CNC 가공을 위한 금속 옵션

CNC 가공을 위한 구성 요소를 설계할 때 여러 번 금속 재료를 선택합니다. 이를 위해서는 강도 요구 사항, 내화학성, 열 안정성, 비용 및 기타 요소를 고려해야 합니다. 선택할 수 있는 재료가 너무 많아 다소 부담스러울 수 있습니다. 먼저 부품의 가장 중요한 기능을 정의합니다. 어떻게 작동합니까? 어떤 환경에 노출됩니까? 다른 구성 요소와 어떻게 상호 작용합니까?

위의 부품의 중요한 특성을 이해한 후, 이 기사에서 소개하는 경금속 또는 연금속을 가공하기 전에 고려해야 할 6가지 요소를 결합합니다. 올바른 금속 재료를 선택하는 데 도움이 될 것입니다.

금속의 기계적 성질

다양한 힘이 가해질 때 재료의 성능으로 측정되는 기계적 특성부터 시작하겠습니다.

고려해야 할 금속의 주요 기계적 특성은 다음과 같습니다.

경도:

단단한 재료는 부드러운 재료보다 긁힘과 주름에 더 강합니다. 단단한 재료는 부싱과 같은 마모 부품에 적합합니다. 일부 재료는 나중에 가공 및 경화될 수도 있습니다. 재료가 경화되면 재료 속성이 변경된다는 점을 기억하십시오. 예를 들어, 재료를 경화시키면 재료가 더 부서지기 쉽습니다. 코팅으로 부품의 표면을 경화시킬 수도 있습니다.

다음 그림은 단순히 일반적인 금속 재료의 경도를 비교한 것입니다.

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

밀도:

알루미늄의 밀도는 연강보다 훨씬 낮아 무게의 약 1/3입니다. 재료의 등급에 따라 무게(강도 대 중량 비율)로 비교할 때 알루미늄은 실제로 강철보다 더 강할 수 있습니다.

인장 강도:

재료가 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 응력. 두 구성 요소를 연결하는 브래킷을 설계하는 경우 이러한 구성 요소가 상호 작용하는 방식을 고려하십시오. 인장 강도는 파괴에 저항하는 재료의 능력을 나타냅니다.

댐핑(경질 금속은 댐핑 용량이 적은 경향이 있음)

취약성:

잘 부서지기 쉬운 재료는 부서지기 전에 늘어나거나 변형되지 않습니다. 부품을 계속 구부려야 하는 경우 취성 재료는 좋은 선택이 아닙니다.

위의 속성 중 하나라도 프로젝트에 중요한 경우 각 재료의 실제 속성 등급을 얻기 위해 조사를 수행하는 것이 좋습니다.

금속의 마모 및 피로 특성

일반적으로 프로토타입 적합성과 기능을 달성하기 위해 부품을 가공하는 경우 재료 마모에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 강도를 보장하거나 극한 온도와 같은 환경 특성 테스트를 견딜 수 있는 부품을 허용해야 하는 경우 재료 선택이 매우 중요합니다. 고려해야 할 가장 중요한 피로 특성을 분석해 보겠습니다.

피로 강도 및 인성:

이것은 재료가 특정 주기 내에서 견딜 수 있는 응력입니다. 이러한 변경 사항은 최종 사용 요구 사항을 충족하는 적절한 재료를 선택하는 데 도움이 되도록 광범위하게 연구되었습니다. 실제로 이 주제에 대한 연구에 따르면 금속피로란 한 곳 또는 여러 곳에서 반복응력 또는 반복변형률의 작용으로 재료 및 부품이 점진적으로 국부적으로 영구적인 누적 손상을 일으키고 일정 주기 후에 균열이나 돌발적인 현상이 발생하는 현상을 말한다. 완전한 골절의 과정. 모든 금속 파손의 약 90%는 경고 없이 빠르게 발생하므로 일반적으로 비율의 평균을 사용하여 피로 강도를 측정합니다. 재료를 선택할 때 부품이 여러 응력 주기를 견뎌야 한다는 것을 알고 있다면 피로 강도 수준을 평가하는 것이 좋습니다.

여 금속 부품의 작동 온도

구성 요소가 작동할 환경의 작동 온도는 고려해야 할 또 다른 중요한 요소입니다. 사용되는 CNC 재료의 융점이 작동 온도보다 높아야 하기 때문입니다. 그렇지 않은 경우 부품의 구조가 변경될 수 있습니다. 또한 CNC 가공 재료가 극한의 온도 변화를 견딜 수 있는지 확인해야 합니다. 일부 재료는 이러한 온도 변화를 견딜 수 있지만 일부 재료는 사용 기간 후에 구조적 변화를 경험할 수 있습니다.

환경 주기 테스트를 위한 많은 리소스가 있습니다. 대부분의 경우 재료는 통제된 환경에 배치되고 고온 및 저온, 고온 및 저온, 열 순환 및 열 충격에 대해 테스트됩니다.

-고온 저항 금속:티타늄 및 스테인리스 스틸.

– 극저온을 견디고 저온에서 연성을 유지할 수 있는 금속:구리 및 알루미늄.

크리프 저항은 "크리프"에 저항하는 재료의 능력으로 정의되며, 이는 높은 수준의 응력에 노출되어 장기간에 걸쳐 고체 재료가 변형되는 경향을 나타냅니다. 크리프 저항은 발생하는 데 시간이 더 오래 걸리기 때문에 재료의 표준 응력 한계를 초과할 수 있다는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 니켈, 티타늄 및 스테인리스강은 금속에 대한 내크리프성이 가장 높습니다.

금속의 부식(산화) 저항성

금속과 주변 환경 사이의 화학 반응으로 인해 금속 부식은 열화 또는 산화입니다. 금속 부식에는 여러 가지 이유가 있으며 모든 금속이 부식된다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 순철은 일반적으로 매우 빠르게 부식되지만 철과 다른 합금을 결합한 스테인리스 스틸은 매우 천천히 부식됩니다. 부식이 걱정된다면 스테인리스 스틸이 금속에 탁월한 선택입니다.

스테인리스 스틸의 또 다른 대안은 양극 산화 알루미늄입니다. 이 방법은 부식을 줄이는 데 도움이 되며 매우 내구성 있는 마감재입니다. 니켈 도금 연강은 스테인리스 스틸을 사용하는 것보다 비용 효율적일 수 있습니다.

금속의 열적 특성

금속은 팽창하고 녹고 전기를 전도할 수 있습니다. 가장 일반적인 열 특성은 전기 전도도이며, 이는 열을 전도하는 재료의 능력입니다. 열전도율이 높은 재료는 열 전달에 더 좋습니다. 구성 요소가 냉각 응용 프로그램에 사용되는 경우 열전도율이 높은 재료에 더 많은 주의를 기울이는 것이 가장 좋습니다.

일반적인 금속의 열적 특성은 참고용으로 아래 표에 나와 있습니다.

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

제조 실적

가공성이란 절단(가공)하여 재료를 변형할 수 있는 용이성을 말합니다. 예를 들어, 알루미늄은 기계 가공이 매우 쉽고 다른 재료만큼 빨리 마모되지 않습니다. 따라서 알루미늄의 가공 비용은 가공성이 낮은 재료에 비해 "저렴"합니다.

금속은 최종 제품의 성능 특성을 결정하는 다양한 재료 특성을 가지고 있습니다. 이러한 다양한 특성은 훌륭하지만 원자재 비용 및 가공 비용과 균형을 이루어야 합니다. 예를 들어, 부품이 스테인리스강으로 지정된 경우 비용과 재료 특성이 크게 다른 여러 등급의 스테인리스강이 있음을 알 수 있습니다. 또한 일부 스테인리스강은 다른 스테인리스강보다 절단하기가 더 어렵습니다. 이는 CNC 공작 기계의 비용이 약간 더 높다는 것을 의미합니다.