CNC機械加工材料選択ガイド

一般的に使用されているCNC加工材料は約21種類あります。 この記事では、プロジェクトのニーズを満たすだけでなく、予算を節約できる、設計が決定された後に適切な材料を選択する方法を詳しく紹介します。 CNC加工 は、汎用性の高い高精度の従来の製造技術であり、1960つのプロトタイプから少量のバッチ、大量生産まで、複雑な部品の理想的な製造処理です。 XNUMX年以来、CNC機械加工は、カスタムパーツにとって依然として最も理想的なオプションです。 CNC機械加工はサブトラクティブプロセスであることをよく知っています。つまり、機械は固体の材料を切り取って部品を作るため、材料の選択はあらゆる製造プロセスの非常に重要な部分になります。 CNC機械加工は、エンジニアリングプラスチックから金属に至るまでの材料と互換性があるため。 これは、CNCプロジェクトの材料を選択する際に、設計者やR&Dチームに課題をもたらします。 次に、適切な材料を選択する際に考慮する必要のあるさまざまな重要な要素について説明します。

プロジェクト要件

CNC機械加工に利用できる材料オプションの範囲が広いことを考えると、プロトタイピングまたは大量カスタム部品に適した材料が複数ある可能性があります。 ただし、最適なCNC切削材料を見つけることは、優先順位によって異なります。チタン合金など、優れた機械的特性を備えた金属が必要ですか? または、速度を優先して、より機械加工可能な材料(アルミニウム6061など)またはプラスチック(ABSなど)を選択しますか? それとも、プロトタイプを可能な限り低い価格で機械加工したいだけですか?

CNC部品の用途エンジニアは、材料の選択に大きな影響を与える部品の最終用途と目的を検討する必要があります。 たとえば、ステンレス鋼と炭素鋼はCNC機械加工に適していますが、性質の耐食性を備えているのはステンレス鋼だけであり、鋼を誤って選択すると、部品の寿命に影響します。 医療用人工呼吸器とニコンカメラの絶縁体材料の選択も異なります。 もちろん、FDA、FAA、および業界固有の規制も主要な考慮事項である必要があります。

5_axis-機械加工-部品

特定の環境に適応します。 屋外環境および制御された屋内環境は、部品の寿命に影響を与える重要な要素です。 耐酸化性材料を選択した場合、時間が経つにつれて、それでも完全性を維持します。 硬質フォームは耐湿性と防錆性の良い例であり、長期間安定した完全な構造を維持することができます。

ストレス負荷要件。 応力が高いと、一部の材料が変形して破損する可能性があります。 パーツに使用する材料を検討するときは、応力荷重を考慮していることを確認してください。 部品が高応力下で動作する場合、その部品を構成する材料には、荷重に耐え、変形を防ぐために必要な要素が必要になります。 ステンレス鋼、アルミニウム7075およびさまざまな合金など。

引張強度と温度の要件。 エンジニアは、部品が要求する強度の種類(引張強度、耐摩耗性など)とtがどれだけ耐えられるかを判断する必要があります。 これらのパラメータは、選択できる材料の範囲に影響します。 温度要件では、最初から一部の材料が除外されています。 ほとんどすべての材料は、温度変化に応じて膨張または収縮します。 精密部品の材料など、不活性金属またはプラスチックを選択する必要があります。

プロジェクト予算。 ほとんどの場合、材料費は材料の選択に影響します。 CNC機械加工では、比較的大量のスクラップが発生するため、材料費は特に重要です。 プロジェクト全体のコスト効率に大きな影響を与えるスクラップの排出量を考慮すると、一部の材料(金属チタン、コバルトニッケル合金など)は非常に高価です。 したがって、エンジニアが最終決定を下す前に予算を慎重に評価する必要がある場合。

寸法公差。 CNC機械加工プロセス全体の作業に影響を与えることに加えて、寸法公差の重要性を過小評価しないでください。 また、材料の選択においても重要な役割を果たします。 また、CNCの切削方法や使用する工具や機械の種類に影響を与えるため、公差を注意深く再確認することをお勧めします。 公差を調整または緩めることができる場合は、公差を再評価することでコストを節約できます。公差を厳しくすると、通常、製造コストが高くなります。 必要な部品の正確な公差がわからない場合は、信頼できるCNC機械加工サプライヤーDDPrototypeに問い合わせてください。

CMM品質検査

CNC加工材料の特徴

最も一般的なCNC材料の関連する特性、材料メーカーから収集されたこれらの材料特性データを要約しました。 金属とプラスチックの材料は、特性の大きな違いとして比較のために分離されています。 金属は主に、高強度、硬度、耐熱性を必要とする用途に使用されます。 プラスチックは、耐薬品性と電気絶縁性のためによく使用されます。 対象となる材料特性は、機械的強度(引張降伏強度として表される)、機械加工性(機械加工の容易さがCNCの価格設定に影響する)、材料費、硬度(主に金属の場合)、および耐熱性(主にプラスチックの場合)でした。 収集された情報は、以下の表にまとめられています。 各材料オプションの詳細については、次のセクションで説明します。

金属の要約表

材料グレード第3章:濃度*硬度+被削性費用一般的なアプリケーション
アルミニウム6061ミディアムミディアム★★★★★$汎用航空機部品自動車部品自転車フレーム食品容器
 6082ミディアムミディアム★★★★★$汎用自動車部品食品容器
 7075ハイミディアム★★★★$$航空機および航空宇宙部品自動車部品海洋用途スポーツ用品
 5083ミディアムロー★★★★★$海洋用途建設用圧力容器
ステンレス鋼304ハイミディアム★★$$汎用医療機器食品産業海洋用途化学処理
 316ハイミディアム★★$$食品調理機器海洋用途アーキテクチャ外科用インプラント化学容器
 2205デュプレックスハイハイ$ $ $石油およびガス海洋用途化学処理熱交換器
 303ハイハイ★★★$$航空機部品機械部品ナット、ボルト、ギア、ブッシング
 17-4ハイすごく高い★★$ $ $タービンブレード海洋用途化学容器石油およびガス原子力用途
軟鋼1018ミディアムミディアム★★★$汎用機械部品治具・固定具
 1045ミディアムハイ★★$$汎用機械部品
 A36ハイミディアム★★★$建設機械部品治具・固定具
合金鋼4140ミディアムハイ★★$$汎用機械部品ツーリング
 4340ハイハイ★★$$航空機着陸装置動力伝達工具
工具鋼D2ハイすごく高い$$冷間加工工具ダイとスタンプ切削工具とナイフ
 A2ハイすごく高い$$冷間加工工具ダイとスタンプ切削工具とナイフ
 O1ハイすごく高い$$冷間加工工具ダイとスタンプ
真鍮C36000ミディアムミディアム★★★★★$機械部品バルブおよびノズルアーキテクチャ

*:引張降伏強さ–中:200-400 MPa、高:400-600 MPa +:硬度–中:50-90 HRB、高:90 HRB – 50 HRC、非常に高:50HRC以上

プラスチックの概要表

材料第3章:濃度*動作温度+被削性費用一般的なアプリケーション
ABSミディアム最大60oC★★★$自動車用電子エンクロージャパイプおよび付属品消費者製品
ナイロンハイ最大100oC$自動車部品機械部品ファスナー
ポリカーボネート(PC)ハイ最大120oC★★$アーキテクチャ自動車用電子エンクロージャ食品容器
POM(デリン)ミディアム最大82oC★★★★$機械部品電子エンクロージャブッシングおよびフィッティング
PTFE(テフロン)ロー最大260oC★★★★$高温用途化学処理電子エンクロージャ食品加工
HDPEロー最大80oC$化学容器パイプおよび付属品消費者製品
asfasdfハイ最大260oC★★$$医療用途化学処理食品加工高圧バルブ

*:引張降伏強さ–低:5-30 MPa、中:30-60 MPa、高:60-100 MPa +:常時使用の推奨最高作動温度

一般的なCNC金属合金の概要

アルミニウム合金。 アルミニウム合金は、優れた強度、高い熱伝導率と電気伝導率、および自然保護による腐食防止機能を備えています。 それらは簡単に機械加工でき、バルクコストが低いため、通常、カスタムの金属部品やプロトタイプを作成するための最も経済的なオプションです。 アルミニウム合金の強度は一般的に鋼よりも低くなりますが、陽極酸化することができ、表面に硬い保護層を形成します。

CNCフライス部品
CNCアルミ加工部品

アルミニウム合金

材料特性: アルミニウム合金の典型的な密度2.65-2.80g/ cm3は、陽極酸化され、非磁性である可能性があります。

アルミニウム6061。アルミニウム6061は最も一般的なアルミニウム合金であり、高強度、耐食性、溶接性などの優れた機械的特性を備えています。

アルミニウム7075。アルミニウム7075は優れた疲労特性を持ち、鋼に匹敵する高い強度と硬度に熱処理することができます。 航空機の翼などの航空宇宙アプリケーションで一般的に使用されます。

アルミニウム2024。アルミニウム2024は、高い耐熱性、耐衝撃性、優れた疲労特性を備えており、一般に軍事および航空宇宙用途で使用されます。

アルミニウム5052。アルミニウム5052は、強力な耐薬品性と耐食性を備えています。 通常、海洋用途で使用される熱処理はできません。

アルミニウム6063。アルミニウム6063は中程度の強度を持ち、熱処理により合金を強化します。 アルミ製のドアや窓、カーテンウォールのフレームによく使用されます。

CNCフライス盤-部品

ステンレス鋼。

ステンレス鋼(SS)は、CNC機械加工で最も一般的に使用される材料です。 ステンレス鋼は、SS303、SS304、SS316などの幅広いグレードをカバーしています。 SS範囲のすべての材料の違いは、添加されるドーピング材料の量にあります。 SS303には硫黄が添加されており、被削性と耐食性が向上しています。 SS304にはニッケルとクロムが添加されており、強度を高め、磁気特性を低下させます。 ただし、SS316は、大型船の製造に使用できるモリブデン合金を添加することにより、船舶用ステンレス鋼で作ることができます。

材料特性: 典型的な密度7.7-8.0g/ cm3、非磁性ステンレス鋼合金:304、316、303、磁性ステンレス鋼合金:2205デュプレックス、17-4。

ステンレス鋼304。最も一般的なステンレス鋼としてのステンレス鋼304は、優れた被削性、耐食性を備えています。

ステンレス鋼316。ステンレス鋼316は、304と同様の機械的特性を持つ別の一般的なステンレス鋼合金です。ただし、特に食塩水(海水など)に対しては耐食性と耐薬品性が高いため、過酷な環境での用途に適していることがよくあります。

ステンレス鋼2205二相。ステンレス鋼2205デュプレックスは、最高の強度(他の一般的なステンレス鋼合金のXNUMX倍)を備えたステンレス鋼合金であり、耐食性に優れています。 過酷な環境で使用され、石油・ガス業界で多くの用途があります。

ステンレス鋼303。ステンレス鋼303は、靭性に優れていますが、304に比べて耐食性が低くなっています。機械加工性に優れているため、航空宇宙用途のナットやボルトの製造など、大量生産用途でよく使用されます。

ステンレス鋼17-4。ステンレス鋼17-4(SAEグレード630)は、304に匹敵する機械的特性を備えています。非常に高度に析出硬化することができ(工具鋼に匹敵)、優れた耐薬品性を備えているため、非常に高性能な用途に適しています。

軟鋼

軟鋼は、優れた機械的特性、優れた機械加工性、および優れた溶接性を備えています。 低コストであるため、機械部品、治具、固定具の製造などの汎用アプリケーションが見つかります。 軟鋼は腐食や化学物質による攻撃を受けやすいです。

材料特性: 典型的な密度7.8-7.9g/ cm3、磁気。

軟鋼1018。軟鋼1018は、機械加工性と溶接性に優れ、靭性、強度、硬度に優れた汎用合金です。 

軟鋼1045。軟鋼1045は、溶接性、被削性、強度、耐衝撃性に優れた中炭素鋼です。 通常、ナット、ボルト、ギア、シャフト、コネクティングロッド、その他の小さな機械部品の製造に使用されます。

軟鋼A36。軟鋼A36は、溶接性に優れた一般的な構造用鋼です。 さまざまな産業および建設用途に適しています。

合金鋼

合金鋼は炭素に加えて他の合金元素を含んでいるため、硬度、靭性、疲労、耐摩耗性が向上しますが、合金鋼は腐食や化学物質による攻撃を受けやすくなっています。

材料特性: 典型的な密度7.8-7.9g/ cm3、磁気。

合金鋼4140。優れた強度と靭性を備えた合金鋼4140であるこの合金は、多くの産業用途に適していますが、溶接にはお勧めできません。

合金鋼4340。合金鋼4340は、優れた靭性、耐摩耗性、疲労強度を維持しながら、高レベルの強度と硬度に熱処理することができます。 この合金は溶接可能です。

工具鋼

工具鋼は、非常に高い硬度、剛性、耐摩耗性、耐熱性を備えた金属合金です。 これらは、金型、スタンプ、金型などの製造ツール(名前の由来)を作成するために使用されます。 それらの良好な機械的特性を達成するために、それらは熱処理を受けなければならない。

材料特性: 典型的な密度7.8g/ cm3、典型的な硬度:45-65HRC。

工具鋼D2。工具鋼D2は、425°Cの温度までその硬度を保持する耐摩耗性合金です。 切削工具や金型の製造によく使用されます。

工具鋼A2。工具鋼A2は、高温での優れた靭性と優れた寸法安定性を備えた、空気硬化された汎用工具鋼です。 射出成形金型の製造によく使用されます。

工具鋼O1。工具鋼O1は、65HRCの高硬度の油硬化合金です。 一般的にナイフや切削工具に使用されます。

真鍮

真ちゅうは、機械加工性と導電性に優れた金属合金です。 これは、美的目的で金色の外観を持つパーツを作成するために建築で一般的に使用されます。 一般的な真ちゅうグレードはC35300とC36000です。

材料特性: 典型的な密度8.4-8.7g/ cm3、非磁性。

真ちゅうC35300。真ちゅうC35300は、優れた耐食性と耐摩耗性を備えています。

真ちゅうC36000。高い引張強度と自然耐食性を備えた真ちゅうC36000。 これは最も機械加工が容易な材料のXNUMXつであるため、大量の用途によく使用されます。

シャフト部品

チタン合金

チタンは生体適合性があり、人工骨などの医療機器の製造に適しています。 チタンは、溶接、不動態化、および陽極酸化により、保護を強化し、外観を向上させることができます。

材料特性: 典型的な密度4.5-4.51g/cm3、非磁性

  • チタンは特に研磨されておらず、電気の伝導性は低いですが、熱の伝導性は良好です。

  • チタンは機械加工が難しく、特殊な切削工具が必要になるため、エンジニアはチタンのCNC機械加工の課題にも注意する必要があります。

マグネシウム

マグネシウムは、精密CNC加工に広く使用されている最も軽い金属です。 マグネシウムの比重はアルミニウムの約2/3、鉄の1/4です。

材料特性: 典型的な密度1.8g/cm3、非磁性

  • マグネシウムは、優れた被削性、強度、堅牢性を備えているため、複数の産業分野で広く使用されています。 カスタマイズした部品に、軽量、高強度、高剛性、優れた熱放散、アルミニウム合金よりも優れた耐衝撃性、耐食性を組み合わせたい場合は、マグネシウム合金が非常に適しています。 新エネルギー車、製薬・化学、航空、航空宇宙産業、3C製品、ロボットなどの分野で広く使用されているマグネシウム合金部品。

  • マグネシウム合金は活性金属であり、空気中で化学反応を起こしやすく、酸化しやすい金属です。 部品の耐用年数を改善するために、通常、実用性を最大化するために、マイクロアーク酸化、電気めっき、塗装、粉体塗装、不動態化などの専門的な表面処理が行われます。

  • マグネシウム合金の保管場所は低温で密閉する必要があり、Dタイプの消火器と砂の山は消火用に予約する必要があります。 CNC機械加工プロセスでは、速度が速すぎてはなりません。 そうしないと、機械加工プロセス中に火災が発生します。 また、特殊なマグネシウム合金切削液を使用する必要があります。

インコネル

インコネルは、その多くの特殊な特性のために近年人気を博している高温合金です。 インコネル部品は、水の腐食や酸化にさらされる可能性のある環境に適しています。 また、部品が極端な圧力や熱にさらされる可能性がある環境にも最適です。

上記の材料に加えて、精密CNC機械加工プロセスと互換性のあるいくつかの材料があります。 超硬合金、タングステン、パラジウム、インバー、ニッケル、ニオブ、鋼合金、ベリリウム、コバルト、イリジウム、モリブデンなど。 カスタムパーツの適用分野を検討した後、CNC機械加工プロセスの成功とコストも決定するため、いくつかのオプションから適切な材料を選択することが重要です。

CNC機械加工で一般的に使用されるプラスチック材料の概要

CNCマシンはプラスチックも切断できます。 ほとんどの場合、コスト、電気絶縁、またはその他の理由から、次の7つのプラスチックを使用することをお勧めします。 最終部品を射出成形する場合、通常、プラスチックが適切なプロトタイプ材料です。

ABS

材料特性: 典型的な密度1.00-1.05g/cm3

ABSは、優れた機械的特性、優れた衝撃強度、高い耐熱性、および優れた機械加工性を提供する最も一般的な熱可塑性材料のXNUMXつです。 そして、射出成形の大量生産で広く使用されています。

ナイロン

材料特性: 典型的な密度1.14g/cm3。

ナイロンはポリアミド(PA)とも呼ばれ、その優れた機械的特性、優れた衝撃強度、および高い耐薬品性と耐摩耗性により、エンジニアリングアプリケーションでよく使用される熱可塑性プラスチックです。 ただし、水や湿気を吸収しやすいです。 ナイロン6とナイロン66は、CNC機械加工で一般的に使用されるグレードです。

ポリカーボネート 

材料特性: 典型的な密度1.20-1.22g/cm3。

ポリカーボネートは、靭性が高く、機械加工性が高く、衝撃強度に優れた熱可塑性樹脂です(ABSよりも優れています)。 着色することもできますが、通常は光学的に透明であるため、流体デバイスや自動車のグレージングなど、幅広いアプリケーションに最適です。

POM(デリン)

材料特性: 典型的な密度1.40-1.42g/cm3。

POMは一般にDelrinの商品名で知られており、プラスチックの中で最高の機械加工性を備えたエンジニアリング熱可塑性プラスチックです。 POM(Delrin)は、高精度、高剛性、低摩擦、高温での優れた寸法安定性、および非常に低い吸水率を必要とするプラスチック部品をCNC加工する場合に最適です。

PTFE(テフロン)

材料特性: 典型的な密度2.2g/cm3。

PTFEは一般にテフロンとして知られており、優れた耐薬品性と耐熱性を備え、既知の固体の中で最も低い摩擦係数を備えたエンジニアリング熱可塑性プラスチックです。 PTFE(テフロン)は、200°Cを超える動作温度に耐えることができる数少ないプラスチックのXNUMXつであり、優れた電気絶縁体です。

HDPE

材料特性: 典型的な密度0.93-0.97g/cm3。

高密度ポリエチレン(HDPE)は、強度対重量比が高く、耐衝撃性が高く、耐候性に優れた熱可塑性プラスチックです。 HDPEは軽量の熱可塑性プラスチックで、屋外での使用や配管に適しています。

asfasdf

材料特性: 典型的な密度1.32g/cm3。

PEEKは、優れた機械的特性、非常に広い温度範囲での熱安定性、およびほとんどの化学物質に対する優れた耐性を備えた高性能エンジニアリング熱可塑性プラスチックです。 PEEKは、強度と重量の比率が高いため、金属部品の代わりによく使用されます。 医療グレードも利用できるため、PEEKは生物医学的用途にも適しています。

その他のCNC加工材料

さらに、一般的に使用される金属やプラスチック、木材、発泡体もCNC機械加工で使用されますが、通常は好ましい材料としては使用されません。

木材。木材は通常、選択肢が少なく、広葉樹、合板、針葉樹などです。

硬質フォーム。硬質フォームは、断熱性が最も高いフォームとして機能します。 -100°Fから200°Fまでの温度で機能します。硬質フォームは高いR値も保持するため、床、壁、その他の構造ベースの製品に耐える必要がある場合に最適です。水分。

カービングフォーム。カービングフォームは、ほぼすべての形状をとることができます。 柔軟性があるため、通常は金型のモデルとして使用されますが、ガスケットやシールなどのコンポーネントにも使用されます。 カービングフォームにはポリイソシアヌレートが含まれており、密度が高く、極端な温度に耐えることができます。

 フェノール類。MIL-I-24768などの軍用グレードの仕様を満たす必要がある場合、フェノール類はこの要件を満たすことができます。 CE、LE、G10、G10 / FR4、G9、G11、G7など、いくつかの選択肢があります。 それぞれに独自の長所があります。 たとえば、フェノールリネンを細かく織り上げることで、CE材料よりも優れた機械的特性、寸法安定性、および機械加工されたコンポーネントの仕上げが向上します。 ただし、フェノールリネンは電気的な一次絶縁には推奨されていません。 LEフェノールはMil-I-24768/13 FBE要件を満たし、CEフェノールはMil-I-24768 /14FBG要件を満たします。

サマリー

最終的にパーツに使用するCNC機械加工材料は、作成するプロジェクトによって異なります。短いCNC機械加工材料の選択ガイドとして使用できる要約を作成します。

  • 金属が最良の選択肢であると思い込まないでください。 非金属材料は、軽量でありながら耐久性があるため人気があります。フォームのように、さまざまな形状に成形できます。 非金属はまた、切断中に細部を保持します。 あなたのプロジェクトが非金属の使用から利益を得るかもしれないもののように思われるならば、たくさんのオプションがあなたの最終製品に利益をもたらすことができます。

  • アルミニウム6061は、最も一般的なCNC機械加工金属材料であり、最も低コストです。

  • POM(Delrin)は、その優れた機械加工性により、最も経済的なCNCプラスチックです。

  • 高強度、硬度、または高温耐性のある部品を要求する場合は、合金が推奨されます。

  • ABSは軽量アプリケーションに理想的なオプションです。CNC機械加工されたABS部品は、射出成形で大量生産する前にプロトタイプとして使用されることがよくあります。

これはCNC機械加工材料の完全なリストではありません。また、CNC機械加工は、部品に最適な材料を選択するために、プロジェクト要件の徹底的な評価を必要とする用途の広い製造プロセスです。 それでも、コスト、品質、および時間の理想的なバランスを達成することは依然として困難です。

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