CNC機械加工用の金属オプション

CNC機械加工用のコンポーネントを設計するとき、多くの場合、金属材料を選択します。 このためには、強度要件、耐薬品性、熱安定性、コストなどの要素を考慮する必要があります。 選択できる材料が非常に多いため、少し圧倒されるかもしれません。 まず、パーツの最も重要な機能を定義します。 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ますか? 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後、この記事で紹介した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引っかき傷やしわになりにくいです。 ブッシングなどの摩耗部品には硬い材料が適しています。 一部の材料は、後で機械加工および硬化することもできます。 材料が硬化すると、材料特性が変化することを忘れないでください。 たとえば、材料を硬化させると、よりもろくなる可能性があります。 部品の表面もコーティングで硬化させることができます。

次の写真は、一般的な金属材料の硬度を単純に比較したものです

一般的な金属の硬度

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

密度:

アルミニウムの密度は軟鋼の密度よりもはるかに低く、重量の約3分の1になります。 材料のグレードによっては、重量(強度対重量比)で比較した場合、アルミニウムは実際には鋼よりも強い場合があります。

抗張力:

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、破壊に耐える材料の能力を表します。

ダンピング(硬質金属はダンピング能力が低い傾向があります)

脆性:

非常に脆い材料は、破損する前に伸びたり変形したりしません。 部品を連続的に曲げる必要がある場合は、脆い材料は適切な選択ではありません。

上記のプロパティのいずれかがプロジェクトにとって重要である場合は、各マテリアルの実際のプロパティ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、プロトタイプのフィットと機能を実現するために部品を機械加工する場合は、材料の摩耗を心配する必要はありません。 強度を確保したり、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析してみましょう。

疲労強度と靭性:

これは、材料が特定のサイクル数内で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れば、金属疲労は、1つまたは複数の場所での繰り返し応力または繰り返しひず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な永久累積損傷です。 一定のサイクル数の後の亀裂または突然の発生完全な破壊のプロセス。 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、比率の平均を使用して疲労強度を測定します。 材料を選択するときに、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。

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も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機械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。 一部の材料はこれらの温度変化に耐えることができる場合がありますが、一部の材料は一定期間の使用後に構造変化を経験する場合があります

環境サイクルテストのための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。

-極低温に耐え、低温で延性を維持できる金属:銅とアルミニウム。

クリープ抵抗は、「クリープ」に抵抗する材料の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。 クリープ抵抗は、発生に時間がかかるため、材料の標準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、ステンレス鋼は、金属に対する耐クリープ性が最も高くなっています。

金属の耐食性(耐酸化性)

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は注目に値します。 純鉄は通常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に最適です。

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すのに役立ち、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電気伝導率です。これは、材料が熱を伝導する能力です。 熱伝導率の高い材料は、熱伝達に優れています。 コンポーネントを冷却アプリケーションに使用する場合は、熱伝導率の高い材料にもっと注意を払うのが最善です。

一般的な金属の熱特性は、参考のために以下の表にリストされています。

一般的な金属の熱特性

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

製造パフォーマンス

被削性とは、切削(機械加工)によって材料を簡単に修正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、他の材料ほど速く工具を着用しません。 したがって、アルミニウムの加工コストは、加工性の低い材料に比べて「安価」です。

金属にはさまざまな材料特性があり、最終製品の性能特性を決定します。 これらのさまざまな特性は素晴らしいですが、原材料コストと処理コストとのバランスを取る必要があります。 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異なる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ステンレス鋼よりも切断が面倒であるため、CNC工作機械のコストがわずかに高くなります。

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