Анализ данных и исследование различных технических характеристик поможет определить, какой материал является наилучшим для обработки на станке с ЧПУ. Вы также должны принимать во внимание то, где вы будете использовать материал, учитывая параметры материала, такие как прочность, пластичность, прочность на растяжение, прочность на изгиб, и другие. Например, если вы делаете деталь для автомобиля, вам нужно выбрать материал, который имеет высокий уровень износостойкости.
На сегодняшний день обработка с ЧПУ остается одним из самых экономически эффективных методов производства деталей машиностроения по индивидуальному запросу, несмотря на достижения в таких технологиях, как 3D-печать.
Вы решили использовать ЧПУ для производства деталей? Если да, то вы, вероятно, сделали отличный выбор, учитывая количество материалов с ЧПУ станком, которые у вас есть в вашем распоряжении, чтобы воплотить в жизнь ваш индивидуальный продукт. Начнем с того, что обработка с ЧПУ - это высокоточный и воспроизводимый производственный процесс, используемый для изготовления прототипов и производственных деталей. Кроме того, это процесс вычитания, который включает отрезание материала от твердого блока с помощью режущих инструментов с компьютерным управлением, таких как сверла, фрезы и резцы. Цена материала это очень важный фактор, который учитываются при расчете стоимости обработки с ЧПУ. Поскольку обработка с ЧПУ - это процесс вычитания, для него обычно требуется больше материала, чем будет в конечном продукте. Производства покупают эти материалы блоками, и они рассчитывают цены за прямоугольный блок.
Эти машины могут работать автоматически, применяя цифровые инструкции, и проектирование начинается в программном обеспечении САПР (автоматизированное проектирование). 3D-модель, созданная с помощью программного обеспечения, определяет требуемые свойства и размеры конечной детали. В результате вы получаете деталь профессионального качества, подходящую для механического использования.
Поскольку пакеты CAD-CAM поставляются в комплекте с некоторыми из этих программ, производство может продолжаться в тех же программах. И не будет необходимости в переводе файлов, если программы CAD и CAM производят одно и то же семейство продуктов. В противном случае вам необходимо импортировать файл САПР.
В результате вы получаете деталь профессионального качества, подходящую для механического использования.
Одним из самых больших преимуществ обработки с ЧПУ является универсальность материала. Это связано с тем, что в этом процессе в качестве сырья могут использоваться алюминий и стальные сплавы, а также широкий спектр цветных конструкционных металлов. Также он используется для резки качественного пластика. Вы можете обрабатывать многие из этих обрабатываемых материалов с ЧПУ с помощью различных вариантов чистовой обработки после обработки. В большинстве случаев такой широкий спектр возможностей обеспечивает такую гибкость. Тем не менее, существует еще одна дилемма, которая возникает из-за того, что в вашем распоряжении так много материалов для обработки с ЧПУ.
Чтобы ваш проект обработки с ЧПУ был оправдан, вы должны знать о большинстве, если не обо всех, материалах, имеющихся в вашем распоряжении. В этой статье будут обсуждаться различные свойства материалов для обработки на станках с ЧПУ, которые следует учитывать, и факторы, которые следует учитывать перед выбором конкретного материала для обработки ЧПУ. Прочтите до конца, чтобы узнать, как без проблем выбрать материалы для вашего проекта с ЧПУ.
Учитывая широкий спектр вариантов материалов для обработки с ЧПУ, весьма вероятно, что для вашего прототипа или производственной работы найдется более одного подходящего материала.
Однако выбор материала для резки с ЧПУ зависит от ваших приоритетов: нужен ли вам металл с исключительными механическими свойствами, например титановый сплав? Или скорость является приоритетом, ведущим вас к более обрабатываемым материалам, таким как алюминий Д16Т или пластик, например, INKUPOM C, Delrin, Celcon, Ramtal, Duracon, Kepital или Hostaform? Вам просто нужен обработанный прототип по самой низкой цене?
Вот примеры контрольного списка вопросов, на которые вы должны ответить, прежде чем выбирать материал с ЧПУ для вашего проекта:
1. Для чего вы будете использовать деталь?
Подобно тому, как обработка с ЧПУ может использоваться для обработки различных материалов, она также применима при производстве различных деталей. По этой причине применение детали, безусловно, является вопросом, который следует ставить в первую очередь при выборе материала для ЧПУ. Это связано с тем, что применение поможет определить свойства, которыми должен обладать используемый материал ЧПУ. Например, деталь, необходимая для выполнения изолирующих функций, будет отдавать предпочтение пластику в качестве материала ЧПУ для производства. Однако металл может быть более предпочтительным в случае прочности на разрыв.
Хотя этот пример кажется слишком упрощенным, большинство материалов для ЧПУ, необходимых для производства деталей, должны обладать рядом механических свойств.
2. Каковы рабочие температуры окружающей среды детали и агресивность среды работы?
Напомню, что в соответствии с действующим ГОСТом по коррозионной стойкости металлы разделяются на шесть групп и оцениваются по десятибалльной шкале, причем при скорости коррозии выше 0,1 мм/год материал считается пониженно стойким. Обычно выбирают материал абсолютно или достаточно стойкий в среде при ее рабочих параметрах и к расчетным толщинам добавляют на коррозию соответствующие прибавки в зависимости от срока службы аппарата. Вместе с тем следует учитывать и другие виды коррозии (межкристаллитную, точечную, коррозионное растрескивание), которым подвержены некоторые материалы в агрессивных средах.
Рабочая температура окружающей среды, в которой будет работать деталь, - еще один важный фактор, который необходимо учитывать перед тем, как сделать окончательный выбор. Это связано с тем, что температура плавления используемого материала ЧПУ должна быть выше рабочей температуры. В противном случае возможно изменение структуры детали. Кроме того, вы должны убедиться, что обрабатываемый материал с ЧПУ может выдерживать экстремальные перепады температур. В то время как некоторые материалы могут противостоять этим температурным изменениям, некоторые могут проявлять структурные изменения в течение периода использования.
Еще одна причина знать устойчивость материала к его рабочей температуре - это знать, может ли он выдерживать тепло, исходящее от операций механической обработки на ЧПУ станке на высоких скоростях обработки.
После этого следующим шагом будет определение возможных материалов, которые могут соответствовать вашему идеалу. Из этого списка вам придется пойти на компромисс в отношении наиболее важных свойств и выбрать материал, обладающий этими свойствами.
Обзор различных материалов для ЧПУ
Однако, если вы хотите заранее составить список потенциальных материалов для обработки с ЧПУ, стоит ознакомиться с имеющимися вариантами.
От универсальных алюминиевых сплавов до специальных конструкционных пластиков - вот некоторые из материалов, совместимых с ЧПУ обработкой:
Алюминиевые сплавы
Алюминиевые сплавы — сплавы, основной массовой частью которых является алюминий. Самыми распространенными легирующими элементами в составе алюминиевых сплавов являются: медь, магний, марганец, кремний и цинк. Реже — цирконий, литий, бериллий, титан. В основном алюминиевые сплавы можно разделить на две основные группы: литейные сплавы и деформируемые (конструкционные). В свою очередь, конструкционные сплавы подразделяются на термически обработанные и термически необработанные.
Радиатор из алюминиевого сплава обработанная на ЧПУ станке
- В95 (США - 7075, A97075, AA7075; DE DIN 3.4365, ЕС - ENAW-7075, ENAW-AlZn5) — самый прочный из наиболее известных сплавов алюминия, всем хорош, но трудно найти,
- Д16Т (США – AA2124 или 2024; DE DIN 3.1355; ЕС – ENAW-2024); — второй относительно хорошо режется, но не варится, существует проблема с прокалом листов начиная с 16мм,
- АМГ5 (АМг5 - US AISI 5056, 5356, 5456; DE DIN 1725 ) — мягче чем первые два, но не намного меньше чем д16т, не закаливается. Если что-то художественное, то лучше обратить внимание на АМГ6. Достать легко, хорошая свариваемость, коррозионная стойкость, гнется, хорошо обрабатывается, не ведет.
Виды алюминиевого проката:
- Листы и плиты. Производятся методом прокатки.
- Ленты. Это алюминиевая фольга на бумажной прокладке, у которой предусмотрен клеевой слой.
- Фольга. Алюминиевые листы толщиной менее 0,2 мм.
- Шины. Полосы прямоугольной формы и большой длины (может достигать 6 м).
- Профиль (универсальный, транспортный, строительный, электротехнический) различные конфигурации.
- Трубы круглые, квадратные, прямоугольные.
Сферы применения материала:
Ввиду высокой прочности, твердости и легкости, сплавы алюминия используется для изготовления различного металлопроката. Он востребован в различных промышленных областях:
- в конструкциях самолетов и судов и космических аппаратов;
- для изготовления деталей для машин и станков;
- для производства обшивки и лонжеронов автомобилей, самолетов, вертолетов;
- для изготовления дорожных знаков и уличных табличек.
Этот металл обладает такими свойствами, как хорошая коррозионная стойкость, отличная обрабатываемость и гальванические свойства. Следовательно, это один из самых популярных материалов для ЧПУ, используемых при обработке. У него хорошее соотношение прочности и веса, а его огромное разнообразие означает, что существует подходящий сплав для большинства проектов механической обработки. Инженеры конструкторы используют алюминий для изготовления деталей для таких отраслей, как аэрокосмическая, строительная, автомобильная и оборонная промышленность.
Нержавеющая сталь
Деталь из нержавеющей стали обработанная на ЧПУ станке
- 08Х18Н10 (US AISI 304, 304H, S30400; DE DIN 1.4301, 1.5301; EC
1.4301) — востребованная во всех отраслях промышленности, эта нержавейка, однако, снискала славу «пищевой». Ее химический состав и свойства делают ее наиболее подходящей для применения в пищепроме. - 12-08Х18Н10Т (US AISI 321, S32100; DE DIN 1.4541, 1.4878; ЕС 1.4541) характеристики обусловлены повышенным содержанием титана. Легко поддается сварочной обработке, устойчива к температуре до 800 С. Широко востребована для изготовления бесшовных труб, а также трубопроводных фитингов — фланцев, тройников, отводов и переходов.
- 12Х17 (US AISI 430, S43000; DE DIN 1.4016; ЕС 1.4016) с высоким процентом хрома и низким – углерода. Такое соотношение способствует высокой прочности и одновременно пластичности. Хорошо гнется, сваривается, штампуется. Сохраняет свои свойства в коррозионно опасных и серосодержащих средах, устойчива к резким перепадам температуры
Инженеры конструкторы широко используют нержавеющую сталь в нескольких отраслях промышленности из-за ее коррозионной стойкости и других желаемых свойств. Благодаря широкому применению нержавеющая сталь бывает разных марок, многие из которых подходят для обработки с ЧПУ.
Виды нержавеющего стального проката:
- Листовой прокат – включает в себя плоские листы разнообразной ширины и толщины, производимые методикой горячего или холодного прокатывания.
- Трубный прокат – к данной категории относятся круглые трубы, пускающиеся в ход для прокладывания трубопроводных линий и магистралей, и профильные трубы квадратной или прямоугольной конфигурации, использующиеся при строительных целях.
- Сортовой прокат – это обширный спектр разнообразных строительных элементов, к которым отнесены нержавеющий круг, шестигранник и квадрат, получаемые методикой холодной протяжки, нержавеющая полоса, нарезаемая из листового сортамента, а также нержавеющая сетка и проволока.
- Фасонный прокат – в его перечень включаются балки, швеллеры, уголки и прочие подобные элементы.
Сферы применения материала, нержавейка активно используется практически во всех отраслях нашей жизнедеятельности:
- В быту. Мы приобретаем технику, элементы которой выполнены из нержавеющей стали. Это и холодильники, и электрочайники, и кухонные плиты. Посуда, столовые приборы, наборы для мастерских домашнего умельца и многое другое – все это составляющая часть нашего быта.
- В электроэнергетике. Нержавеющие элементы повсеместно встречаются в оборудовании нефтедобывающих, газораспределительных, энергетических станций.
- В химической деятельности – все емкости. Для изготовления баков и резервуаров, труб и реакторов применяют нержавейку особой марки – аустенитную, поскольку именно этот материал имеет наивысшую степень устойчивости к агрессивным средам (кислотным и щелочным).
- В пищевой промышленности. Стерильность. Высокий уровень гигиены при использовании нержавеющей стали обеспечен отсутствием трещин и пор на поверхности металлического изделия. Емкости для приготовления и хранения пищи, профессиональное оборудование для общепитов, мойки и контейнеры, сделанные из нержавейки, отвечают всем требованиям к безопасности и гигиене.
- В автомобилестроении и авиации – специальное оборудование и вспомогательные элементы, отдельные детали и специальные элементы из аустенитных и ферритных сталей, общий размер которых составляет до двадцати килограммов.
- В бумажной промышленности – главные станки и детали, постоянно соприкасающиеся с влагой.
- В медицина – медицинская техника и приспособления.
- В строительстве и архитектуре – перила, различные проемы, лифты, мебель, вещи для интерьера.
Различные марки стали
Сталь хорошо известна своей низкой стоимостью и высокой прочностью на разрыв. Следовательно, он подходит для использования в таких отраслях, как машиностроение, строительство и авиакосмическая промышленность. Однако для его использования в этих различных отраслях потребуются различные варианты механической обработки. Следовательно, сталь бывает нескольких вариантов..
А12, А20 (US AISI 1113, 1211, 1212, B1112, B1113, B1114, G11080; DE DIN 1.0721, 1.0722) – сложно профильные мелкие детали (шестерни, шпильки, кольца, винты).
30, 35 (US AISI 1034, 1035, 1038, G10340, G10350, G10380, G10400. DE DIN 1.0501, 1.1181, 1.1183)– траверсы, тяги, рычаги, диски, звездочки, валы.
40, 45 (US AISI 1044, 1045, 1045H, G10420, G10430, G10440, G10450, M1044; DE DIN 1.0503, 1.1191, 1.1193) – детали повышенной прочности, подвергаемые термообработке (коленчатые валы, шатуны, зубчатые венцы, храповики, муфты, плунжеры).
30ХГСА (30ChGSA BDS Болгария; 30HGS, 30HGSA PN Польша; 14331 CSN Чехия) – высокопрочные детали, ответственные сварные конструкции.
40Х (US AISI 5135, 5140, 5140H, 5140RH, G51350, G51400, H51350, H51400; DE DIN 1.7034, 1.7035, 1.7045) – детали, работающие на средних скоростях при средних давлениях (зубчатые колеса, валы шлицевые).
18ХГТ (DE 20MnCr5G) – детали, работающие на больших скоростях при высоких давлениях и ударных нагрузках (зубчатые колеса, кулачковые муфты, втулки).
09Г2С (DE 13Mn6, 9MnSi5) – для паровых котлов, аппаратов и емкостей, работающих под давлением при температуре -70…+450*С, для ответственных листовых сварных конструкций, в химическом и нефтяном машиностроении, судостроении.
Чугун
Изготовление высокоточных деталей из чугуна со множеством пазов, отверстий, плоскостей осуществляется на фрезерных станках с ЧПУ. Режущая оснастка подбирается с учётом сорта материала. Отверстия в типовых деталях из чугуна с вермикулярным графитом (блоках цилиндров, выпускных коллекторах, головках блоков цилиндров) рекомендуется обрабатывать методом круговой интерполяции.
- СЧ-25... 40 ГОСТ 1412-85 применяют для деталей, работающих под давлением и испытывающих высокие нагрузки (золотники, распределительные коробки, корпуса насосов высокого давления и др.)
- ВЧ 40...70 ГОСТ 7293-85 повышенные механические свойства чугуна с шаровидным графитом позволяют использовать его для изготовления изделий ответственного назначения: рабочих деталей насосов высокого давления, деталей турбин, работающих в условиях ударных и знакопеременных нагрузок, клапанов, шатунов, прокатных валков и др.
Сплавы на основе меди
Помимо алюминия и стали, также можно обрабатывать сплавы на основе меди, предлагая инженерам более широкий диапазон физических свойств для их деталей. Например, медь - отличный проводник. Это свойство делает его пригодным для производства электрических деталей. Превосходная теплопроводность меди также делает ее предпочтительным материалом для использования в электрических компонентах. Это связано с тем, что во время протекания тока может выделяться много тепла, что может повредить компоненты. Следовательно, теплопроводность меди подходит для изготовления радиаторов или других изделий, которые могут рассеивать тепло, выделяемое такими приборами.
Сплавы на основе меди, содержащие олово, цинк, алюминий, никель, железо, марганец, кремний, бериллий, хром, свинец, золото, серебро, фосфор и другие легирующие элементы. Добавки повышают прочность и твердость, стойкость против коррозии, улучшают антифрикционные свойства. Делят на латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.
- Л59, Л63 ГОСТ 15527-2004 латуни наиболее распространенная марка.
- БрОЦС5-5-5 ГОСТ 1628-78, ГОСТ 24301-93 из распространенных бронз лучше всего обрабатывается.
- МН-19 ГОСТ 5187-2003 мельхиоровый сплав оптимален для производства точной механики и медицинского инструментария. При высоких показателях устойчивости к коррозии и малой пластичности в холодном состоянии, соединение хорошо поддаётся сварке. Добавление никелевого сплава улучшает механические свойства, такие как прочность и твердость.
На промышленных предприятиях из медных сплавов выпускается следующая металлопрокатная продукция:
- листы;
- проволока с сечением 0,1–12 мм;
- трубы;
- круги;
- прутки диаметром 3–180 мм;
- полосы, ленты;
- фольга.
Медь относится к группе не реагирующих металлов. Эта стабильность делает его устойчивым к окислению и, следовательно, к коррозии. Медь и ее сплавы благодаря своим антикоррозийным свойствам подходят для производства продуктов, используемых в пресной и морской воде. Например, медь является подходящим металлом для изготовления труб для питьевой