Популярные материалы для деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ: свойства, обработка, стоимость.

Качество обработки на станках с ЧПУ во многом зависит от выбора материала. Одна и та же конструкция может вести себя совершенно по-разному в алюминии, стали, латуни или пластике, что существенно влияет на механические характеристики, срок службы детали, время обработки и стоимость. В этом руководстве рассматриваются наиболее часто используемые материалы для обработки на станках с ЧПУ, с акцентом на инженерные свойства, обрабатываемость, стоимость и типичные сценарии применения.

Основные критерии при выборе материалов для станков с ЧПУ

Прежде чем сравнивать конкретные оценки, полезно уточнить основные критерии, влияющие на это сравнение. выбор материала для деталей с ЧПУ.

Механические и физические свойства

К основным механическим и физическим параметрам относятся:

• Предел текучести и предел прочности: сопротивление необратимой деформации и разрушению.
• Твердость: сопротивление вдавливанию, износу и царапинам.
• Модуль упругости: жесткость и деформация под нагрузкой.
• Плотность: вес на единицу объема, критически важный показатель для движущихся частей и систем, чувствительных к весу.
• Устойчивость к усталости: поведение при циклической нагрузке.
• Ударопрочность и прочность: способность поглощать энергию без катастрофического разрушения.

Для многих деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, приходится идти на компромисс между прочностью, жесткостью, весом и ударной вязкостью. Высокопрочные стали могут обеспечить очень высокую несущую способность, но также увеличивают вес и трудозатраты на обработку. Алюминий предлагает хороший баланс прочности и низкой плотности. Конструкционные пластмассы могут обеспечить малый вес и отличные фрикционные свойства, но обычно имеют меньшую жесткость.

Химическая и экологическая стойкость

Химические и экологические условия оказывают существенное влияние на выбор материалов:

• Коррозионная стойкость: воздействие влаги, соли, химических веществ или высокой влажности может быть более эффективным для нержавеющих сталей, алюминиевых сплавов с соответствующей обработкой поверхности или некоторых пластмасс.
• Температурные характеристики: для работы в условиях высоких температур могут потребоваться инструментальные стали, высоколегированные стали или высокотемпературные пластмассы; в условиях низких температур хрупкие пластмассы могут быть исключены.
• Устойчивость к ультрафиолетовому излучению и атмосферным воздействиям: для наружного применения могут потребоваться УФ-стабилизированные пластмассы или металлы с соответствующими покрытиями.

Игнорирование условий окружающей среды часто приводит к изменению размеров, преждевременной коррозии или охрупчиванию в процессе эксплуатации.

Обрабатываемость и точность размеров

Обрабатываемость влияет на время цикла, износ инструмента, достижимые допуски и качество поверхности. Типичные аспекты:

• Скорость резания и скорость подачи: определяют производительность и себестоимость обработки.
• Образование стружки: длинные, нитевидные стружки могут затруднить удаление стружки; короткие, сломанные стружки легче удалять.
• Износ инструмента: при работе с более твердыми или абразивными материалами требуется более частая замена инструмента.
• Термические свойства: некоторые пластмассы локально размягчаются под воздействием тепла при резке; некоторые сплавы упрочняют обрабатываемые поверхности.

Материалы с хорошей обрабатываемостью (например, легкообрабатываемые стали или латунь) обычно позволяют получать более жесткие допуски при меньших затратах. Для обработки сложных материалов могут потребоваться специализированный инструмент, охлаждающие жидкости и консервативные параметры резания.

Структура затрат

На общую стоимость детали, изготовленной на станке с ЧПУ, влияют следующие факторы:

Стоимость материала: Цена сырья за кг или за единицу объема, включая потери, связанные с геометрией сырья, и необходимые допуски.

Стоимость обработки: Время работы станка, время настройки, износ инструмента, охлаждающая жидкость и вторичные операции, такие как снятие заусенцев, финишная обработка или термообработка.

Для многих проектов, Время обработки является определяющим фактором стоимости. Дело не только в цене сырья. Немного более дорогой материал, который быстро обрабатывается, может быть экономичнее, чем более дешевый, но сложный в обработке материал.

Сравнительный анализ распространенных материалов для станков с ЧПУ.

В таблице ниже представлен обзор типичных свойств и характеристик распространенных материалов, используемых в станках с ЧПУ. Значения являются ориентировочными диапазонами для распространенных марок в стандартных условиях и не являются расчетными значениями.

Алюминиевые сплавы для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Алюминиевые сплавы входят в число наиболее широко используемых материалов для ЧПУ-обработки, поскольку сочетают в себе низкую плотность, хорошую прочность, отличную обрабатываемость и благоприятную коррозионную стойкость. Они подходят для конструкционных деталей, корпусов, крепежных элементов и многих функциональных компонентов.

Алюминий 6061

Алюминий 6061-T6 — это универсальный, упрочненный осаждением сплав, содержащий магний и кремний.

Типичные механические свойства (температура термообработки Т6, эталонные значения):

Плотность: ~2.70 г/см³

Предел прочности на растяжение: 290–320 МПа

Предел текучести: 240–275 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 8–12%

Модуль упругости: ~69 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~95 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость, как правило, высокая. Материал можно фрезеровать, точить, сверлить и нарезать резьбу с высокими скоростями резания. Качество обработки поверхности обычно хорошее при стандартных условиях. Твердосплавные инструменты. Охлаждающая жидкость помогает отводить стружку и регулировать температуру, но часто не является критически важной для легких резов.

Преимущества деталей, изготовленных на станках с ЧПУ:

Хорошее соотношение прочности и веса, подходит для многих механических применений, где не требуется исключительная прочность.

Обладает хорошей коррозионной стойкостью в типичных атмосферных условиях.

Легко поддается анодированию, что повышает твердость поверхности и улучшает внешний вид.

Стабильное и предсказуемое поведение при обработке.

Типичные области применения:

Рамы и кронштейны машин, корпуса электронных устройств, приспособления и шаблоны, некритичные компоненты для автомобильной и аэрокосмической промышленности, конструкционные и механические детали общего назначения.

Алюминий 7075

Алюминий 7075-T6 — это высокопрочный сплав, в основном легированный цинком. Он часто используется там, где прочность имеет решающее значение, а вес должен быть сведен к минимуму.

Типичные механические свойства (температура термообработки Т6, эталонные значения):

Плотность: ~2.81 г/см³

Предел прочности на растяжение: 510–570 МПа

Предел текучести: 430–505 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 5–11%

Модуль упругости: ~71 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~150 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость средняя. Материал более абразивен, чем 6061, и требует острых инструментов и соответствующих параметров резания. Для обеспечения стабильности качества важно правильное удаление стружки. При использовании подходящего инструмента качество поверхности может быть превосходным. Менее подходит для сложных тонкостенных деталей, если не обеспечена надлежащая поддержка, из-за более высокой прочности и потенциальных остаточных напряжений.

Преимущества деталей, изготовленных на станках с ЧПУ:

По сравнению со многими алюминиевыми сплавами, он обладает очень высоким соотношением прочности к весу.

Хорошая усталостная прочность.

Подлежит анодированию; твердое анодирование может повысить износостойкость поверхности.

Типичные области применения:

Компоненты для аэрокосмической и автоспортивной промышленности, подверженные высоким нагрузкам, конструкционные детали высокопроизводительного оборудования, высокопрочные механические компоненты, где использование стали в качестве основного материала недопустимо.

Другие марки алюминия, обрабатываемые на станках с ЧПУ.

К числу дополнительных сплавов, обычно используемых в станках с ЧПУ, относятся:

Алюминий 2024: высокая прочность и усталостная стойкость, используется в конструкционных элементах аэрокосмической отрасли; более сложные требования к коррозионной стойкости, часто требует защитных покрытий.

Алюминий 5083: обладает превосходной коррозионной стойкостью в морской среде, хорошей свариваемостью; обычно поставляется в состояниях, не требующих термообработки.

Алюминий 6082: похож на 6061, популярен в Европе, обладает хорошей прочностью, свариваемостью и обрабатываемостью.

Углеродистая и легированная сталь для деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ.

Углеродистые и легированные стали выбираются в тех случаях, когда основными требованиями являются высокая прочность, твердость, жесткость и износостойкость. Они обладают превосходными механическими характеристиками по сравнению с алюминием, но тяжелее и, как правило, более сложны в обработке.

Низкоуглеродистая/мягкая сталь (например, 1018, S235, C22)

Низкоуглеродистые стали обычно имеют содержание углерода в диапазоне 0.05–0.25%. Они широко доступны, относительно недороги и обладают хорошей обрабатываемостью в нормализованном или холоднотянутом состоянии.

Типичные механические свойства типичной низкоуглеродистой стали (например, 1018):

Плотность: ~7.85 г/см³

Предел прочности на растяжение: 440–500 МПа

Предел текучести: 250–320 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 15–25%

Модуль упругости: ~210 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~120–170 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость от средней до хорошей. Может подвергаться токарному и фрезерному обработке стандартным инструментом. Качество поверхности в целом приемлемое. По сравнению с обрабатываемыми без механической обработки марками, может потребоваться более тщательный контроль стружки. Легко сваривается, что полезно для узлов, сочетающих сварные и обработанные элементы.

Соображения и ограничения:

Незащищенная низкоуглеродистая сталь легко подвергается коррозии во влажной или агрессивной среде; может потребоваться нанесение покрытий, краски или гальванического покрытия.

Твердость ниже, чем у легированных сталей, поэтому изнашиваемые поверхности могут потребовать закалки.

Типичные области применения:

Конструкционные элементы, рамы машин, валы, кронштейны, приспособления, шестерни для работы в условиях низких и средних нагрузок.

Легкообрабатываемая сталь (например, 12L14)

Обрабатываемые стали содержат такие элементы, как сера, фосфор или свинец, для улучшения обрабатываемости. Например, сталь марки 12L14 обеспечивает очень высокую обрабатываемость при токарной и фрезерной обработке деталей.

Основные черты:

Очень хорошее качество обработки поверхности и шероховатость.

Снижение износа инструмента и сокращение времени обработки.

Обычно используется в крупносерийном производстве, где преобладают затраты на механическую обработку.

Компромиссы:

Сниженная ударная вязкость по сравнению с низкосернистыми сталями.

Применение свинцовосодержащих марок свинца может быть ограничено в соответствии с нормативными актами или экологической политикой.

Легированная сталь (например, 4140, 4130)

Легированные стали, такие как 4140 (хромомолибденовая сталь), обладают высокой прочностью, хорошей ударной вязкостью и износостойкостью. Они часто используются в закаленном и отпущенном состоянии.

Типичные механические свойства стали 4140 QT (значения изменяются в зависимости от степени закалки):

Плотность: ~7.85 г/см³

Предел прочности на растяжение: ~850–1100 МПа

Предел текучести: ~650–950 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 10–18%

Модуль упругости: ~210 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~200–320 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость по сравнению с низкоуглеродистой сталью средняя или низкая. Для более твердых закалок требуются жесткие настройки, соответствующие материалы инструмента (твердосплав с покрытием или лучше), а также оптимизированные подачи и скорости. Часто выбирают предварительно закаленные варианты, чтобы избежать термообработки после обработки.

Типичные области применения:

Шестерни, шпиндели, коленчатые валы, валы, выдерживающие высокие нагрузки, компоненты инструментов и критически важные с точки зрения безопасности механические детали, требующие прочности и износостойкости.

Нержавеющая сталь для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Нержавеющие стали используются там, где необходима коррозионная стойкость наряду с адекватными механическими свойствами. Их обработка может быть сложнее, чем обработка углеродистых сталей, и часто требует оптимизированных процессов и оснастки.

Аустенитная нержавеющая сталь 304

Нержавеющая сталь 304 — широко используемая аустенитная марка, обладающая хорошей коррозионной стойкостью во многих средах.

Типичные свойства:

Плотность: ~7.90 г/см³

Предел прочности на растяжение: 520–750 МПа

Предел текучести: 205–300 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 40–60%

Модуль упругости: ~193 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~150–200 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость материала, как правило, ниже, чем у углеродистых сталей. Материал склонен к упрочнению при обработке, что требует использования острых инструментов, достаточного количества охлаждающей жидкости и правильной скорости подачи. Слишком низкая подача может увеличить упрочнение при обработке и сократить срок службы инструмента. Необходимо планировать контроль стружки.

Преимущества:

Обладает хорошей общей коррозионной стойкостью во многих атмосферах.

Немагнитен в отожженном состоянии.

Хорошая формуемость и свариваемость; Обработка на станках с ЧПУ часто используется для создания высокоточных элементов. и отделка.

Типичные области применения:

Оборудование для пищевой и напиточной промышленности, химическое оборудование (с низким содержанием хлоридов), корпуса, кронштейны, крепежные элементы, декоративная и функциональная фурнитура.

Аустенитная нержавеющая сталь 316

Нержавеющая сталь 316 содержит молибден, что повышает ее устойчивость к хлоридам и многим химическим веществам.

Типичные свойства:

Плотность: ~8.00 г/см³

Предел прочности на растяжение: 515–760 МПа

Предел текучести: 205–300 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 40–60%

Модуль упругости: ~193 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~150–200 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость аналогична стали 304, но, как правило, немного сложнее из-за более высокого содержания легирующих элементов. Рекомендации остаются теми же: острые инструменты, равномерная подача, обильное подача охлаждающей жидкости и жесткая настройка оборудования.

Типичные области применения:

Морская арматура и комплектующие, оборудование для химической промышленности, клапаны и насосы, медицинское и фармацевтическое оборудование, где критически важна коррозионная стойкость.

Мартенситные и дисперсионно-упрочняемые нержавеющие стали

К другим маркам нержавеющей стали, используемым в станках с ЧПУ, относятся:

410, 420 (мартенситные): более высокая твердость, могут подвергаться термообработке для получения износостойких деталей, таких как лезвия и инструменты; обрабатываемость зависит от состояния твердости.

17-4PH (1.4542): марка стали, упрочняемая осаждением, обладающая высокой прочностью и умеренной коррозионной стойкостью; обрабатываемость умеренная; может обрабатываться в состоянии после отжига в растворе или предварительного старения в зависимости от требуемых конечных свойств.

Латунные и медные сплавы для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Латунь и медные сплавы широко используются для изготовления деталей, требующих хорошей электро- или теплопроводности, коррозионной стойкости и отличной обрабатываемости. Они особенно распространены в электротехнической, сантехнической и приборостроительной отраслях.

Латунь (например, латунь C360, легко поддающаяся механической обработке)

Латунь C360 — это свинцовая, легко поддающаяся механической обработке латунь, обладающая очень высокой обрабатываемостью и хорошими механическими свойствами для изготовления многих фитингов и мелких компонентов.

Типичные свойства:

Плотность: ~8.44 г/см³

Предел прочности на растяжение: 350–500 МПа

Предел текучести: 200–350 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 5–30% (зависит от термообработки).

Модуль упругости: ~100–110 ГПа

Твердость по Бринеллю: ~100–160 HB

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость очень высокая. Латунь можно обрабатывать на высоких скоростях с превосходным качеством поверхности и минимальным износом инструмента. Она образует короткую стружку, что делает ее особенно подходящей для высокоскоростной токарной обработки, обработки на винторезных станках и автоматических токарных станках.

Типичные области применения:

Гидравлические и пневматические фитинги, резьбовые вставки, муфты, электрические и электронные разъемы, декоративная фурнитура, компоненты приборов.

Медь

Медь обладает высокой электропроводностью и теплопроводностью и используется там, где эти свойства имеют решающее значение. К распространенным маркам относятся электролитическая медь с высокой вязностью (Cu-ETP) и бескислородная медь (OFHC).

Типичные свойства (Cu-ETP):

Плотность: ~8.94 г/см³

Предел прочности на растяжение: 200–250 МПа

Предел текучести: 70–100 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 20–45%

Электропроводность: ~97–100% IACS

Теплопроводность: ~390–400 Вт/м·К

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость средняя или низкая. Медь склонна к образованию длинных непрерывных стружек и может прилипать к режущим инструментам, особенно при высоких температурах. Важны острые инструменты, подходящие смазочно-охлаждающие жидкости и стратегии измельчения стружки. Для достижения лучших результатов Обрабатываемость, но с определёнными затратами При определении проводимости часто выбираются медные сплавы (например, теллуровая медь).

Типичные области применения:

Шины, сильноточные проводники, клеммы и наконечники, радиаторы и компоненты системы терморегулирования, радиочастотные и микроволновые компоненты, электрические разъемы и контакты, изготовленные на заказ.

Конструкционные пластмассы для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Конструкционные пластмассы широко используются в станках с ЧПУ благодаря малому весу, низкому коэффициенту трения, химической стойкости и электроизоляционным свойствам. Они особенно подходят для изнашиваемых деталей, изоляторов и компонентов, где важны шум и смазка.

Ацеталь (ПОМ, Делрин)

Ацеталь (полиоксиметилен, ПОМ) — это полукристаллический термопласт, обладающий высокой жесткостью, низким коэффициентом трения и хорошей стабильностью размеров.

Типичные свойства (незаполненный POM-C):

Плотность: ~1.41 г/см³

Предел прочности на растяжение: 60–75 МПа

Предел текучести: 55–70 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 20–40%

Модуль упругости: ~2.5–3.0 ГПа

Рабочая температура (непрерывная): приблизительно от −40 °C до +100 °C (зависит от класса).

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость высокая. Полиоксиметилен (ПОМ) хорошо поддается обработке на фрезерных и токарных станках с использованием острых инструментов. Образует короткую стружку и позволяет использовать высокие скорости подачи. Необходимо контролировать нагрев, чтобы избежать локального плавления или деформации, особенно при сверлении или агрессивной резке.

Преимущества:

Низкое трение и хорошая износостойкость в сухих или смазанных условиях.

Обладает хорошей стабильностью размеров и низким влагопоглощением по сравнению со многими другими видами пластика.

Обладает хорошей химической стойкостью ко многим растворителям и видам топлива.

Типичные области применения:

Шестерни, звездочки, втулки, подшипники, ролики, компоненты клапанов, прецизионные механические детали, приспособления, где низкое трение является преимуществом.

Нейлон (ПА6, ПА66)

Нейлон обычно выпускается в виде PA6 и PA66. Он обладает хорошей прочностью и износостойкостью, но имеет более высокое влагопоглощение, чем полиоксиметилен (ПОМ), что влияет на размеры и механические свойства.

Типичные свойства (сухой PA6/PA66):

Плотность: ~1.13–1.16 г/см³

Предел прочности на растяжение: ~60–85 МПа

Предел текучести: ~45–75 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 30–60%

Модуль упругости: ~2.5–3.0 ГПа (в сухом состоянии, уменьшается во влажном).

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость средняя. Нейлон можно обрабатывать быстрорежущей сталью или твердосплавными инструментами. Он относительно мягкий и может деформироваться под действием сил резания; острые инструменты и низкие силы резания помогают поддерживать точность размеров. Контроль температуры и удаление стружки важны, поскольку нейлон размягчается при повышении температуры и может оставлять следы на инструменте.

Особые соображения:

Поглощение влаги приводит к изменению размеров и снижению жесткости. Для обеспечения жестких допусков и стабильных размеров при проектировании и контроле необходимо учитывать условия окружающей среды.

Типичные области применения:

Износостойкие накладки, ролики, направляющие, шумопоглощающие детали, зубчатые колеса в условиях умеренных нагрузок, изоляционные компоненты, где допустима умеренная механическая прочность.

ABS

АБС (акрилонитрил-бутадиен-стирол) — это универсальный термопластик, используемый для изготовления прототипов, корпусов и деталей для легких механических систем.

Типичные свойства:

Плотность: ~1.02–1.06 г/см³

Предел прочности на растяжение: 40–50 МПа

Предел текучести: 35–45 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 10–50% (зависит от марки стали).

Модуль упругости: ~2.0–2.5 ГПа

Характеристики обрабатываемости:

ABS хорошо поддается механической обработке, обеспечивает качественную обработку поверхности и относительно низкий износ инструмента. Он менее стабилен по размерам, чем POM, и может быть склонен к обесцвечиванию под воздействием напряжений или локальному плавлению, если подача и скорость не сбалансированы. Рекомендуются острые инструменты и умеренные параметры резания.

Типичные области применения:

Корпуса и кожухи, крепления для электроники, неконструктивные детали прототипов, крышки и панели, компоненты, требующие легкой обработки или покраски.

PEEK

Полиэфирэфиркетон (PEEK) — это высокоэффективный термопластик с превосходной механической, термической и химической стойкостью. Он используется там, где пластмассы должны выдерживать суровые условия эксплуатации.

Типичные характеристики (ненаполненный PEEK):

Плотность: ~1.30 г/см³

Предел прочности на растяжение: 90–100 МПа

Предел текучести: 85–95 МПа

Относительное удлинение при разрыве: 20–40%

Модуль упругости: ~3.6–4.0 ГПа

Рабочая температура в режиме непрерывной эксплуатации: до ~250 °C (зависит от условий окружающей среды и класса прочности).

Характеристики обрабатываемости:

Обрабатываемость по сравнению с обычными пластмассами средняя или низкая. PEEK более прочный, и необходимо контролировать тепловыделение. Предпочтительны твердосплавные инструменты. Для длительных циклов производства часто рекомендуется использование охлаждающей жидкости. Зажим и опора должны быть достаточными для предотвращения вибрации и деформации.

Типичные области применения:

Компоненты, используемые в химической промышленности, нефтегазовой отрасли, аэрокосмической отрасли и производстве медицинских приборов; высокотемпературные электрические изоляторы; изнашиваемые и уплотнительные компоненты, подвергающиеся воздействию агрессивных сред.

Учет стоимости и времени обработки

Выбор материалов влияет как на стоимость сырья, так и на стоимость обработки. В приведенной ниже таблице обобщены типичные относительные тенденции, не заменяющие анализ затрат, специфичный для конкретного проекта.

Допуски на размеры и качество поверхности в зависимости от материала.

Различные материалы по-разному реагируют на силы резания, температуру и зажим. Эти факторы влияют на достижимые допуски и качество отделки поверхности.

Погрешности

Металлы с высокой жесткостью (сталь, алюминиевые сплавы) обычно допускают более жесткие допуски при тех же условиях крепления, чем более мягкие пластмассы. К распространенным допускам ЧПУ в контролируемых условиях относятся:

Для металлических деталей общего назначения (алюминий, сталь, нержавеющая сталь): типичная погрешность составляет ±0.05 мм, для критически важных элементов — ±0.01–0.02 мм при оптимизированной настройке и использовании оснастки.

Латунь и медь: аналогичны другим металлам, хотя для тонких элементов может потребоваться дополнительная поддержка.

Конструкционные пластмассы (ПОМ, нейлон, АБС): обычно допуск составляет ±0.1 мм; для более жестких допусков требуется контроль температуры, влажности и параметров обработки.

Для получения высокоточных деталей необходимы планирование процесса, стабильное зажимание, терморегулирование и соответствующие стратегии черновой и чистовой обработки (например, с учетом припусков на чистовую обработку и использованием заключительного чистового прохода в стабильных условиях).

Чистота поверхности

Качество обработки поверхности часто определяется с помощью среднеарифметической шероховатости (Ra). Типичные диапазоны шероховатости при обработке на станках с ЧПУ в нормальных условиях:

Алюминий: шероховатость Ra составляет около 1.6–3.2 мкм при стандартном фрезеровании; при тонкой чистовой обработке и полировке возможно значение Ra ниже 0.8 мкм.

Сталь и нержавеющая сталь: Ra около 1.6–3.2 мкм; для более низкой шероховатости можно использовать тонкую чистовую обработку и шлифовку.

Латунь: зачастую более качественная обработка достигается непосредственно после механической обработки, иногда менее 1.6 мкм без дополнительной чистовой обработки.

Пластмассы: качество обработки поверхности в значительной степени зависит от параметров резки и остроты инструмента; полиоксиметилен (ПОМ) обычно обеспечивает гладкую поверхность, в то время как пластмассы, армированные стекловолокном или волокном, могут иметь следы от инструмента и более высокую шероховатость.

Типичные проблемы при выборе материалов для станков с ЧПУ

При выборе возникает ряд повторяющихся проблем. материалы для станков с ЧПУ:

Непредвиденная деформация: тонкостенные детали из алюминия, стали или пластмассы могут деформироваться во время обработки или после снятия зажима из-за внутренних напряжений и сил резания. При проектировании и планировании процесса следует учитывать толщину стенок, наличие ребер жесткости и стратегию зажима.

Преждевременная коррозия: выбор незащищенной углеродистой стали для влажных или наружных условий часто приводит к преждевременной коррозии. Нержавеющая сталь, алюминий с поверхностной обработкой или подходящие пластмассы могут предотвратить это, хотя и по более высокой цене.

Износ инструмента и длительное время цикла: выбор труднообрабатываемого материала (например, закаленной легированной стали или некоторых марок нержавеющей стали) для простых компонентов может непропорционально увеличить стоимость и сроки выполнения заказа.

Нестабильность размеров пластмасс: поглощение влаги (нейлон) или термическое расширение (многие пластмассы) могут привести к тому, что размеры деталей будут отличаться от номинальных в реальных условиях эксплуатации, если при проектировании не учитываются факторы окружающей среды.

Практические рекомендации по выбору материалов для станков с ЧПУ

Для выбора подходящего материала для станков с ЧПУ дизайнеры и инженеры могут руководствоваться определенными структурированными соображениями:

Определить функциональные требования

Прежде чем рассматривать стоимость, определите необходимые характеристики:

Механические нагрузки: статические, динамические, усталостные, ударные.

Условия окружающей среды: влажность, химические вещества, солевой туман, воздействие УФ-излучения, диапазон рабочих температур.

Условия контакта: поверхности скольжения, смазка, трение и износ.

Электрические и тепловые требования: проводимость или изоляция, потребности в отводе тепла.

Сопоставление семейств материалов с требованиями

После того как требования станут ясны, можно будет подобрать соответствующие семейства материалов:

Алюминий: когда необходимы малый вес, средняя или высокая прочность, хорошая обрабатываемость и умеренная коррозионная стойкость.

Углеродистая/легированная сталь: в этих областях критически важны высокая прочность, жесткость и износостойкость, а вес имеет меньшее значение.

Нержавеющие стали: там, где требуется коррозионная стойкость и приемлемые механические свойства, особенно в пищевой, медицинской, морской и химической промышленности.

Латунь и медь: для электрических или тепловых целей, а также в случаях, когда в фитингах и соединителях необходима очень высокая обрабатываемость и хорошая коррозионная стойкость.

Конструкционные пластмассы: для снижения веса, трения, шумоподавления, химической стойкости или электроизоляции.

Учитывайте ограничения по стоимости и производству.

Оцените влияние выбора материалов на:

Наличие сырья и формы его заготовки (плиты, прутки, стержни, трубы).

Время обработки для достижения требуемой геометрии и допусков.

Износ инструмента и затраты на техническое обслуживание при длительных производственных циклах.

Вторичные операции, такие как термообработка, анодирование, гальваническое покрытие или нанесение покрытий.

Проверка с помощью прототипов и тестирования.

Для ответственных деталей испытания прототипов из материалов-кандидатов предоставляют практические данные, выходящие за рамки значений, указанных в технической документации. Испытательные детали следует оценивать по следующим параметрам:

Стабильность размеров после обработки и с течением времени.

Качество обработки поверхности и соответствие сопрягаемым компонентам.

Эксплуатационные характеристики при реальных нагрузках и условиях окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы: Выбор материалов для станков с ЧПУ