CNC 材料指南

• 1
  CNC 材料指南中可加工性的实际含义
• 2
  铝合金：通常的起点
• 3
  不锈钢、碳钢与合金钢：公差变难的领域
• 4
  钛、铜合金与工程塑料
• 5
  零件几何形状如何推动材料选择
• 6
  CNC 材料指南：可加工性与典型用途

可加工性不是一个数字。它是对切削刃处发生的四件事的概括：切屑带走多少热量、刀具摩擦多少、材料如何加工硬化、切屑如何断裂。导热率高的材料把热量从剪切区带走，进入零件和工装夹具，这使刃口温度更低，但会把热膨胀推入你的尺寸中。

合金与状态对这四个因素的影响超出多数设计师的预期。6061-T6 切削干净，因为镁硅析出相细小，切屑在中等进给下足够脆而断裂。换成 6061-O，同样的刀具会涂抹而不是剪切。换成 7075-T6，切屑容易断裂，但切削力更高，因为屈服强度大约翻倍。

仅凭硬度也不能预测结果。退火 304 不锈钢比 4140 预硬钢更软，但加工性更差。奥氏体组织在刀具下加工硬化，因此用钝刀片轻走一刀精加工，恰好在你想要干净切削的地方提高了表面硬度。

这就是我们在报加工节拍之前要图纸、合金和状态的原因。只列合金名称的 CNC 材料指南，漏掉了决定数字的那一半。

• 1
  切屑形成脆性切屑断裂并排出；黏性切屑缠绕刀具并升高温度。
• 2
  导热率高导热率冷却刃口，但把热量传入工件。
• 3
  加工硬化奥氏体不锈钢和钛在摩擦刀具下硬化。
• 4
  磨蚀硬质第二相磨损刃口并缩短刀具寿命。

铝是机加工原型和壳体的默认选择，因为切削快且能稳定保持紧公差。6061-T6 覆盖大多数支架、壳体和工装夹具板。它可焊接、可预期地阳极氧化，正常精加工走刀可达 Ra 0.8–1.6 μm。如果零件需要刚度而非减重，7075-T6 的屈服强度约为两倍，加工性也接近。

2024 疲劳强度更高，但含铜，耐腐蚀性较差，外观阳极氧化更难。在疲劳寿命主导设计且可指定防护涂层时使用它。5052 和 5083 是成形牌号，用于需要折弯的钣金件；它们加工更软，剪切面容易留下撕裂边。

ADC12 是压铸合金，不是变形合金。它出现在我们的列表中是因为我们也做压铸，但其孔隙和硅含量使其不适合紧公差的机加工特征。如果零件先铸后加工，预计留 0.5–1.0 mm 余量，并接受铸件提供的表面。

关于状态的一点实用说明。T6 提供大家引用的强度，但如果零件加工后要折弯，T4 或 O 状态折弯不开裂。在图纸上指定状态，而不只是合金。

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  6061-T6通用：支架、板件、壳体、原型。
• 2
  7075-T6高强度，航空航天和赛车部件。
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  2024疲劳关键件；需要防腐保护。
• 4
  5052 / 5083成形钣金、低强度面板和盖板。

易切削 303 是容易加工的不锈钢。加硫使切屑断裂，车削和铣削像低碳钢，因此常见于轴、接头和衬套。代价是耐腐蚀性和可焊性：303 焊接性差，不适合海洋或医疗环境。

304 和 316 是耐腐蚀牌号。它们会加工硬化，因此精加工走刀必须在硬化层下切削，而不是在其上摩擦。保持足够大的径向接触以留在切削中，绝不要让刀具停留。17-4PH（SUS630）是沉淀硬化不锈钢，可在固溶处理状态加工，然后时效到高强度；常用于既需耐腐蚀又需强度的医疗和航空航天工作。

碳钢和合金钢遵循硬度规则。1018 和 1045 直接了当。较高硬度的 4140 和 4340 需要硬质合金和刚性装夹；约 30 HRC 的预硬 4140 对我们仍是常规，但高于约 40 HRC 时应预期加工节拍更慢、刀具寿命更短，零件热处理后可能需要磨削。

工具钢是极端情况。如果最终硬度高于 50 HRC，计划零件先软态加工、热处理，然后磨削或电火花加工精加工。直接加工淬硬零件可行，但很少经济。

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  303轴、衬套、接头；不用于焊接。
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  304 / 316L耐腐蚀；预期加工硬化。
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  17-4PH时效硬化不锈钢，用于医疗和航空航天。
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  4140 / 4340高载荷零件；高于 40 HRC 时降低速度。

钛合金 TC4（Ti-6Al-4V）导热系数低，热量留在切削区，不会随切屑带走。使用锋利刀具、充足切削液和中等线速度；磨损的刃口会摩擦并硬化表面。TA1 和 TA2 是工业纯钛，较软、更易加工，用于耐腐蚀性比强度更重要的场合。

铜和黄铜容易加工但会变形。C36000 易切削黄铜切屑短、表面质量好。C101 和 C110 铜黏性大，需要锋利刀具和大前角。铍铜加工性好且导热，但粉尘需要受控处理，因此在规划工序前请告知零件是否为铍铜。

工程塑料的表现与金属不同。POM 和 PA 公差保持性好、切削干净。PEEK 在高温下保持刚性，但磨蚀性强且价格高，刀具磨损会体现在成本上。ABS 和 PC 易加工但刚性低，薄壁会因装夹压力而非刀具产生变形。

碳纤维增强塑料是最难处理的一种。它磨蚀性强，粉尘危害健康，分层可能从钻孔处开始。需规划金刚石涂层刀具并封边。

• 1
  TC4热量留在切削区；使用锋利刃口和切削液。
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  C36000易切削黄铜，切屑短，表面质量好。
• 3
  PEEK磨蚀性强且成本高；磨损体现在加工节拍上。
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  碳纤维金刚石刀具；孔处有分层风险。

薄壁是材料选择被重新考虑的最常见原因。铝在 1.0 mm 壁厚下会因装夹力和切削力变形，零件回弹后尺寸漂移。更刚性的材料或调整装夹可以解决，但更软的材料通常会让情况更糟。

深腔和长刀具是第二个约束。长径比 4:1 的刀具稳定；到 8:1 就应预期颤振和切削深度降低。如果材料还黏，排屑不畅会让颤振纹更严重。这正是五轴装夹体现价值之处，转台让刀具从更好的角度接近特征，而不是悬伸在刀柄外。

孔值得单独规划。不锈钢和钛合金的深孔需要啄钻循环和良好排屑。在 60 mm 厚的 316L 上钻 10 mm 孔，与在 6061 上钻同样的孔是两回事。

最后，表面质量对材料的影响不亚于形状。铝和黄铜通过精加工走刀可达 Ra 0.2–0.8 μm。在软塑料上，同样的目标可能需要在加工后抛光。

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  薄壁铝件低于 1 mm 时，预期变形并需调整装夹。
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  深腔刀具长径比超过 4:1 时，降低切削深度。
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  深孔不锈钢和钛合金需要啄钻循环。
• 4
  表面质量Ra 0.2–0.8 μm 在铝上属常规，在塑料上更难。