CNC 가공 재료: 금속, 플라스틱 및 복합재 가공 능력에 따라 순위

재료 선택은 대부분의 비용이 결정되는 부분이지만 대부분의 엔지니어링 관심이 집중되는 곳은 거의 없습니다.한 팀은 3주 동안 CAD 모델을 최적화하고 30분 동안 자료를 선택합니다., 그렇다면 왜 1부품 가격은 예상보다 60% 더 높은지 또는 왜 첫 번째 팩이 현장 테스트에 실패하는지 궁금해합니다.

기계가 얼마나 빨리 절단할 수 있는지, 얼마나 많은 도구를 소모할 수 있는지, 얼마나 오래 걸리는지, 그리고 완성된 부품이 서비스 환경에서 어떻게 작동하는지제대로 하면 가공이 빨라값싸고 예측가능합니다. 잘못하면 프로그래밍 최적화나 고정기술의 어느 정도도 비용을 회수하지 못합니다.

이 가이드는 금속, 공학 플라스틱 및 특수 합금에서 모든 주요 CNC 가공 소재를 다루고 있습니다. 각 소재는 가공성, 기계적 특성, 비용,그리고 실제로 해당되는 응용 프로그램결국, 당신은 인용 전에 올바른 자료를 선택하기 위해 명확하고 데이터에 기반한 프레임워크를 갖게 될 것입니다.

기계 가용성 은 실제 로 무엇 이며, 왜 비용 을 증가 시키는가?

가공성 (machinability) 은 상대적으로 쉽게 절단할 수 있는 재료로, 용의적인 도구 수명과 절단 속도에 따라 수용 가능한 표면 완성도를 가진 차원적으로 정확한 부품을 생산할 수 있다.그것은 하나의 재산이 아닙니다.그것은 재료의 경화, 열 전도성, 칩 형성 행동, 작업 경화 경향 및 가열성의 합성 결과입니다.

왜 가공성 드라이브가 직접 비용이 들까요: 알루미늄 6061과 같은 고 가공성 물질은 표준 탄화물 도구로 분당 300~600m의 절단 속도를 허용합니다.교체하기 전에 도구마다 수천 개의 부품을 생산합니다.인코넬 625과 같은 가공성이 낮은 재료는 분당 30m 이하의 절단 속도를 요구하며, 20~50배의 가공 속도를 소비하며, 부품 당 가공 시간이 훨씬 더 많이 필요합니다.같은 기하학 인코넬에 알루미늄보다 기계 8 ~ 15 배 더 많은 비용이 든다원자재 가격 차이를 고려하지 않고

금속의 가공성 등급은 일반적으로 AISI 1112 자유 가공 철강에 대한 비율로 표기되며, 100%의 기준값이 부여됩니다.100 이상의 재료는 그 기준 철강보다 더 쉽게 가공됩니다.100 이하의 재료는 더 단단합니다.[1]알루미늄 합금 300~1,500%, 청동 200%, 가벼운 강철 65%, 스테인리스 스틸 304 45%~50%, 티타늄 5등급 22%인코넬 625 8~12%이 숫자는 하나의 칩을 잘라내기 전에, 당신의 기본 재료 선택에 비해 부품 비용이 어떻게 커질지 알려줍니다.

가장 일반적 인 CNC 금속 은 가공 가능성, 강도, 비용 에 관하여 어떻게 비교 합니까?

아래 표는 CNC 가공에 가장 자주 지정되는 열두 개의 금속을 다루고 있습니다. 속성은 CNC 생산에서 사용되는 가장 일반적인 온도 또는 등급에 대한 전형적인 값을 반영합니다.상대적 비용은 기준 1으로 알루미늄 6061-T6에 인덱스됩니다..0x

위의 표의 비용 인수는 원자재 가격, 가공 시간 (작업 가능성과 절단 속도에 따라) 및 도구 소비를 고려합니다.알루미늄에서 기계에 2 시간 걸리는 티타늄 등급 5 부품은 훨씬 더 높은 도구 변경 빈도로 티타늄에서 8 ~ 12 시간 걸릴 수 있습니다이 비율이 원자재 가격이 아닌 최종 부품 비용의 차이를 결정합니다.

CNC 부품 을 위해 어떤 금속 을 선택 해야 합니까?

알루미늄 6061-T6: 기본 선택

알루미늄 6061-T6은 세계에서 가장 널리 지정된 CNC 가공 재료입니다. 좋은 이유도 있습니다.자유 가공 철강에 비해 500%는 도구가 오래 지속된다는 것을 의미합니다., 사이클 시간은 짧고, 0.8 ~ 1.6μm의 Ra 표면 완공은 영웅적인 노력없이 달성 할 수 있습니다.310 MPa의 팽창 강도와 276 MPa의 강도 강도는 대다수의 장막의 구조 요구 사항을 충족시킵니다.항공우주, 자동차, 소비자 전자제품 및 산업 장비의 브래킷, 하우스 및 구조 구성 요소.

167 W/m·K 의 열 전도성으로 인해 열 방조기 및 열 관리 구성 요소에 대한 첫 번째 선택입니다. 그것은 모든 색상에서 깨끗하게 애노디화, 분말 코팅 및 화학 변환 코팅을 받아 들입니다.그리고 쉽게 용접됩니다.6061이 전달할 수 없는 특정 특성을 확인하지 못한다면, 6061은 당신의 재료입니다.

알루미늄 7075-T6: 강도가 높아져야 할 때

6061이 구조적 요구 사항을 충족 할 수 없을 때 7075-T6은 다음 호출입니다. 540 MPa의 팽창 강도와 503 MPa의 양력 강도는 일반적으로 가공 된 가장 강한 알루미늄 합금으로 만듭니다.T6 온도에서 6061보다 거의 두 배 강합니다.이는 항공우주 구조 부품, 고성능 자전거 프레임 및 국방 하드웨어에서 무게가 어려운 제약이며 힘이 손상 될 수 없는 지배적인 위치를 차지합니다.

7075은 원료만으로는 6061보다 2.0~3.0배 더 비싸다.그것은 열에 영향을받는 용접 구역에서 스트레스 부식 균열로 인해 구조적 목적으로 효과적으로 열 수 없습니다.. 그 염화 저항력은 6061보다 낮으며, 야외 또는 해양 환경에서 보호 염색 또는 페인팅이 필요합니다. 염색 색상 품질은 6061보다 덜 일관적입니다.7075을 지정하는 것은 양력 강도가 실제로 6061s 276 MPa를 초과하는 경우에만 해당됩니다.6061이 편리하게 처리 할 수있는 부품에 본능적으로 지정하는 것은 정밀 제조에서 가장 흔하고 비싼 재료 선택 오류 중 하나입니다.

스테인리스 스틸 304 대 316L: 환경이 결정한다

304 및 316L 모두 거의 동일한 기계적 특성을 가진 아우스테니트 인 스테인리스 스틸입니다: 약 515 MPa의 팽창 강도, 냉동 온도에서 좋은 강도,그리고 반열 상태에서 비자극적 행동이 둘 사이의 차이는 316L의 2~3%의 몰리브덴 함유량으로 인해 손상 저항성이 완전히 다릅니다.그 몰리브덴은 304의 18에서 316L의 26로 뚫림 저항 동등 수 (PRE) 를 증가시킵니다., 염화 공격에 대한 저항성이 44% 향상되었습니다.

304은 부품이 실내 또는 염화물 없는 환경에서 작동할 때 사용한다: 부엌 장비, 실내 건축 장비, 부식성 없는 액체의 액체 저장 탱크, 일반 산업용 브래킷.316L는 클로라이드가 서비스 환경에서 어디에나 존재할 때 사용하십시오. 해상 장비, 소금이나 살균 화학 물질과 접촉하는 의료 장치, 화학 처리 장비,그리고 해안 밖의 구조물. 316L의 원자재 비용 프리미엄은 304보다 30에서 40 퍼센트입니다. CNC 가공 비용은 거의 동일합니다.두 종류 모두 같은 속도로 작업-강도와 기계에서 약 45 ~ 50%의 자유 가공 스틸 속도.

티타늄 Ti-6Al-4V (5급): 가격에 대한 성능

티타늄 등급 5은 다른 일반적으로 가공 된 금속이 일치하는 특정 강도 (밀도에 의해 나뉘는 강도) 를 제공합니다. 900 MPa의 팽창 강도와 4.43 g/cm3 밀도에서,그것은 무게의 45%에서 많은 강철의 구조 성능을 달성티타늄이 해수, 농축된 질소산, 그리고 생물학적 환경에서도영구적인 의료 임플란트에 대한 의무 선택입니다., 항공우주 구조물 중량 결정적 부품, 그리고 고성능 모터스포츠 부품.

가공 비용 프리미엄은 소소한 고려 사항이 아닙니다. Ti-6Al-4V 기계는 자유 가공 철강의 상대적 비율의 22%에서 느린 절단 속도 (일반적으로 분당 30 ~ 60 미터) 를 필요로합니다.도구와 칩 인터페이스에서 상당한 열을 발생시켜 공격적인 냉각 용액 전략으로 관리해야합니다.6061 알루미늄에서 기계에 50 달러가 드는 부품은 티타늄 등급 5에서 300 달러에서 600 달러 또는 더 많은 비용이 발생할 수 있습니다.이 보험료는 그 신청이 실질적으로 요구되는 경우에 정당화 됩니다공학자들이 필요보다는 명예를 위해 티타늄을 사용한다는 것은 정당화되지 않고 일반적입니다.[2].

인코넬 625 및 718: 극한 환경에서만

인코넬 합금은 알루미늄이 녹고 강철이 부드러워진 온도에서 기계적 특성을 유지하는 니켈-크롬 초합금이다.인코넬 625 은 섭씨 980도 까지 유용 한 강도를 유지 한다인코넬 718은 알루미늄과 티타늄 함유량이 더 높기 때문에 고온에서 산화 저항성을 유지하면서 노화 열처리 후 1,375 MPa를 초과하는 팽창 강도를 달성합니다.이러한 특성은 그들이 가스 터빈 뜨거운 섹션 구성 요소에 대한 유일한 실행 가능한 선택, 제트 엔진 디스크, 로켓 엔진 노즐, 그리고 압력, 온도, 그리고 진열이 결합되는 해저 석유 및 가스 장비.

가공성 처벌은 심각합니다. 인코넬 625 기계는 자유 가공 철강의 8 ~ 12 퍼센트의 비율로, 고급 탄화물 또는 세라믹 도구가 필요하며 항상 홍수 냉각액을 요구합니다.알루미늄에 대한 가공 비용은 625의 12 ~ 20 배, 718의 15 ~ 25 배 더 높습니다.이 재료는 다른 합금이 사용 상태에서 살아남지 않는 설계에 속합니다. 그들은 더 저렴한 재료가 사양을 충족시킬 수있는 설계에 속하지 않습니다.

공학 플라스틱과 CNC 가공 재료는 어떻게 다른가?

엔지니어링 플라스틱은 정밀 CNC 가공의 주요 범주로 자리 잡았습니다. 그들은 금속보다 무게를 크게 줄이고 (일반적으로 75-85% 가벼우며), 전기 단열,화학 저항성소금속의 기계적 특성은 알루미늄과 비슷하다. 일반적으로 가공성이 뛰어나지만 금속과는 다른 도전을 제시한다.열전도 부족으로 인한 열 축적, 높은 절단 속도에서 표면 녹기, 수분 흡수로 인한 차원 불안정성, 일부 품종의 칩 제어 문제.

델린 (POM): 정밀 플라스틱

델린 (Delrin) 은 폴리옥시메틸렌 (POM) 아세탈의 상표명이며, 정밀 CNC 가공을 위한 기본 공학 플라스틱과 가장 가까운 것입니다.낮은 열 확장 계수, 최소한의 수분 흡수, 그리고 기계 부품에 0.05mm 또는 더 나은 허용 허용 깨끗한 칩 형.낮은 마찰 계수와 뛰어난 마모 저항력으로 정밀 기어용 표준 선택, 부싱, 롤러 및 슬라이딩 부품은 금속이 너무 무겁거나 부착 표면에 소음 및 마모 문제를 유발합니다. 비용은 적고 가공은 빠릅니다.엔지니어링 플라스틱이 적합한 모든 용도로먼저 델린을 평가해

PEEK: 고성능 선택

PEEK (폴리에더 에테르 케톤) 는 공학 플라스틱 순위에서 가장 높은 위치에 있습니다.그것은 100 MPa의 팽창 강도를 250도까지의 연속적인 서비스 온도와 거의 모든 산업 용매에 화학 저항을 결합소재의 특이 강도는 알루미늄과 일부 방향에서 경쟁한다. 의료기기 제조에서 PEEK의 방사명성 (X선에는 나타나지 않는다),생물 호환성, 그리고 분해되지 않고 반복적으로 살균 할 수있는 능력은 척추 임플란트, 골판 및 외과 기기 구성 요소에 대한 표준 재료가됩니다.재료 비용은 델린보다 10~20배나 비싸요., 가공은 날카로운 도구, 열 축적 방지 보수적 공급, 부분 왜곡을 방지하기 위해 신중한 고정 설계가 필요합니다.PEEK는 응용 프로그램이 실제로 성능 특성을 필요로 할 때만 지정하십시오.그러다 보면 다른 가공 가능한 플라스틱 대체물이 없습니다.

당신 의 일 에 적합한 CNC 가공 재료 를 어떻게 선택 합니까?

재료 선택은 제약의 계층을 따르고 있습니다. 먼저 기능, 그 다음 환경, 그 다음 관용 및 마무리 요구 사항, 그 다음 가공성과 비용.이 순서를 뒤집는 것이 팀들이 과잉 설계되거나 저성능한 부분으로 끝나는 방법입니다..

• 단계 1: 기계적 요구 사항을 정의합니다: 견인 강도, 양력 강도, 피로 한도, 충격 저항. 알루미늄 6061가 부하 사례를 충족하면 거기서 멈추고 비용을 평가합니다. 그렇지 않으면,7075로 이동타이탄으로 뛰어들지 마세요. 왜냐하면 부품이 구조적이기 때문입니다.
• 단계 2: 환경 을 정의 한다. 온도 범위, 부식 물질, 자외선 노출, 습도, 전기 요구 사항. 온도 가 섭씨 150도 를 초과 한다면 알루미늄 이 꺼진다.염화물이 존재한다면만약 부품이 영구적인 임플란테이션을 위해 바이오 호환성이 있어야 한다면, 5등급 티타늄이나 PEEK가 좋습니다.
• 단계 3: 용도 및 표면 완화 요구 사항을 정의하십시오. 델린 및 6061과 같은 재료는 긴 용도를 쉽게 유지합니다.PEEK 및 Inconel 같은 재료는 동일한 허용 수준을 달성하기 위해 더 세심한 프로세스 통제가 필요합니다.만약 당신의 허용이 여러 면에 걸쳐 0.005mm라면, 재료는 가공 힘과 온도 아래에서 차원적으로 안정적이어야 합니다.
• 단계 4: 제한된 범위 내에서 가공성을 최적화합니다. 두 가지 재료가 기능 및 환경 요구 사항을 충족하면,더 높은 가공성 등급을 가진 것은 부품당 저렴한 비용을 생산합니다.이건 타협이 아니라 엔지니어링의 규율입니다.
• 단계 5: 최종 결정 전에 DFM 검토를 요청합니다. A 30-minute DFM conversation with Elite Mold Tech’s engineering team before the drawing is released can identify material substitutions that reduce cost by 20 to 40 percent without sacrificing any required performance property.

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권위있는 참조: ASM 국제 재료 데이터, ASTM 국제 재료 표준.

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도면에서 부품으로 이동할 준비가 되셨습니까?그리고 공학 팀에서 비용 피드백 당신은 도구에 헌신하기 전에.

자주 묻는 질문

왜 알루미늄 6061이 더 강한 옵션이 있을 때 가장 일반적인 CNC 가공 재료가 되는 걸까요?

알루미늄 6061-T6은 CNC 가공을 지배합니다. 왜냐하면 그것은 가공성, 기계적 성능,가장 광범위한 산업용 용도의 비용자유 가공 철강에 비해 1,500%의 가공성 등급은 기계가 빠르게 작동하고 도구가 오래 지속되며 주기가 짧다는 것을 의미합니다.310 MPa 의 견인 강도와 276 MPa 의 강도 강도는 장막의 구조적 요구를 충족시킵니다.항공우주, 자동차, 전자제품 및 소비자 제품 전반에 걸쳐, 브래킷, 하우스, 히트 싱크 및 구조 구성 요소.더 강한 옵션이 존재한다는 사실은 그들이 더 나은 선택이 아니라면 6061이 처리 할 수있는 것을 진정으로 초과합니다.6061이 편리하게 운반할 수 있는 부품에 7075 또는 티타늄을 지정하는 것은 기능적 이득 없이 부품당 비용을 두 배 또는 세 배로 늘리는 가장 신뢰할 수 있는 방법 중 하나입니다.

CNC 가공 부품에 대한 304 및 316L 스테인레스 스틸의 차이점은 무엇입니까?

304 및 316L 스테인레스 스틸의 기계적 특성은 거의 동일합니다: 둘 다 약 515 MPa의 팽창 강도를 가지고 있으며, 둘 다 자유 가공 스틸의 약 45%의 속도로 가동됩니다.그리고 둘 다 반열 상태에서 자기적이지 않습니다.단 하나의 의미 있는 차이점은 염화 환경에서의 부식 저항입니다. 스테인리스 316L는 2 ~ 3 퍼센트의 몰리브덴을 포함합니다.뚫림 저항 동등 수를 18 (304) 에서 26 (316L) 으로 증가시키는, 염화물이 존재할 때 구덩이와 균열성 침식에 대한 저항성이 44% 향상됩니다. 실내, 염화물이 없는 환경에 304을 사용하십시오. 해양 환경에 316L을 사용하십시오.비생제 화학 물질이 부품과 접촉하는 의료기기 용품, 화학 처리 장비 및 해안 또는 해빙 소금 환경에서 야외 응용. 304에 대한 316L의 원료 가격 프리미엄은 대략 30 ~ 40%입니다.가공 비용이 거의 동일하기 때문에, 전체 부품 비용 프리미엄은 일반적으로 15에서 25 퍼센트입니다.

언제에는 PEEK가 CNC 가공 부품에 적합한 플라스틱이고 언제에는 과잉으로 사용되나요?

PEEK는 공학 플라스틱이 동시에 높은 기계적 부하, 150도 이상의 지속적인 사용 온도,공격적인 화학물질이나 살균제 노출의약품 또는 식품 접촉 용품에 대한 생물 호환성 요구 사항. 100 MPa의 팽창 강도, 250°C의 연속 작동 온도,그리고 거의 모든 산업 용매와 살균 순환에 대한 저항성은 그 특성이 실제로 필요한 응용 프로그램에서 델린보다 10 ~ 20 배의 우위를 정당화합니다.PEEK 는 부분 이 상온 에서 중대 한 기계적 부하 하 에서 부식적이지 않은 환경 에서 작동 하는 경우 과다입니다.델린 또는 폴리카보네이트는 재료 비용의 5 ~ 10 퍼센트에서 동등한 차원 성능을 제공합니다가장 흔한 PEEK 과잉 사양은 생물 호환성이 있어야 하지만 고온이나 공격적인 화학 물질 노출을 경험하지 않는 의료 기기 부품에서 발생합니다.UHMW-PE 또는 Delrin가 비용의 일부에 동일하게 작동하는 경우.

왜 티타늄 가공이 알루미늄 가공보다 훨씬 더 비싸지?

티타늄과 알루미늄 가공 사이의 비용 차이는 세 가지 원천이 있습니다: 절단 속도, 도구 수명 및 원자재 가격.시속 30~60m의 티타늄 Ti-6Al-4V 기계알루미늄 6061 기계는 분당 300~600m로 움직입니다. 10대 1의 속도 차이만으로도 티타늄은 같은 기하학을 가공하는 데 10배 더 오래 걸립니다.티타늄은 도구-칩 인터페이스에서 상당한 열을 발생시킵니다.원자재 가격은 알루미늄보다 5~8배 더 높은 가격으로 추가됩니다.더 긴 주기를 결합하면, 더 빠른 도구 소비, 더 높은 재료 비용, 알루미늄 6061에 50 USD가 드는 티타늄 부품은 일반적으로 300 USD에서 600 USD 또는 더 많은 비용이 발생합니다.이 보상은 티타늄의 특강을 필요로 하는 애플리케이션에서 완전히 정당화됩니다., 부식 저항성 및 생물 호환성. 더 저렴한 재료가 사양을 충족하는 응용 분야에서 완전히 정당화되지 않습니다.

공학 플라스틱은 구조적 CNC 가공 부품의 금속을 대체 할 수 있습니까?

특정 응용분야에서는 그렇습니다. 하지만 대체는 플라스틱이 가볍고 저렴하다는 일반적인 가정보다는 신중한 엔지니어링이 필요합니다.PEEK 100 MPa 팽창 강도는 알루미늄의 경우에 알루미늄 6061를 대체 할 수 있습니다특히 알루미늄의 능력을 초과하는 무게 감소가 필요하고 부품 기하학이 더 큰 가로 절단을 허용 할 때.델린 (POM) 은 부싱에 구리 또는 알루미늄을 효과적으로 대체합니다., 기어, 그리고 금속과 금속의 접촉이 소음, 마모 또는 짜증을 유발하는 슬라이딩 부품.충격 저항이 중요한 투명한 보호장치 및 광 보호장치의 유리용 폴리카보네이트 대체물공학 플라스틱이 대체할 수 없는 것은 높은 강도, 경직성 (탄력 모듈),철과 티타늄이 부하를 운반하는 구조 부품에 제공하는 열 안정성PEEK의 탄력 모듈은 약 3.6 GPa, 알루미늄 6061은 68.9 GPa입니다.알루미늄 부품과 같은 굴절 요구 사항을 보이는 PEEK 부품은 동등한 딱딱성을 달성하기 위해 가로 가로 면적의 약 19 배가 필요합니다., 이것은 일반적으로 얇은 벽 구조 응용 프로그램에 대한 대체가 실용적이지 않습니다.