CNC 加工的金属选项

在设计用于 CNC 加工的部件时，很多时候您会选择金属材料。为此，您需要考虑强度要求、耐化学性、热稳定性、成本和其他此类因素。有这么多材料可供选择，可能有点不知所措。首先定义零件的最重要特征。它是如何工作的？它会暴露在什么环境中？它如何与其他组件交互？

在了解了零件的上述重要特性后，结合本文介绍的在加工硬金属或软金属之前应考虑的六个因素。我相信它会帮助您选择合适的金属材料。

金属的机械性能

让我们从力学性能开始，这是通过施加不同力时材料的性能来衡量的。

需要考虑的金属的主要力学性能有：

硬度：

较硬的材料比柔软的材料更耐刮擦和抗皱。硬质材料适用于衬套等磨损部件。有些材料也可以在以后加工和硬化。请记住，如果材料变硬，材料特性会发生变化。例如，硬化材料可能会使其更脆。零件表面也可以用涂层硬化。

下图简单对比常见金属材料的硬度

来源自https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html

密度：

铝的密度比低碳钢低得多，大约是其重量的三分之一。根据材料的等级，从重量（强度重量比）来看，铝实际上可能比钢更坚固。

抗拉强度：

材料在失效前所能承受的最大应力。如果您设计一个连接两个组件的支架，请考虑这些组件如何交互。抗拉强度代表材料抗断裂的能力。

阻尼（硬金属的阻尼能力往往较小）

脆性：

高脆性材料在断裂前不会拉伸或变形。如果您的零件需要连续弯曲，那么脆性材料将不是一个好的选择。

如果上述任何属性对您的项目很重要，我们建议您进行一些研究以获得每种材料的实际性能等级。

金属的磨损和疲劳特性

通常，如果您正在加工零件以实现原型配合和功能，则无需担心材料磨损。如果您需要确保强度或让零件经受住极端温度等环境特性的考验，您对材料的选择将非常重要。让我们分解要考虑的最重要的疲劳特性。

疲劳强度和韧性：

这是材料在一定数量的循环内可以承受的应力。这些变化已经过广泛研究，以帮助选择合适的材料来满足您的最终用途要求。事实上，根据对该课题的研究，金属疲劳是材料和部件在一个或几个地方的循环应力或循环应变的作用下，逐渐发生局部永久性累积损伤，并在循环一定次数后出现裂纹或突然发生的现象。完全断裂的过程。大约 90% 的金属失效会在没有任何预警的情况下迅速发生，因此我们通常使用比率的平均值来衡量疲劳强度。在选择材料时，如果您知道您的零件会承受多次应力循环，我们建议您评估疲劳强度等级。

W 金属零件的工作温度

组件运行环境的运行温度是另一个需要考虑的重要因素。这是因为所使用的 CNC 材料的熔点必须高于工作温度。如果不是，则零件的结构可能会发生变化。此外，您必须确保 CNC 加工的材料能够承受极端的温度变化。虽然有些材料可能能够承受这些温度变化，但有些材料在使用一段时间后可能会发生结构变化

环境循环测试有很多资源。在大多数情况下，将材料放置在受控环境中，并对其进行高低温、高低湿度、热循环和热冲击测试。

–耐高温金属：钛和不锈钢。

–能承受极冷温度并在低温下保持延展性的金属：铜和铝。

抗蠕变性定义为材料抵抗“蠕变”的能力，“蠕变”是指固体材料由于暴露于高水平应力而在很长一段时间内变形的趋势。需要注意的是，抗蠕变性可能会超过材料的标准应力极限，因为它需要更长的时间才能发生。镍、钛和不锈钢对金属的抗蠕变性最高。

金属的耐腐蚀（氧化）性

由于金属与周围环境发生化学反应，金属腐蚀是降解或氧化。金属腐蚀的原因有很多，值得注意的是所有金属都会腐蚀。纯铁通常腐蚀非常快，但结合铁和其他合金的不锈钢腐蚀非常缓慢。如果您担心腐蚀，不锈钢是金属的绝佳选择。

不锈钢的另一种替代品是阳极氧化铝。这种方法有助于减少腐蚀，并且是一种非常耐用的饰面。镀镍低碳钢可能比使用不锈钢更具成本效益。

金属的热性能

金属可以膨胀、熔化和导电。最常见的热特性是电导率，这是一种材料传导热量的能力。具有高导热性的材料在传热方面更好。如果您的组件用于冷却应用，最好多注意具有高导热性的材料。

下表列出了常见金属的热性能供参考。

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

制造性能

可加工性是指材料可以通过切削（机加工）进行修改的难易程度。例如，铝很容易加工，并且不会像其他材料那样快速磨损工具。因此，与可加工性较低的材料相比，铝的加工成本“便宜”。

金属具有不同的材料特性，这些特性决定了最终产品的性能特征。这些各种特性都很好，但要与原材料成本和加工成本相平衡。例如，如果您的零件被指定为不锈钢，您会发现有几种不同等级的不锈钢，它们在成本和材料特性上差别很大。此外，有些不锈钢比其他不锈钢更难切割，这意味着它们在数控机床上的成本会略高。