CNC 加工材料：如何为您的 CNC 项目选择合适的材料

CNC 加工是一种多功能制造工艺，涉及使用计算机控制的工具来制造精密零件材料种类繁多。这些材料构成了数控加工的基础，直接影响加工效果。因此，对我们来说，认识各种数控加工材料并获得识别适合特定应用的材料的能力非常重要。

在本文中，我们将重点关注适合 CNC 加工的常用材料，为您的 CNC 项目提供材料选择指南。为了获得更清晰的理解，我们对 CNC 材料进行了分类，以便于快速概览。现在让我们深入研究一下吧！

CNC加工的不同类别材料

CNC 加工材料范围从金属和塑料到泡沫、木材、陶瓷和复合材料。为了简单起见，我们将材料类型分为三类。

第一类：CNC加工常用金属材料

金属因其强度、耐用性以及能够承受现代工具造成的快速材料去除的能力而成为 CNC 加工最常见的材料。我们首先来看看数控加工最常用的金属。

1.铝

铝及其合金非常适合数控加工，是该工艺中使用最广泛的金属之一。它们具有出色的强度重量比、高导热性和导电性以及天然的耐腐蚀性。铝具有高度的可加工性，使其能够以更快的加工速度轻松切割和成型，减少刀具磨损，并生产具有严格公差的精密部件。此外，与钢或钛等其他 CNC 金属相比，铝相对便宜。它有各种牌号和合金可供选择，但并非所有牌号和合金都同样适合 CNC 加工。 CNC加工中常用的铝合金包括：

• 铝6061

6061铝是最常见、通用的铝合金，以镁、硅、铁为主要合金元素。它提供了强度、韧性和硬度的平衡组合。此外，它还具有良好的机械加工性和焊接性，可以进行阳极氧化处理，并具有良好的耐大气腐蚀性能。这种合金通常用于汽车零件、自行车车架、结构框架、某些飞机部件以及消费电子产品中的电子外壳。

然而，6061 不适合经常接触盐水或腐蚀性化学品的环境，而 5052 等合金是更好的选择。与 7075 等高强度合金相比，它的抗疲劳性也较低。为了提高强度，6061 通常会经过热处理至 T6 状态。

• 铝7075

7075 铝以铜和锌为主要合金元素，以其卓越的抗疲劳性而闻名，是现有强度最高的铝合金之一，可与许多钢相媲美。尽管强度高，7075 仍保持良好的机械加工性，并且可以加工至严格的公差，但与 6061 相比，它需要更多的功率和特定的工具。

7075 通常用于高性能汽车部件、自行车和登山装备中的高应力部件、军用级设备、需要高强度的模具、工具和模具应用以及航空航天中的关键结构部件。然而，7075 不适合焊接，并且不像 6061 那样耐腐蚀，通常需要保护涂层，而且成本较高。

2.不锈钢

尽管不锈钢的硬度使其成为加工更具挑战性的材料之一，但由于其独特的性能组合，不锈钢仍然是 CNC 加工的热门选择。这些包括其闪亮、美观的外观、高强度、优异的耐磨性、耐腐蚀性以及耐热性。不锈钢有各种等级和形式，尽管它们看起来相似，但每种不锈钢都是针对特定用途而配制的，具有独特的性能。 CNC 加工中使用的常见牌号包括：

• 不锈钢304

它是最常用的通用不锈钢，由于其成分至少含有 18% 铬和 8% 镍，因此通常称为 18/8。铬提高其强度和硬度，而镍提高其延展性和韧性。这种组合产生了一种坚固、耐用、易于焊接的材料，具有优异的耐腐蚀性，特别是在大气和轻度腐蚀环境中。不锈钢 304 是食品加工设备、建筑结构和医疗设备中使用的厨房设备和餐具、储罐和管道的绝佳选择。

• 不锈钢316

添加钼使得316不锈钢比304更耐腐蚀，即使在化学和海洋环境中也是如此。它具有与 304 类似的强度和耐用性，但在高温下性能更好。典型应用包括船用设备，如船舶配件和硬件、化学罐、热交换器、外科植入物以及食品和饮料行业的各种用途。

• 不锈钢303

现代不锈钢牌号经过精心设计，可提高机械加工性能。 303 牌号就是一个典型的例子，添加了硫（0.15% 至 0.35%），以减少刀具磨损并实现更快的加工速度。然而，这种添加也会稍微降低其耐腐蚀性，并可能导致焊接困难。 303 级通常用于不锈钢螺母和螺栓、螺钉、配件、轴和齿轮。由于其耐腐蚀性能降低，因此不应用于船用级配件。

3.碳钢和合金钢

碳钢（通常不包括高碳钢）是数控加工中最便宜且最常用的钢合金之一。顾名思义，它是一种含有碳的合金，其成分仅次于铁。

低碳钢，含碳量为0.02%～0.3%，具有优良的塑性和韧性。它易于加工和焊接。举个例子——AISI 1018，通常用于制造螺栓、螺母、结构钢板、管道和汽车车身。

中碳钢比低碳钢更硬、更耐磨，但韧性稍差。 AISI 1045是一种常见的中碳钢，可以通过淬火和回火等工艺增强其性能。这种钢适用于螺栓、螺柱和轴等重型应用。

碳钢的一个显着缺点是耐腐蚀性差，需要进行防腐处理或使用合金钢来改善这一性能。合金钢是在基本碳素钢的基础上添加合金元素（如锰、铬、镍、钼、硅等）制成的。这些元素增强了钢的机械性能、耐腐蚀性、耐磨性和可加工性。例如，含有铬、钼和锰的4140合金钢提高了强度和硬度，并提高了抗冲击性和疲劳性能。

4.铜及其合金

铜及其合金在机械加工中非常常见。 铜是一种优异的电导体和热导体，在热和电应用中仅次于银。纯铜（约 99% 商业纯）由于其在较低温度下的高延展性和高延展性，很难进行 CNC 加工。然而，许多铜合金相对容易进行 CNC 加工，并且具有可比的热性能或电性能（即使不是更优越）。

黄铜是这些铜合金之一。它是铜和锌的合金，外观呈金黄色，类似于黄金，广泛用于装饰用途。此外，它还具有良好的机械加工性以及在空气和水中优异的耐腐蚀性。在黄铜合金中，C36000具有最高的切削加工性，通常被称为易切削黄铜。它经常出现在消费品、低强度紧固件、乐器、电气元件和管道配件中。

另一种铜合金是青铜，它是铜、锡和其他元素的合金。青铜比黄铜更硬、更耐磨，在海水和许多化学环境中具有优异的耐腐蚀性，这使其应用于重型和高速机械设备，例如轴承和齿轮，以及泵壳、叶轮海洋和化学环境中的阀门和配件。

5.钛金属

钛是一种相对年轻的金属，但它的推出给许多行业带来了重大变化。其最显着的特点之一是其高强度重量比。钛的强度约为铝的两倍，但密度仅为铝的一半多一点。这使得它非常适合航空航天、赛车和高性能运动装备。此外，钛还具有优异的耐腐蚀性和高温稳定性，在海水、酸碱性环境以及高温条件下表现良好。一旦其生物相容性得到确立，钛就开始广泛应用于医疗植入物，如人工关节、骨板和牙科植入物。

尽管钛由于导热率低和加工硬化倾向而难以加工，但加工技术的进步，特别是刀具材料和涂层的进步，使得钛加工变得越来越可行和高效。

6.镁

虽然镁在机械加工材料中不像铝和钢那样常见，但其独特的轻质特性（是所有结构金属中最轻的，比铝轻约33%）、高强度重量比（尽管其强度低于铝）它在不需要高强度但轻量化至关重要的应用中表现出色），良好的切削加工性使其广泛应用于飞机结构件、汽车车身和底盘、电子设备外壳以及便携式医疗设备。但是，请记住，粉末状的镁非常易燃，因此必须使用液体润滑剂进行加工。

金属型	年级	代码
铝	铝1050	铝1050
	铝1060	铝1060
	铝2024	铝2024
	铝5052-H11	铝5052-H11
	铝5083	铝5083
	铝6061	铝6061
	铝6082	铝6082
	铝7075	铝7075
	铝青铜	铝+溴
	铝-MIC-6	铝MIC-6
	铝-QC-10	铝QC-10
不锈钢	不锈钢303	不锈钢303
	不锈钢304	不锈钢304
	不锈钢316	SS 316
	不锈钢410	SS 410
	不锈钢431	SS 431
	不锈钢440	SS 440
	不锈钢630	SS 630
	1040钢	不锈钢1040
	45钢	SS 45
	钢D2	不锈钢D2
碳钢	低碳钢	1018钢
	中碳钢	4130钢
		4140钢
	高碳钢	1095弹簧钢
铜	铜铍	铜+铍
	铜铬合金	铜+铬
	铜钨	铜+钨
黄铜	黄铜	铜
青铜	磷青铜	铜+锡+磷
	锡青铜	PVC-白色/灰色
钛	1 级钛	钛1级
	2 级钛	钛2级
	5 级钛	钛5级
镁	镁	镁
	镁合金	/
锌	锌	锌

第二类：CNC加工常用塑料材料

尽管与金属相比，塑料在强度和耐热性方面通常存在局限性，并且在 3D 打印中更常见，但其优异的耐化学性、绝缘性能、低密度和成本效益使其也很受 CNC 加工的欢迎。以下是 CNC 加工中常用的一些塑料材料：

1. POM（聚甲醛或乙缩醛）

POM 是最容易加工的 CNC 塑料树脂之一。它是一种机械强度高（刚度、硬度高，抗冲击性好）、热稳定性好、吸湿率低的材料。由于其低摩擦和出色的尺寸稳定性，它可以提供更光滑的表面光洁度。这些特性使其在需要耐用性、精度和低摩擦的应用中表现出色，例如轴承、齿轮和阀门。

2. ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯）

尽管与 POM 相比，ABS 的刚度和耐磨性稍差，但其卓越的抗冲击性和延展性使 ABS 能够更有效地处理加工复杂形状的应力。它是我们最常用于快速原型制作的塑料，也经常用于汽车零件、电动工具外壳、玩具、防护罩和许多其他应用。此外，其易于着色使其非常适合美观至关重要的应用。

3. PP（聚丙烯）

PP 具有高度耐化学性、重量轻、良好的疲劳性和高抗冲击性。但其在高温下容易软化以及对加工温度的敏感性增加了加工难度。加工过程中需要特别注意温度控制和设备选择。尽管如此，PP的整体可加工性和经济性与另一种塑料树脂ABS相当，这使得PP广泛应用于包装、医疗产品和实验室设备。

4.亚克力（PMMA - 聚甲基丙烯酸甲酯）

PMMA 是一种透明且抗紫外线的树脂，通常用作玻璃替代品或用于制造透明光学元件。尽管不如 PC 坚韧，但 PMMA 比玻璃更耐冲击。它可以很容易地热成型为各种形状，但这也使其容易受热变形。然而，其卓越的机械加工性能使得能够生产具有光滑表面光洁度的精密部件，使 PMMA 成为 CNC 加工的首选材料。

PMMA 可应用于显示器和标牌、透镜和灯罩、挡风玻璃和窗户、相框、装饰面板、温室和室外结构。此外，其不含 BPA 和化学惰性特性使其成为涉及直接接触食品和饮料的应用的更安全选择。

5. PC（聚碳酸酯）

与 PMMA 一样，PC 也具有出色的光学透明度，非常适合需要透明度的应用。然而，PC 以其更高的抗冲击性和优异的耐热性而脱颖而出，比 PMMA 具有显着的优势。尽管有这些优点，但 PC 很容易出现划痕，并且缺乏天然的抗紫外线能力，因此不太适合暴露在阳光下的应用。

6.尼龙（聚酰胺）

与许多其他塑料相比，尼龙具有优异的拉伸强度和韧性，并且通常比 ABS 和 PMMA 具有更好的耐磨性。此外，尼龙的自润滑特性使其成为齿轮、轴承和衬套等应用的理想选择。其对油、油脂和许多溶剂的高耐受性使尼龙成为工业和汽车应用的绝佳选择。与 ABS 树脂一样，尼龙通常与玻璃纤维混合以增强其所需的性能。然而，尼龙对湿气的敏感性使其不太适合潮湿环境。

7. UHMWPE（超高分子量聚乙烯）

UHMWPE 是一种极其坚韧的聚乙烯，以其高耐磨性和自然光滑的表面而闻名，使其成为物料搬运系统中传送带耐磨条和导轨的优异材料。此外，UHMWPE 非常适合海洋环境，例如码头护舷和桩防护罩。在医疗领域，UHMWPE因其生物相容性和耐磨性而被用于关节置换。此外，其无毒和低吸湿性使其适用于切菜板、食品加工设备和其他需要直接接触食品的应用。

其耐用性和弹性使其在各种应用中表现出色，但也带来了一定的加工挑战。为了充分利用UHMWPE的优点并克服其加工困难，需要合适的工具和技术。

8. PEEK（聚醚醚酮）

PEEK 是一种高强度、稳定的塑料，与许多其他工程塑料相比，具有显着更高的热稳定性和更广泛的化学兼容性。它可以顺利加工并作为金属替代品，可以承受长时间的高温而不会蠕变或变形。 PEEK 通常用于暴露在极端环境下的应用，例如高温和刺激性化学品，包括垫片、密封件、轴承、泵、阀门等。由于与许多其他塑料相比，PEEK 的成本较高，因此通常仅在没有条件时才使用 PEEK。其他塑料也能满足所需的性能标准。

9. PTFE（聚四氟乙烯）

PTFE在高温下仍能保持其性能，但其较高的热膨胀系数使其在受热时会大幅膨胀。因此，为了确保其尺寸稳定性，必须在设计阶段考虑这一挑战，以实现平稳加工。除此之外，PTFE 的卓越性能（例如高耐化学性、低摩擦和电绝缘性）使其成为密封件、垫圈和不粘应用的理想选择。

塑料名称	类型	代码
聚甲醛	/	聚甲醛
丙烯腈 丁二烯 苯乙烯	/	ABS、ABS-耐高温、ABS-抗静电
	丙烯腈丁二烯苯乙烯+聚碳酸酯	ABS+PC
聚甲基丙烯酸甲酯 – 丙烯酸	/	PMMA – 亚克力
聚碳酸酯	聚碳酸酯	个人电脑
	聚碳酸酯 – 玻璃填充	聚碳酸酯+玻璃纤维
	聚碳酸酯 – 30% 玻璃填充	聚碳酸酯+30%玻纤
聚醚酰亚胺	聚醚酰亚胺	聚乙烯亚胺
	聚醚酰亚胺 + 30% 玻璃填充	Ultem 1000 + 30% 玻璃纤维
	聚醚酰亚胺 + Ultem 1000	PEI+Ultem 1000
聚乙烯	/	聚乙烯醇
聚对苯二甲酸乙二醇酯	/	宠物
聚丙烯	/	聚丙烯
聚苯硫醚	/	聚苯硫醚
	聚苯硫醚+玻璃填充	聚苯硫醚+玻璃纤维
聚四氟乙烯	/	聚四氟乙烯
尼龙	尼龙6	聚酰胺6
	尼龙 6 + 30% 玻璃填充	PA6+30%玻纤
	尼龙 6-6 + 30% 玻璃填充	PA66+30%玻纤
聚对苯二甲酸丁二醇酯	/	聚对苯二甲酸丁二醇酯
聚氧苄基亚甲基乙醇酐	/	胶木
高密度聚乙烯	/	高密度聚乙烯、PEHD
聚苯砜	/	聚苯硫醚
聚氯乙烯	/	PVC
	聚氯乙烯+白/灰	PVC-白色/灰色
聚偏二氟乙烯	/	聚偏氟乙烯

第三类：其他

尽管金属和塑料通常用作 CNC 加工的主要材料，但其他具有出色机械加工性能的潜在材料也不容忽视。

1.泡沫

泡沫是一种轻质材料，具有优异的缓冲和绝缘性能。它们广泛应用于防护包装、隔热隔音结构、座垫和防护运动器材。

2.伍兹

木材经过机械加工，具有美观性和可加工性。木材易于加工，并且可以加工出复杂的细节。硬木和软木都可以使用 CNC 技术进行加工。它们通常用于定制家具、原型制作和装饰物品。

3.陶瓷

陶瓷非常坚硬、耐热且具有化学惰性。陶瓷数控加工具有挑战性，但通过正确的工具和技术是可以实现的。它们通常用于航空航天、医疗植入以及切削工具和绝缘体等工业应用。

4.复合材料

复合材料由两种或多种材料制成，以利用其综合性能，可以针对特定性能进行定制，例如增加强度或减轻重量。适合数控加工的常见复合材料包括碳、玻璃或凯夫拉尔等纤维增强材料，广泛应用于轻型飞机部件、高性能赛车零件、运动器材等。

如何选择合适的数控加工材料？

鉴于可用的 CNC 加工材料种类繁多，比较每种材料以找到“最佳材料”是不切实际的。相反，考虑项目的具体要求和限制会更有效。正确的材料选择需要考虑许多因素。下面，我们将逐步指导您为您的 CNC 项目选择最合适的材料。

考虑零件的要求

第一步是了解您正在制造的零件的具体需求。这确保了所选的 CNC 材料符合环境和使用条件。以下是一些关键考虑因素：

应力和耐磨性：对于高应力或高磨损应用，零件需要高强度、韧性和耐磨性。钢、钛和某些塑料（例如尼龙或乙缩醛）等材料因其耐用性而成为理想的材料。

耐温性：对于需要暴露在高温下的部件，优选具有良好热稳定性的材料，例如陶瓷或某些金属（如不锈钢或铬镍铁合金）。

耐腐蚀性：对于长期暴露于水（高湿度）或化学环境（油、试剂、酸、盐、酒精、清洁剂）的部件，选择具有增强耐腐蚀性的材料至关重要。请查阅相关材料数据表，选择具有低腐蚀和吸水性能的材料，或考虑其他表面处理，如喷漆、电镀或阳极氧化。例如，船用部件应使用不锈钢等耐腐蚀材料，而不是碳钢。尼龙等塑料可能会吸水并过早失效。

电气性能：对于电气应用，请考虑材料的导电性或绝缘性能，以确保其满足特定要求。

零件重量：在零件重量是主要考虑因素的应用中，较重的零件通常需要更强、更致密的材料（例如钢、不锈钢和镍合金），以确保它们能够承受负载。对于较轻的零件，可以使用铝或钛等密度较低的材料来减轻重量并提高性能。

精度和公差：对于需要高精度的应用，重要的是要考虑到某些材料比其他材料更难以加工到严格的公差。例如，容易翘曲的材料，如某些类型的塑料（例如 PVC），可能需要更大的加工余量才能达到所需的公差。

导热性和磁性也会影响精度。高导热材料，如铜和铝，可以快速散热，防止加工过程中翘曲或变形。优选钛、铝和不锈钢等非磁性材料，以避免影响精度的磁干扰。

美观：对于外观很重要的零件（例如消费品），请选择黄铜或铝等具有美观表面的材料。或者，选择可以通过表面处理增强的材料，以改善其外观。

考虑材料的可加工性

根据您的应用要求获得一系列潜在材料后，下一步就是考虑每种材料的机械加工性。这涉及评估将材料加工成最终所需几何形状的难易程度。使用具有高机械加工性的材料来制造零件可确保长期节省时间和成本。

较软的金属和塑料更容易加工，从而最大限度地减少刀具磨损并提高表面光洁度质量。相反，加工较硬的材料（例如碳纤维）通常会导致刀具磨损增加甚至损坏。

考虑成本

最后，我们需要考虑原材料的成本。从长远来看，为了省钱而选择低档材料从来都不是一个明智的决定。相反，请选择您能负担得起且仍能提供所有必要功能的最佳材料。这有助于确保成品零件的耐用性。

结论

数控加工由于其与多种材料的卓越兼容性，在制造业中继续占据重要地位。通过仔细选择适合数控车削或铣削的材料，制造商可以获得最佳结果和所需的产品质量。

我们希望本文能够为您的材料选择过程提供有用的指南。如果您有任何疑问，请联系Chiggo。我们随时帮助您解决材料选择和加工的复杂问题。此外，我们还提供各种工程金属和塑料，并拥有经验丰富的机械师和工程师，他们可以在您的预算范围内为您的项目推荐材料。