CNC加工材料选择指南

有一个设计很棒的项目吗？您已经有了一个良好的开端，规格和原型已经完成。现在您已准备好开始制作您的产品。如果您有兴趣使用 CNC 机床制造新零件，您不会对结果感到失望，尤其是如果您选择了合适的材料。

CNC 加工已成为需要为其项目制造专用零件的广泛学科的主要内容。 CNC 材料已经扩展以满足消费者、工程师、承包商和其他领域的需求，为非常特定的应用创建解决方案。有多种材料可供选择是一种奢侈，但如果您不分析自己的需求并在做出决定之前问自己一些问题，也会让人不知所措。

如果您希望您的项目高效运行并生产出完美契合的产品，此 CNC 加工材料指南可以在您的决策过程中为您提供帮助。

本指南将引导您完成以下步骤，以便您为您的项目选择理想的 CNC 材料：

1. 定义您将如何使用您要制造的产品，以便您可以根据最终结果的功能做出重大决策
2. 分析您的产品是在远离恶劣天气的室内使用，还是在可能需要耐腐蚀特性的室外使用
3. 确定材料的必要应力载荷和尺寸公差，以便您可以根据其预期用途创建可靠的产品
4. 考虑您的零件是否需要兼容的紧固件或具有耐磨性能，以便它本身可以成为紧固件
5. 了解产品的理想工作温度，以便选择能够承受必要温度变化的材料
6. 衡量您产品的重量和压力能力，以选择能让您的零件正常工作的材料
7. 计算您的项目成本，以确保您选择合适的材料

选择正确 CNC 材料的基本问题

为您的零件选择合适的材料是平庸结果和最佳结果之间的区别。这些重要的问题是最好的起点。您越能缩小最适合您零件的 CNC 加工材料的范围，就越容易选择适合您需求且具有成本效益的材料。以下是您应该考虑的一些事项。

零件将如何使用？

由于 CNC 加工多年来不断扩展，CNC 机床组件也在扩展。类似类型的材料可用于各种产品并产生不同的功能。绝缘就是一个很好的例子。用于对呼吸测醉器进行绝缘的材料可能与在相机中提供绝缘的材料不同。它们都用于相同的目的，但方式不同或用于相同类型的结果。另一方面，隔音墙的材料有不同的规格和用途。通过考虑产品的结果开始您的材料搜索。

该部件是在室外还是室内使用？

室外和室内环境非常不同——一个完全取决于天气，而另一个通常是一个更加可控的环境。例如，在室外环境中，您需要规划湿度。您的材料需要能够抵抗腐蚀的影响，例如生锈，以便随着时间的推移保持其完整性。硬质泡沫是一个很好的例子，这种材料既能防潮防锈，又能保持结构完整性。

高温和低温的极端温度也将消除某些材料作为最佳选择。您可能还需要满足 FDA 监管规范的规范。您的产品将在哪里使用或存储，以及它们对水分和极端温度变化的反应如何成为决定使用哪种材料的基石。

什么是材料的应力载荷？

高应力载荷会导致某些材料变形甚至断裂。当您考虑为您的零件使用哪种材料时，请确保您已经考虑了应力载荷。如果您的零件将承受高应力，则制造它的材料将需要具有抗载荷和防止变形的能力。

什么是材料的尺寸公差？

在考虑 CNC 加工组件时，请密切注意尺寸公差。除了影响制造过程的成功之外，尺寸公差还会影响您的底线、您选择的零件和工具以及它们的装配和切割方法。

您需要知道零件所需的公差。如果您使用的是旧零件设计或草图，最好确保公差合适。文档中很容易出现拼写错误。即使信息是正确的，如果您可以进行调整以放松公差并仍然让零件充分发挥其潜力，您可以通过重新评估公差来节省资金。更严格的公差通常生产成本更高。

一些加工工具默认使用标准尺寸公差，但如果您没有指定公差，或者发现您的数字不正确，您最终会订购一个可能根本不适合或无法工作的零件。虽然您可以解决此问题，但您的项目需要更多时间来调整零件大小或重新订购，并且最终会比您预先确定正确的公差要花费更多。从长远来看，这个简单的初始步骤可以帮助您省钱。

如果您不确定所需零件的确切公差是多少，与其冒险猜测，不如让 American Micro Industries 等 CNC 加工公司帮您弄清楚。

需要什么紧固？

如果您需要的 CNC 加工部件将用作紧固件，请在选择材料时考虑这一点。材料会影响紧固件装配在一起的牢固程度。不同的材料具有不同的特性——例如，强度、耐腐蚀性、脆性和电偶腐蚀——因此您应该选择一种能够反映您希望紧固件具有的特性的材料。最常见的紧固件材料是钢，但您也可以使用其他材料制造优质紧固件。

如果您正在寻找要固定的新零件，它需要完美贴合。如果您在决定材料时没有考虑所需的紧固类型，则您的机制可能无法正常工作。

工作温度是多少？

考虑零件在制造过程中到位时需要承受的工作温度。您要确保所选材料的熔点低于工作温度。您还需要确保材料能够应对工作温度的波动。虽然一些更耐用的材料可以承受这些变化，但随着时间的推移，许多材料会出现翘曲、膨胀或分解的迹象。极端温度也会对某些材料的耐用性产生负面影响。

当您使用 CNC 加工材料时，了解工作温度同样重要，因此您可以确保零件切割和成型所产生的温度不会使其变形。在工作温度和您使用的材料之间建立联系对于成功的设计和生产运行至关重要。

高温及其对材料的影响

在选择要使用的材料时，高温起着至关重要的作用，因为许多材料在极端高温下会变质。一种在高温下会失去强度的流行塑料是聚氯乙烯或 PVC。虽然它具有良好的耐火等级，但它的工作温度约为 176° F。在 280° F 左右往往会失去稳定性，使其不适合某些项目。

在这些高温条件下，一些材料具有弹性和耐用性。例如，聚异氰脲酸酯具有不允许其熔化或冻结的特性。热固性塑料首先被加工成粘性材料，使其形成多种形状。固化后，它变得坚硬且异常稳定。当您想知道可以在 CNC 机床中使用哪些材料来制造您需要的零件时，请务必考虑材料如何处理高温。

什么是重量和抗压能力？

根据您想用 CNC 加工的部件做什么，您应该考虑材料的重量。更大并不总是更好，更少并不总是意味着更多——尤其是在成本方面。

重的材料会吸收大量的压力。对于需要过度承重能力和抗高应力载荷的项目，您可以考虑使用重型材料。但是，如果您从事对重量敏感的项目，您可能希望避免使用重材料。

轻质材料在重量敏感的项目中很受欢迎。虽然它们不像重型材料那么重，但它们仍然耐用并且能够吸收大量的压力。不幸的是，它们的成本效益不是很高，因为它们通常不会包含您项目所需的所有材料功能。轻质材料是许多产品的理想选择，但如果成本是一个重要因素，那么它们可能不太合适。

在重型和轻型材料之间进行选择只是优先考虑 CNC 加工零件最重要特性的一个原因。这样一来，您就可以指定哪些元素对您的零件至关重要，以使其正常工作，消除不符合这些标准的材料，然后比较成本。

强度并不一定意味着一个物体可以承受多少重量。还有更多的组件可能需要检查，例如：

• 抗拉强度： 物体在张力下抵抗断裂的能力。
• 耐力强度： 物体的整体应力吸收能力。
• 耐磨性： 物体处理摩擦或自润滑的能力。一个很好的例子是超高分子量聚乙烯，或 UHMW。它是与 Teflon® 类似的产品，但更耐磨。
• 硬度： 物体承受精确表面载荷的能力。硬度通常用布氏或洛氏硬度值表示。

项目总成本是多少？

最昂贵的材料通常是高强度、轻质的材料。选择具有成本效益的组件的最佳方法是选择符合您的强度分布、温度限制和装配要求的组件。您对材料的关键要求或限制越多，就越容易关注这些关键要素。

寻找一个提供免费报价且对您的材料没有最低要求的行业将有助于立即降低成本。缩小详细信息范围后，您就可以决定采用更具成本效益的材料来满足您的大部分需求。

数控机床可以使用哪些材料？

一个更好的问题实际上可能是哪些材料不能使用。 CNC 机器几乎可以切割任何您能想到的材料。虽然您可以在 CNC 机床中使用多种材料，但最常用的材料是：

• 金属： 例如铝、黄铜或钢
• 塑料： 例如乙缩醛 (POM)、丙烯酸树脂 (PMMA)、聚碳酸酯 (PC) 和聚丙烯 (PP)
• 木材： 例如硬木、胶合板或软木
• 泡沫： 例如雕刻泡沫和硬质泡沫，它们往往更轻巧但更耐用。

你应该尝试什么类型的材料？

你应该尝试什么类型的材料？

一旦您考虑了上面列出的所有因素，您就有可能确定哪种材料最适合您的零件。可能需要进行一定程度的调整和试验才能找到准确的选择。以下是 CNC 加工部件中使用的四种常用材料的概述：

• 硬质泡沫： 通过传导方式，硬质泡沫作为绝缘值最高的泡沫。它可以在低至 -100° F 和高达 200° F 的温度下工作。硬质泡沫还具有更高的 R 值，这使其成为需要承受的地板、墙壁和其他基于结构的产品的最佳选择水分。
• 雕刻泡沫： 雕刻泡沫几乎可以呈现任何形状。由于其柔韧性，它通常用作模具的模型，但也用于垫圈和密封件等部件。雕刻泡沫含有聚异氰脲酸酯，它致密且耐极端温度。
• 酚醛树脂： 如果您需要满足 MIL-I-24768 等军用级规格，酚醛树脂可以满足这一要求。有多种可供选择，如 CE、LE、G10、G10/FR4、G9、G11 和 G7。每个人都有自己的一套优势。例如，与 CE 材料相比，酚醛亚麻的精细编织可产生良好的机械性能、尺寸稳定性和更好的机加工部件光洁度。但是，不建议将酚醛亚麻布用于电气初级绝缘。 LE 酚醛树脂符合 Mil-I-24768/13 FBE 要求，而 CE 酚醛树脂符合 Mil-I-24768/14 FBG 要求。
• 塑料： 塑料有多种类型，大部分用于衬套、轴承或电气绝缘。也就是说，更流行的塑料类型存在市场。塑料的用途十分广泛，让许多行业受益，例如航空航天、汽车、医疗和电子。

CNC 加工某些材料的一般提示

最终决定为您的零件使用哪种 CNC 加工材料取决于您要创建的内容，但以下是一些可用作 CNC 加工材料简短指南的一般提示：

• 考虑非金属材料： 不要认为金属是您的最佳选择。非金属材料变得流行，因为它们重量轻且耐用——就像泡沫一样，你可以塑造成各种形状。非金属在切割过程中也会保留一些小细节。如果您的项目看起来可以从使用非金属中受益，那么有很多选择可以使您的最终产品受益。
• 了解泡沫之间的区别： 请记住，硬质泡沫和雕刻泡沫有不同的用途。虽然两者都轻巧耐用，但硬质泡沫最适合用于注重结构完整性和稳定性的零件，而雕刻泡沫通常用作模具的绝缘材料和原型。
• 考虑酚醛树脂： 酚醛树脂是很好的选择，尤其是当您需要遵守军事相关项目的特定法规或规范时。
• 了解不同的塑料： 您可以从各种不同的塑料中进行选择。乙缩醛通常用于更换衬套和轴承。聚偏二氟乙烯聚合物或 PVDF 用于电线绝缘。您可以在医疗生物材料中使用 UHMW，例如膝关节、髋关节和脊柱置换设备。这些只是塑料提供无限可能性的几个例子。

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