Metalloption für die CNC-Bearbeitung

Beim Entwerfen von Komponenten für die CNC-Bearbeitung werden Sie sich häufig für ein Metallmaterial entscheiden. Dazu müssen Sie Festigkeitsanforderungen, chemische Beständigkeit, thermische Stabilität, Kosten und andere solche Faktoren berücksichtigen. Bei so vielen Materialien zur Auswahl kann es ein wenig überwältigend sein. Definieren Sie zunächst die wichtigsten Merkmale Ihres Bauteils. Wie funktioniert es? Welcher Umgebung wird es ausgesetzt sein? Wie interagiert es mit anderen Komponenten?

Nachdem Sie die oben genannten wichtigen Eigenschaften von Teilen verstanden haben, kombinieren Sie die sechs Faktoren, die Sie berücksichtigen sollten, bevor Sie harte oder weiche Metalle verarbeiten, die in diesem Artikel vorgestellt werden. Ich glaube, es wird Ihnen bei der Auswahl des richtigen Metallmaterials helfen.

Mechanische Eigenschaften von Metallen

Beginnen wir mit den mechanischen Eigenschaften, die an der Leistung des Materials gemessen werden, wenn verschiedene Kräfte angewendet werden.

Die wichtigsten zu berücksichtigenden mechanischen Eigenschaften von Metallen sind:

Härte:

Härtere Materialien sind widerstandsfähiger gegen Kratzer und Falten als weiche Materialien. Harte Materialien eignen sich für Verschleißteile wie Buchsen. Einige Werkstoffe können auch nachträglich bearbeitet und gehärtet werden. Denken Sie daran, dass sich die Materialeigenschaften ändern, wenn das Material aushärtet. Beispielsweise kann das Härten des Materials es spröder machen. Die Oberfläche des Teils kann auch mit einer Beschichtung gehärtet werden.

Das folgende Bild vergleicht einfach die Härte üblicher Metallmaterialien

Quelle von https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html

Dichte:

Die Dichte von Aluminium ist viel geringer als die von Weichstahl, wodurch es etwa ein Drittel seines Gewichts ausmacht. Abhängig von der Materialqualität kann Aluminium im Vergleich zum Gewicht sogar stärker sein als Stahl (Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht).

Zugfestigkeit:

Die maximale Belastung, der ein Material standhalten kann, bevor es versagt. Wenn Sie eine Halterung entwerfen, die zwei Komponenten verbindet, berücksichtigen Sie, wie diese Komponenten interagieren. Die Zugfestigkeit stellt die Fähigkeit des Materials dar, Bruch zu widerstehen.

Dämpfung (Hartmetalle haben tendenziell eine geringere Dämpfungskapazität)

Sprödigkeit:

Sehr spröde Materialien dehnen oder verformen sich nicht, bevor sie brechen. Wenn Ihre Teile kontinuierlich gebogen werden müssen, sind spröde Materialien keine gute Wahl.

Wenn eine der oben genannten Eigenschaften für Ihr Projekt wichtig ist, empfehlen wir Ihnen, einige Nachforschungen anzustellen, um die tatsächliche Eigenschaftsbewertung jedes Materials zu erhalten.

Verschleiß- und Ermüdungseigenschaften von Metallen

Wenn Sie Teile bearbeiten, um die Passform und Funktion von Prototypen zu erreichen, müssen Sie sich im Allgemeinen keine Gedanken über Materialverschleiß machen. Wenn Sie Festigkeit sicherstellen oder Teile den Tests von Umwelteinflüssen wie extremen Temperaturen standhalten müssen, ist Ihre Materialauswahl sehr wichtig. Lassen Sie uns die wichtigsten zu berücksichtigenden Ermüdungsmerkmale aufschlüsseln.

Ermüdungsfestigkeit und Zähigkeit:

Das ist die Beanspruchung, der das Material innerhalb einer bestimmten Anzahl von Zyklen standhalten kann. Diese Änderungen wurden ausgiebig untersucht, um bei der Auswahl der geeigneten Materialien für Ihre Endanwendungsanforderungen zu helfen. Tatsächlich ist die Metallermüdung gemäß der Forschung zu diesem Thema die allmähliche lokale dauerhafte kumulative Schädigung von Materialien und Komponenten unter der Einwirkung von zyklischer Beanspruchung oder zyklischer Dehnung an einer oder mehreren Stellen und Rissen oder plötzlichem Auftreten nach einer bestimmten Anzahl von Zyklen Der Prozess der vollständigen Fraktur. Ungefähr 90 % aller Metallausfälle treten schnell und ohne Vorwarnung auf, daher verwenden wir normalerweise den Durchschnitt der Verhältnisse, um die Dauerfestigkeit zu messen. Wenn Sie bei der Materialauswahl wissen, dass Ihre Teile mehrere Belastungszyklen aushalten, empfehlen wir Ihnen, das Ermüdungsfestigkeitsniveau zu bewerten.

W Arbeitstemperatur von Metallteilen

Die Betriebstemperatur der Umgebung, in der die Komponente betrieben wird, ist ein weiterer wichtiger Faktor, der berücksichtigt werden muss. Denn der Schmelzpunkt des verwendeten CNC-Materials muss höher sein als die Betriebstemperatur. Wenn dies nicht der Fall ist, kann sich die Struktur des Teils ändern. Darüber hinaus müssen Sie sicherstellen, dass das CNC-bearbeitete Material extremen Temperaturschwankungen standhält. Obwohl einige Materialien diesen Temperaturänderungen standhalten können, können einige Materialien nach einer bestimmten Nutzungsdauer strukturelle Veränderungen erfahren

Es gibt viele Ressourcen für Umweltzyklustests. In den meisten Fällen werden Materialien in einer kontrollierten Umgebung platziert und auf hohe und niedrige Temperaturen, hohe und niedrige Luftfeuchtigkeit, Temperaturwechsel und Temperaturschock getestet.

–Hochtemperaturbeständige Metalle:Titan und Edelstahl.

–Metalle, die extrem niedrigen Temperaturen standhalten und bei niedrigen Temperaturen duktil bleiben:Kupfer und Aluminium.

Die Kriechfestigkeit ist definiert als die Fähigkeit eines Materials, dem „Kriechen“ zu widerstehen, was sich auf die Tendenz eines festen Materials bezieht, sich über einen langen Zeitraum zu verformen, wenn es hohen Belastungen ausgesetzt wird. Es ist wichtig zu beachten, dass die Kriechfestigkeit die Standardbelastungsgrenze des Materials überschreiten kann, da es länger dauert, bis sie auftritt. Nickel, Titan und Edelstahl haben die höchste Kriechfestigkeit gegenüber Metallen.

Korrosions-(Oxidations-)Beständigkeit von Metallen

Aufgrund der chemischen Reaktion zwischen dem Metall und der Umgebung ist Metallkorrosion ein Abbau oder eine Oxidation. Es gibt viele Gründe für Metallkorrosion, es ist erwähnenswert, dass alle Metalle korrodieren. Reines Eisen korrodiert normalerweise sehr schnell, aber Edelstahl, der Eisen und andere Legierungen kombiniert, korrodiert sehr langsam. Wenn Sie Bedenken wegen Korrosion haben, ist Edelstahl eine ausgezeichnete Wahl für Metall.

Eine weitere Alternative zu Edelstahl ist eloxiertes Aluminium. Diese Methode hilft, Korrosion zu reduzieren und ist eine sehr haltbare Oberfläche. Vernickelter Weichstahl kann kostengünstiger sein als die Verwendung von Edelstahl.

Thermische Eigenschaften von Metallen

Metalle können sich ausdehnen, schmelzen und Strom leiten. Die häufigste thermische Eigenschaft ist die elektrische Leitfähigkeit, also die Fähigkeit eines Materials, Wärme zu leiten. Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit können Wärme besser übertragen. Wenn Ihre Komponenten für Kühlanwendungen verwendet werden, achten Sie am besten verstärkt auf Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Die thermischen Eigenschaften von unedlen Metallen sind in der folgenden Tabelle als Referenz aufgeführt.

Quelle von https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/

Fertigungsleistung

Bearbeitbarkeit bezieht sich auf die Leichtigkeit, mit der ein Material durch Schneiden (Bearbeitung) modifiziert werden kann. Beispielsweise lässt sich Aluminium sehr gut bearbeiten und verschleißt die Werkzeuge nicht so schnell wie andere Materialien. Daher sind die Verarbeitungskosten von Aluminium im Vergleich zu Materialien mit geringerer Verarbeitbarkeit „günstiger“.

Metalle haben unterschiedliche Materialeigenschaften, die die Leistungsmerkmale des Endprodukts bestimmen. Diese verschiedenen Eigenschaften sind großartig, aber sie sollten mit den Rohstoffkosten und den Verarbeitungskosten abgewogen werden. Wenn Ihre Teile beispielsweise als Edelstahl gekennzeichnet sind, werden Sie feststellen, dass es mehrere verschiedene Edelstahlsorten gibt, die sich in Kosten und Materialeigenschaften stark unterscheiden. Darüber hinaus sind einige rostfreie Stähle schwieriger zu schneiden als andere, was bedeutet, dass ihre Kosten auf CNC-Werkzeugmaschinen etwas höher sind.