CNC 加工は、航空宇宙、医療機器、エレクトロニクスなどの用途を備えた製造業の生命線であることは間違いありません。近年、CNC加工材料の分野では目覚ましい進歩が見られます。同社の幅広いポートフォリオは、材料特性、コスト、美観の優れた組み合わせを提供しています。
この記事では、CNC 材料の多様な世界を掘り下げていきます。一般的に使用される材料の詳細なリストを含む、CNC 加工に適切な材料を選択するための包括的なガイドを提供します。さらに、これまで考えたこともなかった、あまり知られていない資料についても触れます。
加工環境
CNC 材料を選択するときは、加工環境を考慮することが重要です。これは、切削速度、工具材質、クーラントなどの加工条件の違いに対して、材料が異なると反応が異なるためです。 加工環境には、温度、湿度、汚染物質の存在などの要因が含まれます。
たとえば、材料によっては、加工温度が高すぎると欠けたり亀裂が生じたりする傾向がある一方、切削速度が高すぎると過度の工具摩耗が発生する材料もあります。同様に、加工中の熱と摩擦を軽減するために、特定の冷却剤または潤滑剤の使用が必要になる場合があります。ただし、これらは特定の材料と適合しない場合があり、腐食やその他の損傷を引き起こす可能性があります。
したがって、加工環境を考慮することは、生産性の向上、コストの削減、完成品の品質の確保に役立ちます。
部品重量
費用対効果、性能、製造性を確保するには、部品の重量を考慮することが不可欠です。部品が重いとより多くの材料が必要となり、製造コストが増加する可能性があります。さらに、より重い部品の製造には、より大型で強力な CNC マシンが必要になる場合があり、コストと製造時間が増加します。したがって、アルミニウムやマグネシウムなどの密度の低い材料を選択すると、部品の重量が軽減され、製造コストが削減されます。
さらに、部品の重量も最終製品の性能に影響を与える可能性があります。たとえば、航空宇宙用途では、コンポーネントの重量を軽減すると、燃料効率が向上し、全体的なパフォーマンスが向上します。自動車用途では、重量を軽減すると燃費が向上し、加速性やハンドリングも向上します。
耐熱性
耐熱性は、大きな変形や損傷を受けることなく高温に耐える材料の能力に直接影響します。 CNC 加工プロセス中、特に切断、穴あけ、またはフライス加工を行う場合、加工される材料はさまざまな加熱および冷却サイクルを受けます。これらのサイクルにより、耐熱性のない材料では熱膨張、反り、亀裂が発生する可能性があります。
耐熱性に優れた CNC 材料を選択することは、機械加工プロセスの改善と生産コストの削減にも役立ちます。材料が高温に耐えられると、より速い切断速度とより深い切断が可能になります。これにより、加工時間が短縮され、工具の摩耗が軽減されます。
CNC 加工用の材料によって耐熱性のレベルも異なり、材料の選択は最終製品の用途によって異なります。アルミニウムや銅などの材料は、熱伝導率が高いため、ヒートシンクや熱管理用途に適しています。しかし、ステンレス鋼とチタンは融点が高く耐食性があるため、航空宇宙や医療用途に最適です。
導電性と磁気の要件
電気伝導率は、材料の電気を伝導する能力の尺度です。 CNC 加工では、熱を効果的に放散できるため、導電性の高い材料が好まれます。プロセス中に発生する熱により材料が反ったり変形したりする可能性があるため、これは金属を加工する場合に特に重要です。銅やアルミニウムなどの導電性の高い材料は熱を効果的に放散することができるため、これらの問題を防ぐことができます。
CNC 材料を選択する場合、特に鉄、ニッケル、コバルトなどの強磁性材料を扱う場合には、磁気特性も重要です。これらの材料には強力な磁場があり、切断プロセスに影響を与える可能性があります。 CNC 加工には、チタンやステンレス鋼などの非磁性材料が推奨されます。磁場の影響を受けないため、よりきれいなカットが得られます。
硬度
機械加工性とは、CNC 工作機械による材料の切断、穴あけ、または成形の容易さを指します。
CNC 材料が硬すぎると、切断や成形が難しくなり、過度の工具の摩耗、工具の破損、または表面仕上げの低下が生じる可能性があります。逆に柔らかすぎると切削抵抗により変形やたわみが生じ、寸法精度や仕上げ面が悪化します。
したがって、高品質で精密な機械加工部品を実現するには、適切な硬度を備えた CNC 加工用の材料を選択することが重要です。さらに、材料の硬度も加工プロセスの速度と効率に影響を与える可能性があります。より硬い材料には、より遅い切断速度またはより強力な切断工具が必要になる場合があるためです。
表面仕上げ
表面仕上げは、最終的な機械加工製品の性能と外観に影響を与えます。たとえば、表面仕上げが粗い部品は摩擦が多くなり、早期の摩耗や故障につながる可能性があります。一方、表面が滑らかに仕上げられた部品は摩擦が少なくなり、性能が向上し、寿命が長くなります。さらに、表面仕上げも美観に重要な役割を果たします。研磨された表面仕上げにより、部品の外観が向上し、顧客にとってより魅力的なものになります。
したがって、CNC 加工用の材料を選択するときは、最終製品の表面仕上げ要件を考慮することが不可欠です。一部の材料は、他の材料よりも滑らかな表面仕上げに機械加工するのが簡単です。たとえば、アルミニウムや真鍮などの金属は、滑らかな仕上げに機械加工するのが比較的簡単です。対照的に、カーボンファイバーやグラスファイバーなどの材料は機械加工がより難しく、滑らかな表面仕上げを実現するには特殊な工具や技術が必要になる場合があります。
美学
CNC 加工プロジェクトが高級小売店で使用される製品の製造を目的としている場合、美観は重要な要素となります。素材は、魅力的な質感、色、表面仕上げを備え、視覚的に魅力的でなければなりません。また、希望の外観を実現するために、簡単に研磨、塗装、または仕上げることができなければなりません。
さらに、自動車や航空宇宙などの業界では、美しさが製品の品質とメーカーの細部へのこだわりを示す場合があります。これは、消費者が高品質の素材と仕上げに割増料金を支払う高級車では特に重要です。
応用
製品の最終的なアプリケーションは最終的な意思決定者です。前述の要因は、CNC 材料を完成させる前に考慮されるすべての理由のほんの一部を占めます。その他のアプリケーション主導の要因には、材料の機械加工性、化学反応性、接着性、材料の入手可能性、疲労寿命などの実際的な懸念事項が含まれる場合があります。
CNC 加工に適切な材料を選択する場合、完成品の用途は考慮すべき重要な要素です。材料が異なれば、硬度、引張強さ、延性などの特性も異なります。これらの特性は、特定の条件下で材料がどのように機能するかに影響を与え、さまざまな用途に対する材料の適合性を決定します。
たとえば、完成品が高温環境での使用を目的としている場合は、熱伝導率が高く、熱による損傷に強いため、アルミニウムや銅などの材料が適しています。
予算
予算はいくつかの理由から考慮すべき重要な要素です。まず、材料のコストは、必要な種類と数量によって大きく異なります。一部の高級金属は高価ですが、プラスチックや複合材料はより手頃な価格です。材料の予算を設定すると、選択肢を絞り込み、価格帯内の材料に焦点を当てることができます。
第二に、CNC の加工コストは高価で時間がかかる可能性があります。加工コストは、材料の種類、部品の複雑さ、必要な設備によって異なります。機械にとって安価な材料を選択すると、全体の生産コストを抑えることができます。
最後に、予算内で材料を選択することは、完成品の品質に影響を与える可能性があります。安価な材料は、高品質の材料に比べて欠陥が生じたり、耐久性が劣ったりする可能性があります。したがって、予算を設定し、その予算内でより高品質の材料を選択することで、完成品の耐久性と高水準が保証されます。
CNC 加工プロジェクトに最適な材料
それでは、次の部分、CNC 加工材料の種類に移りましょう。通常の金属とプラスチックについて詳しく説明します。その後、あまり知られていない CNC 材料に焦点を移していきます。
金属CNC材料
金属は、CNC 機械加工部品の中で最も一般的な材料です。高強度、硬度、耐熱性、導電性など、幅広い優れた特性を備えています。
アルミニウム(6061、7075)
アルミニウムは、CNC 加工において最も多用途で価値のある材料の 1 つであると広く考えられています。優れた強度重量比、軽量性、耐食性、そして印象的な銀色の外観を備えています。したがって、アルミニウムはさまざまな用途で使用するのに非常に望ましいものです。さらに、その良好な熱特性と電気特性により、さまざまな電子および熱管理アプリケーションでの使用に最適です。
チタンやスチールなどの他の CNC 金属と比較して、アルミニウムは比較的機械加工が容易なため、メーカーにとって人気の選択肢となっています。ただし、アルミニウムは入手可能な材料の中で最も安価ではないことに注意してください。また、ステンレス鋼などの他の材料よりも高価です。
高品質の 6061 および 7075 グレードのアルミニウムは、航空宇宙用フレーム、自動車エンジン部品、軽量スポーツ用品での使用に特に人気があります。ただし、アルミニウムの多用途性は、建設、包装、家庭用電化製品など、他の多くの産業や用途でも使用されていることを意味します。
ステンレス鋼(316、303、304)
ステンレス鋼には多くのグレードがあります。しかし、一般に、高い強度と靱性、耐摩耗性、耐食性を備えており、アルミニウムのような光沢のある外観を持っています。さらに、それは中価格帯の金属の一つです。ただし、硬度が高いため加工が難しいCNC素材です。
316 SS は、熱や腐食に耐える能力があるため、海洋用途、医療機器、屋外エンクロージャに役立ちます。 303 と 314 は同様の組成を共有しており、一般に 316 よりも安価で機械加工が容易です。その主な用途には、締結具 (ボルト、ネジ、ブッシュなど)、自動車部品、家庭用電化製品などがあります。
炭素鋼および合金鋼
炭素鋼および関連合金は優れた強度と機械加工性を備えているため、多くの用途での使用に最適です。また、さまざまな熱処理プロセスにも適合し、機械的特性がさらに向上します。さらに、炭素鋼は他の CNC 金属と比較して比較的安価です。
ただし、ステンレス鋼やアルミニウムなどの材料とは異なり、炭素鋼とその合金は本質的に耐食性がないことに注意してください。さらに、その粗い外観は美的用途には適さない可能性があります。
それにもかかわらず、炭素鋼とその合金には、機械的ファスナーや梁などの構造要素など、数多くの実用的な用途があります。制限があるにもかかわらず、これらの材料は、その強度、手頃な価格、および機械加工性により、多くの産業および製造用途で依然として人気のある選択肢です。
真鍮
真鍮は、優れた機械加工性、耐食性、熱伝導性、電気伝導性で知られる多用途の金属です。また、銅の含有により美しい外観と優れた表面摩擦特性を誇ります。
真鍮はさまざまな業界で数多くの用途に使用されています。たとえば、消費者製品、低強度ファスナー、配管、電気機器などによく使用されます。その特性により、美しさを保ちながら耐久性と強度が必要なコンポーネントの製造に理想的な選択肢となります。
銅
銅は、優れた電気伝導性と熱伝導性で知られています。 ただし、展性が高いため、機械加工が難しい場合があります。これにより、CNC 加工中に切りくずの生成が困難になる可能性があります。さらに、銅は腐食しやすいため、環境によっては懸念される場合があります。
これらの課題にもかかわらず、銅は電気配線、磁気製品、宝飾品製造などのさまざまな産業で広く使用されています。その優れた導電特性により、電気および電子用途に理想的な選択肢となり、その展性と美的魅力により宝飾品業界で人気があります。
チタン
チタン合金は優れた強度重量比で知られており、軽量でありながら強度も同時に備えています。耐食性や熱伝導性にも優れています。さらに、チタンは生体適合性があるため、生物医学用途に適しています。
ただし、チタンの使用にはいくつかの欠点があります。導電性が悪く、加工が困難です。通常のハイスまたは弱い超硬カッターは機械加工には適しておらず、CNC 製造で使用するには高価な材料です。
それでも、チタンは CNC 加工、特に高性能航空宇宙部品、軍事部品、インプラントなどの生物医学製品で人気の素材です。
マグネシウム
マグネシウムは強度と軽さを兼ね備えた金属です。優れた熱特性により、エンジンなどの高温環境での使用に最適です。その軽量性により、より軽量で燃料効率の高い車両の製造が可能になります。
ただし、マグネシウムは可燃性があることでも知られており、特定の用途では安全性が懸念される場合があります。さらに、アルミニウムなどの他の金属ほど耐食性がなく、機械加工にコストがかかる可能性があります。
プラスチックCNC材料
次に、CNC プラスチックについて説明します。ほとんどのプラスチック材料は剛性と融点が低いため機械加工できませんが、CNC の幅広い用途に使用できる少数の材料を選択しました。
アセタール(POM)
アセタールは、さまざまな望ましい特性を備えた非常に汎用性の高い CNC プラスチックです。優れた耐疲労性と耐衝撃性、適度な靭性、低い摩擦係数を誇ります。さらに、耐湿性に優れているため、湿気の多い環境での使用に最適です。
アセタールの主な利点の 1 つはその剛性であり、これにより優れた寸法精度での機械加工が容易になります。このため、ベアリング、ギア、バルブなどの精密部品での使用によく選ばれています。アセタールは、その優れた機械的特性と環境要因に対する高い耐性により、自動車、航空宇宙、消費財などのさまざまな業界にとって信頼できる選択肢です。
アクリル(PMMA)
アクリルは、その望ましい特性によりガラスの代替として機能することができる一般的に使用される材料です。優れた剛性と光学的透明性を備えているため、表面の透明性が必要な用途に使用できます。アクリルコンポーネントは、優れた光学的透明性と高度な耐久性を備え、ガラスに代わる魅力的で機能的な代替品を提供します。
アクリルには亀裂の影響を受けやすい、熱軟化するなどのいくつかの制限がありますが、その多用途性と使いやすさにより、依然として CNC 加工用の人気のある材料です。アクリルは、精密で高品質の部品を作成できるため、幅広い用途に最適です。レンズ、透明な筐体、食品保存容器、装飾品などはほんの一例です。
ポリカーボネート(PC)
ポリカーボネート (PC) は、その独特の特性により CNC 加工に使用される一般的なプラスチック材料です。 透明度が高く、安全メガネ、医療機器、電子ディスプレイなど、鮮明さが要求される製品に最適な素材です。また、耐熱性にも優れているため、高温での使用に適しています。
ただし、傷がつきやすく、耐紫外線性が低いため、特定の用途での使用が制限される場合があります。長時間日光にさらされると、黄変して脆くなる可能性があります。このため、UV 安定剤で改良しない限り、屋外用途での使用が制限される可能性があります。
PC の一般的な用途の 1 つは安全メガネやフェイス シールドの製造であり、その耐衝撃性と透明性により PC は理想的な選択肢となります。 PCは自動車部品、電子部品、医療機器の製造にも使用されています。
ポリプロピレン(PP)
ポリプロピレンは、高い耐薬品性や疲労強度など、多くの利点を持つ多用途のポリマーです。これは医療グレードの材料でもあり、CNC 加工時に滑らかな表面仕上げが得られます。ただし、切断中に軟化してかじりやすいため、高温に耐えられないという制限があり、機械加工が若干困難になります。
ポリプロピレンは、さまざまな用途で依然として人気のある選択肢です。優れた特性を持っているため、歯車や医療品の製造に適しています。
ABS
ABS は、機械加工性、引張強度、耐衝撃性、耐薬品性に優れているため、CNC 加工に適したコスト効率の高いプラスチック素材です。また、着色も容易なため、美観が重視される用途に最適です。
ただし、ABS は生分解性がないため、高温環境での使用には適していません。さらに、燃焼すると不快な煙が発生するため、CNC 工場では懸念されることがあります。
ABS には多くの用途があり、3D プリンティングや射出成形でよく使用され、多くの場合 CNC 機械加工を使用した後処理が行われます。自動車部品や保護エンクロージャの作成、ラピッド プロトタイピングによく使用されます。
ナイロン
ナイロンは引張強度、硬度、耐衝撃性に優れた汎用素材です。ガラス繊維強化ナイロンなどのさまざまな複合形態で使用でき、優れた表面潤滑能力を備えています。ただし、湿気の多い環境での使用はお勧めできません。
ナイロンは、摩擦力からの保護が必要な用途に特に適しています。これには、ギア、摺動面、ベアリング、スプロケットなどのコンポーネントが含まれます。優れた強度と潤滑特性を備えたナイロンは、多くの工業製品やスポーツ関連製品に人気があります。
UHMW-PE
UHMWPE は、高硬度、耐摩耗性、耐磨耗性、耐久性などの優れた特性により人気のある素材です。ただし、加工中の熱不安定性により、加工が困難になります。
UHMWPE は加工が難しいにもかかわらず、ベアリング、ギア、ローラーの滑り面の CNC 加工に最適な材料です。その優れた特性により、高い耐摩耗性と耐久性が要求される用途に最適です。正しく機械加工されれば、UHMWPE は他の素材と比べて優れた性能と長い寿命を実現できます。
その他の素材
CNC 加工では通常、金属とプラスチックが使用されますが、以下に挙げる材料を含む他の多くの材料も使用できます。
フォーム
フォームは CNC 材料の一種で、空気が満たされた空隙を持つ固体を特徴とします。このユニークな構造により、フォームに認識可能な形状と驚くべき軽さが与えられます。ポリウレタンフォームや発泡スチロールなどの特定の高密度フォームは、その剛性、強度、軽量さ、耐久性により容易に機械加工できます。
フォームは軽量であるため、保護包装に最適な選択肢です。さまざまな形やサイズに機械加工できる多用途性により、装飾品の作成にも同様に役立ちます。さらに、その断熱特性により、建物、冷凍装置、および温度制御が重要なその他の用途の断熱材として人気があります。
木材
木材は、加工が容易で、強度と硬度が高く、種類が豊富であるため、CNC 加工に広く使用されている素材です。さらに、木材は有機化合物であり、環境に悪影響を及ぼしません。木材はその多用途性と美的魅力により、家具、室内装飾、DIY プロジェクトに人気の選択肢です。
しかし、木材の加工では大量の粉塵が発生し、作業者の健康を脅かす可能性があります。したがって、木材加工工場では適切な切り粉管理システムを導入することが重要です。
複合材料
複合材料は、結合媒体で結合された 2 つ以上の構成要素で構成される材料です。 CNC 加工で使用される一般的な複合材料には、カーボンファイバー、合板、グラスファイバーなどが含まれます。これらの材料は、自動車、航空、スポーツ、医療などのさまざまな業界で応用されています。
複合材料の機械加工は、いくつかの要因により非常に困難な場合があります。複合材料の構成材料は、繊維、破片、板など、さまざまな機械的特性や形状を持つことができます。さらに、接着媒体自体が、機械加工プロセス中に考慮する必要がある独特の特性を備えている場合があります。
潜在的な CNC 材料を考慮することを忘れないでください
CNC 加工材料の種類が豊富であるため、利点よりも混乱が生じる場合があります。従来の金属やプラスチックを超えた潜在的な CNC 材料を見落とすのはよくある問題です。
製造向けの設計中に全体像を把握できるように、プロジェクトの材料を最終決定する前に考慮すべき点の短いリストを以下に示します。
非金属材料を選択する: 非金属材料が金属の同等の代替品となる例がいくつかあります。たとえば、ABS や UHMW-PE などの硬質プラスチックは、硬く、強く、耐久性に優れています。カーボンファイバーなどの複合材料も、多くの最高性能の金属よりも優れていると宣伝されています。
フェノール樹脂を検討してください。フェノール樹脂は、高い剛性と表面特性を備えた、コスト効率の高い複合材料の一種です。機械加工が簡単で、信じられないほどの高速で切断できるため、時間とコストを節約できます。
さまざまなプラスチックについて知る: プラスチック CNC 加工材料の全ポートフォリオについての知識を持つことは、設計者にとって必須のスキルです。 CNC プラスチックは安価で、機械加工が容易で、無視できない多様な材料特性があります。
異なるフォームの間で適切な選択を行う: フォームに関する上記のセクションを参照して、フォームには CNC 材料として多くの可能性があることを強調したいと思います。一部の CNC 機械コンポーネントも金属発泡体で作られています。さまざまな CNC フォームを研究して、どれがあなたの用途に最も適しているかを確認してください。
さまざまな CNC 加工プロジェクトと材料を 1 つのソースで提供
製造のための設計は、現代の産業にとって重要な側面です。材料科学の進歩に伴い、CNC 加工は慎重な材料選択にますます依存するようになりました。 Guan Sheng では、CNC フライス加工や旋削などの CNC 加工サービスを専門とし、人気の金属から高品質のプラスチックまで幅広い材料を提供しています。当社の 5 軸加工機能と経験豊富なチームの組み合わせにより、比類のない精度と品質をお客様に提供することができます。
当社は優れた顧客サービスを提供することに専念し、お客様のコスト削減と目標達成の支援に全力で取り組んでいます。当社の技術チームは、プロジェクトに最適な材料の選択を支援し、専門家のアドバイスを無料で提供します。カスタム CNC 機械加工部品が必要な場合でも、特定のプロジェクトを念頭に置いている場合でも、当社はあらゆる段階でお手伝いいたします。
投稿時間: 2023 年 7 月 7 日