CNC加工材料选择专家指南

引言

近年来，随着CNC加工技术的发展，CNC机床零部件也在持续演进。CNC加工已成为众多学科的必备手段，这些领域需要为项目制造专用零件。CNC加工材料不断扩展，以满足消费者、工程师、承包商等各领域的需求，为特定应用创造解决方案。获得最佳成品的关键在于选择合适的材料。

材料选择需考虑的因素

零件用途

由于CNC加工已发展多年，CNC机床组件也随之进步。相似类型的材料可用于多种产品，实现不同功能。零件是用于医疗设备、汽车、航空航天、机械还是工业制造？

以绝缘为例，用于呼气分析仪的绝缘材料可能与相机用的绝缘材料不同。它们虽服务于同一目的，但不能以相同方式使用或获得相同结果。若零件用于户外或潮湿环境，应选用不锈钢而非碳钢，以防生锈。

应力负载

高应力负载会导致某些材料变形甚至开裂。选择零件材料时，必须考虑应力负载。承受高应力的零件需采用抗应力、防变形的材料加工。若零件将承受高应力，其材料必须具备抵抗负载、防止变形的必要特性。

尺寸公差

切勿低估尺寸公差的重要性。它不仅影响材料选择，还会影响零件装配、切削方法、刀具及机床的使用。尺寸公差将影响整个工艺效果和最终成本。

您需要了解零件所需的公差。若使用旧零件设计或草图并想沿用以往方法，最好重新核对公差是否合适。文档中易出现笔误。即使信息正确，若放宽公差仍能让零件发挥最佳性能，重新评估公差可节省成本。严格公差通常成本更高。

默认使用标准尺寸公差，但若未指定公差或发现数值错误，最终将订购不合适的零件。重新调整尺寸或返单耗时更长，从长远看，这一简单的初步步骤能帮您省钱。

若不确定所需零件的确切公差，请勿凭经验猜测，而应让专业CNC加工公司协助解决。

工作温度

选材时，材料熔点必须低于工艺工作温度。同时需考虑工作温度是否波动，材料需在长时间内承受温度而不发生翘曲、变形或失效。

虽有更耐用的材料可承受这些变化，但许多材料随时间推移会显示翘曲、膨胀或开裂迹象。极端温度也会负面影响某些材料的耐用性。

CNC加工材料时，了解此信息同样重要，以确保切削成型产生的温度不会使零件变形。建立工作温度与所用材料的关联，是成功设计和生产的关键。

重量与承压能力

加工材料的重量取决于零件用途。重型材料可吸收大量压力，适用于需超强承载能力和高应力负载的项目，但不适合重量敏感型产品。

轻量化材料在重量敏感项目中流行。它们耐用、可吸收大量应力，但成本较高。轻量化材料是许多产品的理想选择，但若成本是关键因素，则可能不是最佳选择。

在重、轻材料间抉择，只是确定CNC加工零件最关键特性的一个例子。通过这种方式，您可以指定零件正常工作所必需的要素，排除不达标材料，再对比成本。

总体成本与材料可加工性

最昂贵的材料通常是高强度、轻量化材料。选择加工材料时，多因素辅助决策。为找到最兼容的材料，优先考虑成品零件最重要的特性。选择满足强度曲线、温度极限和装配要求的材料。剔除不符合要求的材料，对比材料成本，最后选择。

一般来说，零件用料越多，成本越高。同样，特种材料和极高强度材料（如钛合金）成本也更高。

寻找提供免费报价且无最小起订量的公司，有助于降低成本。范围缩小后，可用更具成本效益的材料满足大部分需求。

材料选择指南

SANS可加工数百种金属、合金、塑料及其他定制材料。下面介绍最常用材料及其特性。

金属

金属是CNC铣削中最常见的材料类型，选择范围也很广。以下概述最知名的选项及各金属的最佳应用。视零件尺寸和几何形状，材料成本可能占零件总价很大比例。

铝合金

铝合金可能是CNC铣削最广泛使用的材料，是机械零件和外观件的绝佳选择。与其他金属相比，铝合金通常加工速度更快，是最经济的方式。铝合金零件暴露于环境中会形成保护层，带来额外强度和耐腐蚀性。基于这些优质材料特性，CNC铣削铝合金非常适合汽车、航空航天、医疗和消费电子行业。具体应用包括飞机配件、电子外壳、医疗设备、齿轮和轴类。

铝合金 6061

这是最常用的通用铝合金，具有良好的强度重量比和优异的可加工性。这是最常见的通用铝合金牌号，常用于汽车零件、自行车车架、运动器材、遥控模型车架等。

主要合金元素为镁、硅和铁。与其他铝合金类似，它具有良好的强度重量比，天然耐大气腐蚀。6061的缺点之一是暴露于海水或其他化学品时耐腐蚀性较差。在更苛刻的应用中，其强度不如其他铝合金。

铝合金6082的成分和材料性能与6061相似。在欧洲更常用，因其符合英国标准。

铝合金 7075

7075是铝合金中的高端产品。主要合金元素为锌。它是最强铝合金之一，是高强度娱乐设备及汽车、航空航天框架的理想选择。相对于钢材，铝合金7075具有优异的疲劳性能，可通过热处理实现高强度和高硬度，因此在减重方面至关重要。但需避免在需要焊接的场合使用。

铝合金 5083

铝合金5083比大多数其他铝合金具有更高强度和优异的海水耐腐蚀性，常用于建筑和海洋应用。这也是焊接的绝佳选择。

更多关于铝合金零件的知识，请参阅《CNC铝合金加工全解析》。

不锈钢

不锈钢合金具有高强度、高延展性、优异的耐磨性和耐腐蚀性，且易于焊接、加工和抛光。视成分不同，它们可以是（基本）非磁性或磁性。

不锈钢种类繁多。之所以称为不锈钢，是因为含铬有助于防止氧化（生锈）。由于所有不锈钢外观相同，必须使用现代测量设备（如OES光谱仪）极其小心地测试来料，以确认所用钢材特性。

不锈钢 303

303中添加了硫。硫使303成为最易加工的不锈钢，但也在一定程度上降低了其耐腐蚀性。

303不适合冷成型（弯曲），也不能热处理。硫的存在也意味着它不适合焊接。它确实有极佳的加工性能，但必须注意切削速度/进给量和刀具锋利度。

303常用于不锈钢螺母、螺栓、配件、轴和齿轮。但不应用于船用配件。

不锈钢 304

这是最常见的不锈钢合金，具有优异的力学性能和良好的可加工性。能抵抗大多数环境条件和腐蚀介质。

这是各类消费和工业产品中最常见的不锈钢形式。常称为18/8，指合金中添加了18%铬和8%镍，是最常见的不锈钢形式。

304质地坚硬、无磁性、易加工且通常耐腐蚀，非常适合厨房配件、工业储罐和管道、建筑和汽车行业。

304易加工，但与303不同，它可焊接。在大多数正常（非化学）环境中耐腐蚀性更强。对机加工人员而言，使用极锋利的刀具加工，避免其他金属污染。

不锈钢 316

这是另一种常见不锈钢合金，力学性能与304相似。通常被视为船用级不锈钢，坚韧且易焊接。材料极耐腐蚀，对盐溶液（如海水）适应性极强，适用于建筑、船舶配件、工业管道和汽车应用。

不锈钢 2205

不锈钢2205双相不锈钢是最强的不锈钢合金（强度是其他普通不锈钢合金的两倍），具有优异的耐腐蚀性。用于恶劣环境，在石油和天然气行业有许多应用。

17-4 不锈钢

17-4不锈钢（SAE 630级）的力学性能与304相当。可析出硬化至高程度（可与工具钢媲美），具有优异的化学耐受性，适合极高性能应用，如涡轮叶片制造。

工具钢

工具钢是具有极高硬度、刚度、耐磨和耐热性的金属合金。用于制造制造工具（因此得名），如模具、冲模和模具。为获得良好的力学性能，必须进行热处理。

工具钢 D2 是一种耐磨合金，在425°C下仍能保持硬度。D2钢是风冷、高碳、高铬工具钢，具有高耐磨性。可热处理，硬度范围强。D2钢是制造需要易弯曲但需承受弯曲的零件和产品的理想选择。

工具钢 A2 是一种风冷通用工具钢，具有良好的韧性和高温下优异的尺寸稳定性。常用于制造注塑模具。

工具钢 O1 是一种油淬硬化合金，硬度高达65 HRC。常用于刀具和切削工具。

低碳钢

也称低碳钢，具有良好的力学性能、极佳的可加工性和焊接性。因成本低，广泛用于机床零件、夹具和装夹具制造等通用应用。低碳钢易腐蚀和受化学品侵蚀。常用牌号包括：

低碳钢 1018

低碳钢1018是通用合金，具有良好的可加工性和焊接性，以及优异的韧性、强度和硬度。它是最常用的低碳钢合金。

碳钢 1045

这种坚韧材料属于低碳钢，非不锈钢，通常比不锈钢便宜，但强度更高。材料可硬化和热处理，使其易于加工和焊接。最常用于需要高韧性和强度的工业应用和机械零件，如螺母、螺栓、齿轮、轴和连杆。也用于建筑，但若暴露于环境中，通常进行表面处理以防锈。

低碳钢 A36

低碳钢A36是常见结构钢，具有良好的焊接性。适用于各种工业和建筑应用。

镁合金 AZ31

镁合金AZ31是铝和锌的合金，比铝轻35%，但强度更高。不过该材料通常更昂贵，常用于飞机部件。材料易加工，但具有易燃特性。

镁易加工，但极易燃烧，尤其是粉末形式，因此必须用液体润滑剂加工。镁可阳极氧化以提高耐腐蚀性。它也是高度稳定的结构材料，是压铸件的绝佳选择。

因其轻量高强，也常用于笔记本外壳、电动工具、相机机身等家用产品。

钛合金

钛合金以高强度、轻量、韧性和耐腐蚀性著称。可焊接、钝化和阳极氧化以增强防护和改善外观。钛合金抛光效果差，导电性差，但导热性好。这是一种难加工材料，只能用专业工具加工。

该材料通常比其他金属贵。虽在地壳中丰富，但提炼困难。最常用于军工、航空航天、工业和生物医疗应用。

黄铜

黄铜被公认为CNC铣削中最简单、最具成本效益的材料之一。黄铜是铜锌合金，稳定但强度不足。常见用途包括医疗设备、消费品、电气硬件和触点。因黄铜摩擦系数低、耐腐蚀性高，也用于工程、管道、蒸汽工程甚至乐器。因其材质软、易加工，用于管道配件、家居装饰和乐器。

具有良好的可加工性和优异的导电性，非常适合需低摩擦的应用。也常用于建筑，呈现金黄色外观，美观大方。
黄铜C36000具有高抗拉强度和天然耐腐蚀性。是最易加工的材料之一，常用于大批量应用。

铜

在CNC铣削材料中，很少有金属能媲美铜的导电性。高耐腐蚀性帮助材料抗锈，导热性使CNC加工成形过程更容易。常用于汽车行业，应用包括冷却系统、热交换器，以及阀门、散热器等各种工程应用。但需注意铜对某些化学物质较弱，如酸、卤化物、硫化物和氨溶液。

塑料

除金属材料外，SANS高精密CNC加工服务也兼容多种塑料。以下是CNC铣削技术中最广泛使用的塑料。

ABS

ABS是最常见的热塑性材料之一，具有良好的力学性能、优异的冲击强度、高耐热性和良好的可加工性。

ABS密度低，非常适合轻量化应用。CNC加工ABS零件通常用作注塑量产前的原型。

尼龙 (PA)

尼龙，又称聚酰胺(PA)，是一种热塑性材料。因其优异的力学性能、良好的冲击强度、高耐化学性和耐磨性，以及中等阻燃性，常用于绝缘体、轴承和注塑前的短期产品。缺点是易吸水受潮。

POM (Delrin)

POM又称Delrin。是一种工程热塑性塑料，在塑料中加工性最好。

POM (Delrin) 通常是CNC加工需要高精度、高刚性、低摩擦、高温下优异尺寸稳定性和极低吸水率塑料零件的最佳选择。

PTFE (特氟龙)

PTFE，即聚四氟乙烯(特氟龙)，是一种工程热塑性塑料，具有优异的耐化学性和耐热性，以及已知固体中最低的摩擦系数。是优良的电绝缘体。但其力学性能较纯，常用作部件的衬里或嵌件。

HDPE

高密度聚乙烯(HDPE)是一种热塑性塑料，具有高强度重量比、高冲击强度和良好的耐候性。

HDPE是轻量化热塑性塑料，适合户外使用和管道运输。像ABS一样，常用于注塑前制作原型。

PEEK

PEEK是一种高性能工程热塑性塑料，具有优异的力学性能、宽温域热稳定性和对大多数化学品的优异耐受性。

PEEK因其高比强度常用于替代金属零件。医疗级PEEK也可用于生物医疗应用。