は?

材料費はほとんどの場合、材料の選択に影響します。ほとんどの製品チームの目標は、費用を最小限に抑えながら、必要な材料特性と性能を最大化する材料を選択することです。このプロセスでは比較的大量のスクラップ材料が生成されるため、CNC 機械加工に関しては、材料費が特に重要です。特殊金属などの一部の材料は非常に高価であり、スクラップ材料の出力を考慮すると、プロジェクト全体の費用対効果に大きな影響を与える可能性があります。エンジニアは、最終決定を下す前に予算を慎重に評価する必要があります。

5 つの一般的な CNC 加工材料

機械加工に十分な硬さの金属やプラスチックなど、あらゆる材料を CNC 製造に使用できるため、製品チームは選択の余地がありません。この短いリストは、今日の CNC 製造で使用される最も一般的な材料の一部を簡単にまとめたものです。

1.アルミニウム

アルミニウム合金は、大量の機械加工が容易で、強度と重量の比率が高く、熱伝導率と電気伝導率が高いです。また、腐食に対して自然に耐性があります。アルミニウム 6061 は、CNC 加工によく使用される汎用アルミニウム合金です。通常、自動車部品、自転車部品、スポーツ用品、その他の娯楽用品に含まれています。この材料は非常に機械加工が可能です。ただし、他の金属よりも高価になる可能性があり、塩水や特定の化学物質の存在下では十分に持ちこたえられません.アルミニウム 7075 は 6061 からのステップアップです。航空宇宙フレームや高性能レクリエーション機器に最適で、市販されているアルミニウム合金の中で最も強度が高いです。

2.ステンレス鋼

ステンレス鋼合金は強く、歪み、摩耗、腐食に強いです。 303 ステンレス鋼には、機械加工性を向上させるために硫黄が含まれていますが、この材料にはエンジニアが留意しなければならない多くの制限があります。

303 は冷間成形、熱処理、または溶接することはできず、CNC 製造中の速度/送りおよび切削工具の鋭さには特別な注意を払う必要があります。そうは言っても、303 は優れたナット、ボルト、非船舶グレードの継手、シャフト、およびギアを製造します.

304 ステンレス鋼は、その靭性で知られる非磁性の CNC 機械加工用の汎用鋼です。 303 のように機械加工が容易で耐食性に優れていますが、溶接も可能です。 304 は、幅広い民生用および産業用アプリケーション、キッチン アクセサリ、タンクとパイプ、建築物などに適しています。 316 ステンレス鋼は、モリブデンの添加により、304 または 303 よりもさらに耐食性があります。強度があり、溶接可能で、数少ないマリン グレードのステンレス鋼の 1 つです。

見た目だけでステンレス鋼を見分けることは不可能であるため、エンジニアは原材料をテストして、使用している鋼の特性を確認する必要があります。

3.炭素鋼

炭素鋼 1045 は炭素鋼のマイルド グレードです。ほとんどのステンレス鋼よりも安価ですが、より強くて丈夫であるため、製造業者はこの材料を機械加工することがよくあります。 1045 は機械加工が容易で、溶接可能で、さまざまな硬度を実現するために硬化または熱処理することができます。

この材料は、ナット、ボルト、ギア、シャフト、コネクティング ロッド、およびその他の強力で小さい機械部品に最適です。 1045 は建築用途にも使用できますが、錆や腐食を防ぐために表面処理が必要です。

4.チタン

高い強度、靭性、および耐食性で知られるチタンは、最も要求の厳しい航空宇宙、軍事、および産業用途の部品の製造によく使用されます。この材料は生体適合性もあり、医療機器製造での使用に適しています。

しかし、チタンは市販されている他のどの金属よりも高価であり、研磨が不十分で、電気の伝導性が低い.エンジニアは、チタンは機械加工が難しく、特別なカッターが必要であることにも注意する必要があります。

5.ナイロン

ナイロンは多目的の低摩擦熱可塑性樹脂で、CNC 製造部品の金属の代替としてよく使用されます。この素材は硬く、強く、耐衝撃性、耐薬品性に​​優れていますが、驚くほど伸縮性があります。ナイロンは添加剤やフィラーによく反応するため、エンジニアはこの材料を自由に操作して、目的の特性を実現できます。

ナイロンの一般的な用途には、電気成形、燃料システム コンポーネント、ギア、食品包装、布などがあります。ただし、ナイロンは湿気を吸収しやすいため、パーツの寸法安定性に悪影響を及ぼす可能性があります。

材料の選択に関する専門家のアドバイスを利用

これは完全なリストではありませんが、CNC 機械加工が、問題の部品に最適な材料を選択するためにプロジェクトの要件を徹底的に評価する必要がある、非常に用途の広い製造プロセスであることは明らかです。それでも、コスト、品質、時間の理想的なバランスを達成することは困難な場合があります。

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