铝合金的 CNC 加工

• 1
  铝合金为何切削快，又在哪些环节难以加工
• 2
  解读牌号清单：6061、7075、2024、ADC12
• 3
  保证公差的转速、进给与刀具
• 4
  公差和表面处理的实际范围
• 5
  何时不宜选铝合金
• 6
  铝合金牌号对比

铝材质软、重量轻，导热速度约为钢的 5 倍。正因如此，铝合金的 CNC 加工可采用高主轴转速和大进给。相同转速下，切削区温度比钢低，因此可以快速去除金属而不会烧刀。多数铝合金的切削表面速度是 1018 钢的 2 到 3 倍。

同样的软质特性带来两个问题。铝材粘刀。刀刃钝化时，材料不是被剪切而是被涂抹，刀具上形成的积屑瘤脱落后留下撕裂表面。第二个问题是热膨胀。铝材每米每摄氏度约膨胀 23 μm，约为钢的两倍。在主轴处 35 °C 时尺寸合格的零件，冷却到 20 °C 后可能收缩超差。

排屑比主轴功率更能决定加工结果。铝屑轻而蓬松，容易堆积在型腔和深槽中。切屑排不出去，刀具就会重复切削，温度上升，表面质量变差。高压切削液或主轴内冷气可在问题发生前解决大部分排屑问题。

硅含量是易加工与难加工铝合金的分界线。6061 等变形铝合金几乎不含硅，切削非常顺畅。ADC12 等铸造铝合金含有 9% 到 12% 的硅，以硬质颗粒形式磨损刀刃，刀具寿命明显下降，此时金刚石涂层刀具值得投入。

• 1
  变形铝合金6061、7075、2024、5052、6082——易切削、性能可预测、现货充足。
• 2
  铸造铝合金ADC12 及类似牌号——含磨蚀性硅颗粒，刀具磨损更大，气孔更多。
• 3
  温度规则关键零件应在恢复到 20 °C 后测量，而不是在机床旁测量。

6061 和 6061-T6 是机加工零件的默认选择。强度良好、耐腐蚀性优异、焊接性好、阳极氧化后表面洁净，且各种棒料和板材规格齐全。如果零件没有特殊的载荷或重量要求，6061-T6 是稳妥且通常最经济的选择。

7075 是高强度选择，抗拉强度接近某些钢材，重量却只有三分之一。它切削性能好，可获得镜面效果，因此常用于航空航天支架和模具。代价是耐腐蚀性。7075 在潮湿或含盐环境中耐蚀性差，除非进行阳极氧化，且价格明显高于 6061。

2024 具有高疲劳强度，常用于飞机结构件，但耐腐蚀性比 7075 更差，通常需配合防护涂层使用。5052 和 5083 是船用牌号，耐盐水腐蚀性优异、成形性好，但 5083 粘刀，会产生长条状切屑，需要强切削液流量和啄钻循环。

ADC12 是压铸合金。加工它通常是在精加工铸件表面：去飞边、镗内孔、铣配合面。要预期气孔可能在切削中途暴露，也要预期硅颗粒会快速磨钝刀刃。应安排一次额外的精加工走刀，而不是试图在一次重切削中达到最终尺寸。

• 1
  选 6061-T6壳体、工装夹具、支架、散热器、原型硬件的默认选择。
• 2
  选 7075高载荷、低重量或需要镜面效果——并且可以阳极氧化。
• 3
  选 2024疲劳关键飞机零件，反正都要做涂层。
• 4
  选 ADC12加工现有铸件，而不是从实心料切削。

铝材适合锋利、抛光、大前角的刀具。45 度螺旋角的 2 刃和 3 刃立铣刀在型腔中排屑良好。精加工时，采用抛光槽的高螺旋角刀具可减少积屑瘤并获得更好的 Ra。多数变形铝合金可用无涂层硬质合金。对于磨蚀性铸造合金，类金刚石涂层在加工几个零件后即可收回成本。

6061 的切削表面速度通常为 300 到 600 m/min（硬质合金刀具），许多工厂在刚性好的机床上还会更高。每齿切屑载荷约为 0.05 到 0.15 mm，取决于刀具直径和径向切深。比这两者更关键的是刀尖处的每齿进给：切屑载荷过轻会摩擦刀刃并使表面加工硬化，这是轻精加工走刀表面质量差的常见原因。

切削液的选择取决于工序。大流量浇注式切削液适合深腔和高去除率。高速精加工切削时，油雾或气吹往往更干净，因为它能吹走切屑并避免薄壁受到热冲击。深孔和长悬伸刀具最好采用主轴内冷。

薄壁零件需要不同的策略。铝材在切削力下会变形，1 mm 壁厚如果受力过大就会回弹并留下锥度。粗加工留 0.5 到 1.0 mm 余量，然后用锋利刀具分两次轻精加工走刀，并减小径向切深。在 127 机床的车间里，检验不合格的零件几乎都是薄壁变形，而不是刀具磨损。

• 1
  粗加工每齿进给大，径向切宽50%至70%，用大流量切削液。
• 2
  精加工用锋利抛光刀具，径向步距小，用气吹或雾化冷却。
• 3
  薄壁两侧对称去料，平衡切削力。

在装夹刚性好的稳定铝件上，关键特征可做到±0.005 mm。这不意味着每个尺寸都要标这个公差。给无关紧要的尺寸收紧公差会增加成本、增加检测时间，还会提高整批报废的概率，而功能上毫无收益。只把紧公差放在定位面、密封面和配合面上。

表面处理同理。铝件加工态表面约在Ra 1.6至3.2 μm。仔细走一刀精加工可到Ra 0.8至1.6 μm，这是密封面和轴承内孔的常规目标。低于Ra 0.8 μm通常要抛光或研磨；如果零件要阳极氧化，记住涂层会在每个表面增加约一半厚度。

阳极氧化会改变尺寸。Type II透明阳极氧化每个表面约增厚5至15 μm，硬质氧化更多。如果内孔在涂层后必须保持尺寸，就按涂层厚度加工到偏小，并对螺纹做遮蔽。需要同时耐磨和导电接地的零件可用导电氧化。

检测应与风险匹配。首件报告覆盖图纸上的关键尺寸。批量生产时，过程抽检能在整批出错前发现漂移。我们出货前100%全检，可按要求提供尺寸报告。

• 1
  阳极氧化余量Type II每个表面加5至15 μm，在模型中预留。
• 2
  螺纹阳极氧化前遮蔽或堵住螺纹孔，保护配合。
• 3
  平面度薄板加工后可能变形，用去应力毛坯有帮助。

铝不是万能答案。如果零件在高载荷下持续滑动接触，铝磨损快，需要钢镶件、硬质氧化或换材料。如果零件必须在无防护涂层下承受反复高周疲劳，2024和7075在潮湿或含盐空气中会腐蚀，即使应力没问题。

温度是另一条边界。高于约150 °C，多数铝合金会明显损失室温强度，并在持续载荷下蠕变。靠近发动机排气或焊接工序的零件，用钢或钛往往更好。熔点低也排除了铝用于任何在使用中达到固相线的场合。

极小特征和尖锐内角在铝上比这种材料的名声更难做。软材料会变形而不是断裂，所以容易起毛刺，0.2 mm内角半径很难做干净。设计圆角半径至少等于刀具半径，没有理由不要做深度超过刀具直径3倍的型腔。

成本是最后一条边界。铝毛坯常比不锈钢便宜，但如果零件需要硬质氧化、遮蔽和抛光，总成本可能超过一个加工态的不锈钢简单件。比较成品成本，不是材料成本。

• 1
  磨损面用镶件或硬质氧化；裸铝会咬合。
• 2
  高于150 °C强度下降并开始蠕变；考虑钢或钛。
• 3
  尖角软材料易起毛刺；标注刀具实际能做出的圆角。