一文讀懂!五大有色金屬的切削加工全指南
2025.5.30
在切削加工中,材料的選擇直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和加工效率。尤其是有色金屬材料,其加工特性差異顯著,必須根據(jù)用途選擇合適的材料。
本文將詳細解析鋁、鈦等代表性有色金屬的特性,以及不同材料適用的加工要點。
切削加工所用材料的分類
切削加工使用的材料可分為鋼鐵材料、有色金屬材料和非金屬材料三大類。每類材料都有其獨特性能,需根據(jù)具體用途和性能要求進行選擇。
鋼鐵
鋼鐵材料是工業(yè)零部件和原材料中使用最廣泛的材料之一,具有以下特點:
- 資源豐富且價格相對低廉
- 可通過熱處理調(diào)整性能
- 兼具強度與加工性
- 易于回收
鋼鐵材料的性能隨含碳量變化顯著。例如,普通結(jié)構(gòu)鋼(如SS400)加工性好、通用性強;機械結(jié)構(gòu)用碳鋼(如S45C)可通過熱處理提升強度;添加鉻、鎳等元素的不銹鋼則具備優(yōu)異的耐腐蝕性和耐熱性。切削加工時,鋼鐵材料的硬度和韌性會顯著影響刀具壽命和加工精度。
有色金屬
有色金屬泛指不含鐵的金屬材料,常見的有鋁、銅、鈦、鎂等。這些材料的特點包括:
- 輕量化(鋁、鎂)
- 高導(dǎo)電/導(dǎo)熱性(銅、鋁)
- 耐腐蝕性好(鈦)
- 特殊功能性(如形狀記憶合金)
雖然有色金屬價格普遍高于鋼鐵,但其特性可滿足特定需求。比如,鋁、鎂可用于飛機和汽車的輕量化部件;銅可用于電子設(shè)備的散熱部件;鈦可用于醫(yī)療設(shè)備中需生物相容性的部件。
加工時需根據(jù)材料特性調(diào)整工藝參數(shù)。比如鋁適合高速切削,但需注意切屑黏著;鈦需嚴格管理切削發(fā)熱等,根據(jù)材料特性來進行加工。
非金屬
非金屬材料包括塑料(樹脂)、陶瓷、復(fù)合材料等。這些材料特點如下:
特別是塑料,因可復(fù)雜成型和便于量產(chǎn)的優(yōu)勢,其被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與生活用品。
切削加工中常用的主要有色金屬
有色金屬憑借輕量、耐腐蝕等特性,在追求強量化的航空部件、和追求導(dǎo)電性的電子元件等場景中發(fā)揮多種用途。
以下詳解代表性材料的特點及加工要點。
鋁(Aluminum)
鋁的重量僅為鐵的1/3,且加工性優(yōu)異。純鋁過軟,工業(yè)中常添加銅、鎂制成合金使用。
鋁合金根據(jù)主要添加元素分為1000系列 (純鋁) 到7000系列 (Al-Zn-Mg類) 。例如,A2017和A2024被稱為2000系列 (Al-Cu系列) 中的“硬鋁”,是飛機和精密機械零件的常用材料。
●主要特性
- 密度低(2.7g/cm3)
- 導(dǎo)熱/導(dǎo)電性高
- 耐腐蝕性強
- 可通過熱處理增強強度
切削加工時,鋁合金適合高速切削,但需使用切削液防止切屑黏著。此外,薄壁部件易變形,需注意毛刺處理。
鎂(Magnesium)
鎂是實用金屬中最輕的材料。其密度為1.8g/cm3,比鋁輕約30%。近年來,它被用于如手機外殼和汽車部件等對超輕量化有要求的部件。
●主要特性
- 超輕量(密度為1.8g/cm3,約為鋁的2/3)
- 吸振性與電磁屏蔽性優(yōu)異
- 易于回收
鎂在切削加工時,安全方面的考慮尤為重要。鎂是易燃材料,粉狀和碎屑等特別容易著火。由于可能會發(fā)生大規(guī)模火災(zāi),因此必須嚴格管理切削條件并配備滅火設(shè)備。此外,應(yīng)避免使用水溶性切削液,因為鎂與水反應(yīng)會產(chǎn)生氫氣。
鎢(Tungsten)
鎢是有色金屬中熔點 (3,422℃) 和密度 (19.3g/cm3) 特別高的材料?!版u(Tungsten)”源自瑞典語,意思是“重石頭”,主要作為切削刀具和在高溫和高負荷環(huán)境中使用。利用高密度的特性,鎢也用于高爾夫器材的配重和手表的壓鐵等。
●主要特性
- 高硬度與高熔點
- 耐磨性好
- 導(dǎo)熱/導(dǎo)電性優(yōu)異
- 具備輻射屏蔽能力
鎢被歸類為“難切削材料”,在切削加工時,必須使用高硬度刀具。另外,由于加工時以低速切削為主,刀具壽命容易縮短,因此必須配合使用切削液。
銅(Copper)
銅是具有高導(dǎo)電性和熱傳導(dǎo)性的有色金屬。
●主要特性
- 高導(dǎo)電性,僅次于銀
- 高導(dǎo)熱性
- 延展性強
- 強度適中,耐腐蝕 (加工后強度穩(wěn)定)
銅的切削加工容易黏刀,因此選擇合適的刀具和設(shè)置切削條件非常重要。因為銅很柔軟,粘性也很強,所以需選擇大前角刀具并提高切削速度,得以優(yōu)化排屑以提升表面質(zhì)量。
鈦(Titanium)
鈦是一種有色金屬,具有優(yōu)異的比強度(強度/重量比)和極高的耐腐蝕性。它被用于航空航天工業(yè),醫(yī)療設(shè)備,化工廠等需要高可靠性的領(lǐng)域。即使是純鈦,也有鐵的2倍以上的比強度,鈦合金的比強度會進一步增加。由于其優(yōu)異的生物相容性,在醫(yī)療植入等領(lǐng)域也被廣泛采用。
●主要特性
- 比強度高
- 耐腐蝕性與生物相容性突出
- 高溫強度好
- 熱傳導(dǎo)率低
鈦的切削加工,由于熱傳導(dǎo)率低,切削時的發(fā)熱大,需注意刀具壽命容易縮短。在鈦加工中,由于比強度高,因此以低速切削為主;且鈦是容易因振動產(chǎn)生振紋的材料,因此推薦使用高剛性的機床。
黃銅(Brass)
黃銅是以銅和鋅為主要成分的合金。其兼具裝飾性與加工性,從機械部件到裝飾品用途廣泛。C3604 (快削黃銅) 是一種典型材料,具有優(yōu)異的切削性和適度的強度,被許多機械零件采用。
●主要特性
- 兼具加工性與裝飾性
- 適度的強度與延展性
- 優(yōu)秀的耐腐蝕性
- 成本效益高
黃銅的切削加工的特征是切屑易斷裂,適合高速切削。另一方面,由于材料的柔軟性和高伸展性,需注意毛刺和表面劃痕,推薦使用前角大、鋒利的超硬刀具與油性冷卻液,以維持加工品質(zhì)。但是,由于黃銅的特性取決于所含鋅的比例,材料和使用環(huán)境也需注意。
有色金屬選材與加工的核心原則
有色金屬需根據(jù)輕量化、導(dǎo)電性、耐腐蝕性等需求選擇。例如鋁和鎂用于減輕重量;銅用于傳熱導(dǎo)電;鈦用于高強度耐腐蝕的場景。
但是,許多有色金屬存在比鋼鐵材料貴且加工難度大的情況,因此除了所需的要求之外,需綜合考量可加工性和成本,選擇最優(yōu)材料。