CNC 加工材料 101：初学者指南

• 1
  切削刃处实际发生了什么
• 2
  铝和铜合金：默认选择
• 3
  不锈钢、合金钢和钛
• 4
  塑料、镁和镍合金
• 5
  材料选择如何影响成本和表面质量
• 6
  缩小范围的简单方法
• 7
  CNC 加工材料对比

CNC 加工用旋转刀具去除金属。刀尖剪切材料，切屑沿前刀面滑出，大部分能量以热量形式留在切屑中。其他一切现象都源于这一事实。

三项材料属性决定加工难易程度。硬度决定刀尖所需切削力。导热率决定热量是随切屑排出还是传入零件。延展性决定切屑是干净断裂还是涂抹并粘焊在刀具上。

带着这三点看数据表，材料排序就不再神秘。铝切削快，因为它软且导热好。钛难加工，因为它硬、导热差，还会粘刀。

这就是全部机理。本指南其余部分将其应用于图纸上最可能出现的材料。

铝是大多数工程师首先尝试的材料，理由充分。它可在高主轴转速下加工，能保持严格公差，且适合阳极氧化。在五轴机床上，只要留足支撑，薄壁可做到约 0.8 mm。

牌号比大多数初学者预想的更重要。6061-T6 是主力：可焊、耐腐蚀且便宜。7075 屈服强度约为其两倍，但加工更慢、成本更高。2024 加工性好，但未包铝或涂层时耐腐蚀性差。

铜和黄铜属于同一类。C36000 易切削黄铜产生短切屑和优良表面质量，因此常用于接头、端子和仪表零件。铜 C110 的导热和导电性优于任何铝牌号，但粘性大，需要锋利抛光的刀具。

铍铜是特殊情况。它能加工到高强度且仍导电，但粉尘有毒，需要受控处理。仅在同时需要这两种性能时使用。

不锈钢是初学者常感意外的地方。303 是易切削选项，切削干净。304 更韧，会粘刀，若停留还会加工硬化。316L 添加钼以提高耐氯化物性能，常用于医疗和海洋零件。

合金钢表现又不同。1018 和 1045 简单便宜。4140 和 4340 强度高，但需要较低切削速度和刚性装夹。17-4PH 不锈钢弥合差距：在 A 状态下加工，然后时效到高强度，适合轴和阀体。

钛是惩罚乐观的材料。Ti-6Al-4V（TC4）的导热率约为钢的一半，热量留在切削区而不是随切屑排出。切削速度降至铝允许值的一小部分。

其刚度相对强度也低，因此细长钛零件会偏让和颤振。顺铣、锋利刃口和大流量切削液有帮助。耐心也有帮助：进给率保持足够高以避免摩擦，但主轴转速保持低。

塑料不只是软金属。POM 和 PA 切削干净且保持公差。PEEK 和 PC 更韧，但 PEEK 昂贵且磨蚀，PC 在加工边缘周围可能龟裂。ABS 易加工但强度低。

碳纤维增强塑料有磨蚀性。它快速磨损硬质合金，粉尘需要抽吸。只有当刚度重量比是零件存在理由时才值得加工。

镁 AZ31B 和 AZ91D 比铝切削更快，因为它们更轻更软。问题在切屑：镁细屑会点燃，因此机床需要适当的切屑处理，且切屑上不能用水基切削液。

Inconel 等镍合金处于最末端。它们在高温下保持强度，这正是难切削的原因。刀具寿命以分钟而非小时计，装夹必须非常刚性。

加工成本主要是机床时间，而不是棒料价格。切削速度快一倍的材料往往比切削慢的便宜牌号节省更多。这就是为什么铝零件通常加工成本最低，即使原料每公斤比钢贵。

刀具寿命是第二个杠杆。钛和 Inconel 快速消耗硬质合金刀片，这些刀片计入工单。同样几何形状的零件，铝需 40 分钟，钛可能需数小时。

表面质量是单独决策。加工态表面约为 Ra 1.6–3.2 μm。高质量表面为 Ra 0.8–1.6 μm，精细表面为 Ra 0.2–0.8 μm。达到精细范围通常意味着更慢的精加工走刀，因此耗费时间。

后处理工艺带来自身约束。阳极氧化适合铝；硬质阳极氧化形成更厚更硬的层。化学镀镍和镀锌适合钢。激光打标需要最小字符高度 1.5 mm 以保持可读。

先看功能，再看材料。零件承力，就需要强度和疲劳数据。零件导电或导热，导电性优先。零件接触人体或海水，耐腐蚀性和生物相容性说了算。

然后检查几何形状。深腔、薄底和细长特征会限制任何材料能做到的程度。在黄铜上容易加工的零件，换成钛合金可能不现实，因为刀具够不到角落，还会颤振。

最后检查表面处理路线。有些材料适合阳极氧化，有些需要电镀或钝化。如果图纸已经指定了某种涂层，通常是由涂层决定基材，而不是反过来。

两种材料都可行时，选供应链更短的那种。现货 6061 板材和 303 棒料通常有库存。特殊牌号可能要多等几天，主轴才能开动。