数控加工对材料的机械性能、加工性、稳定性要求较高，不同材料因成分与结构差异，在切削难度、刀具选择、成品精度上表现悬殊。以下按 “金属材料”“非金属材料” 两大类，梳理数控加工中最常用的材料及其关键特性，并标注加工核心要点。
一、金属材料（数控加工主流品类）
金属材料因强度高、稳定性好，广泛用于航空航天、汽车、精密机械等领域，按 “黑色金属”“有色金属” 细分如下：
1. 黑色金属（铁基合金，含碳 / 合金元素）
（1）碳素钢
| 常见型号 | 核心特性 | 加工要点 | 典型应用 |
|---|---|---|---|
| Q235（低碳钢） | 强度低、硬度低（HB≈130-150）、塑性好，易切削；成本低 | 切削阻力小，无需特殊刀具；易产生毛刺，需优化切削参数（低速防粘刀） | 结构件（支架、法兰）、普通紧固件 |
| 45#（中碳钢） | 强度中等（抗拉强度≈600MPa），调质后硬度提升（HRC25-30）；切削性优于高碳钢 | 未调质时易加工，调质后需用高速钢（HSS）或硬质合金刀具；避免高速切削导致刀具磨损 | 轴类、齿轮、螺栓、模具模板 |
| T10A（高碳钢） | 硬度高（淬火后 HRC55-60）、耐磨性好；塑性差，脆性大 | 需 “先软加工（退火态），后淬火磨削”；切削时易崩屑，需锋利刀具（如超细晶粒硬质合金） | 刀具（丝锥、铣刀）、量具（卡尺） |
（2）铸铁
- 灰铸铁（HT200/HT300）
特性：含片状石墨，硬度低（HB180-220）、脆性大、减震性好；切削时石墨易脱落，形成 “自润滑”，加工性优异。
加工要点：切削阻力小，刀具磨损低；需注意排屑（石墨粉易堵塞刀具）。
应用：机床床身、工作台、阀体。 - 球墨铸铁（QT450/QT600）
特性：石墨呈球状，强度高（QT600 抗拉强度≈600MPa）、韧性优于灰铸铁；耐磨性好，接近钢。
加工要点：切削性略差于灰铸铁，需用硬质合金刀具（如 WC-Co 合金）；避免低速切削导致表面粗糙。
应用：汽车曲轴、齿轮箱壳体、液压泵零件。
（3）合金钢
- 40Cr（合金结构钢）
特性：含铬元素，调质后强度高（抗拉强度≈900MPa）、硬度 HRC30-35；韧性好，耐磨。
加工要点：调质后切削阻力增大，需用涂层硬质合金刀具（如 TiAlN 涂层）；需充分冷却（防刀具过热）。
应用：汽车半轴、机床主轴、精密齿轮。 - 20CrMnTi（渗碳钢）
特性：低碳合金，渗碳淬火后表面硬度高（HRC58-62），芯部韧性好；未渗碳时易加工。
加工要点：渗碳前用高速钢刀具粗加工，渗碳后需磨削精加工；避免渗碳层崩裂。
应用：汽车变速箱齿轮、轴承套圈。
（4）不锈钢
| 类别 | 常见型号 | 核心特性 | 加工要点 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| 奥氏体不锈钢 | 304、316 | 耐腐蚀（耐酸碱）、塑性好；无磁性，硬度低（HB150-180）；易粘刀（切削时产生 “积屑瘤”） | 用含钴硬质合金（如 WC-Co-Cr）或陶瓷刀具；加强冷却（用乳化液），高速切削（v=80-120m/min） | 食品机械、医疗器械、管道配件 |
| 马氏体不锈钢 | 410、420 | 可淬火（淬火后 HRC50-55），强度高；耐腐蚀弱于奥氏体 | 淬火前易加工，淬火后需磨削；避免切削温度过高（易氧化） | 刀具、阀门阀芯、轴承 |
2. 有色金属（非铁基，轻量化 / 高导电 / 耐腐蚀）
（1）铝合金
- 6061-T6
特性：密度低（2.7g/cm³）、强度中等（抗拉强度≈310MPa）；易切削、易焊接；表面易氧化形成保护膜。
加工要点：切削阻力小（仅钢的 1/3），可高速切削（v=300-500m/min）；需注意 “粘刀”（用煤油冷却），防表面划伤。
应用：航空航天结构件、汽车零部件、电子外壳。 - 7075-T6（高强度铝合金）
特性：含锌元素，强度高（抗拉强度≈570MPa），接近钢；硬度 HRC15-19；加工性略差于 6061。
加工要点：需用硬质合金刀具（如超细晶粒 WC）；低速切削（v=150-250m/min），避免材料 “过热变形”。
应用：飞机起落架、赛车车架、精密模具。
（2）铜合金
- 紫铜（T2）
特性：纯度高（含铜≥99.9%）、导电导热性好；硬度低（HB60-80）、塑性极强，切削时易 “变形”。
加工要点：用锋利刀具（如高速钢），低速切削（v=50-100m/min）；需夹紧工件（防加工变形）。
应用：电线接头、导电端子、精密仪器触点。 - 黄铜（H62）
特性：含锌 38%，硬度中等（HB80-100）、易切削（“易切黄铜”）；成本低于紫铜，耐腐蚀。
加工要点：切削阻力小，可高速加工（v=200-300m/min）；排屑顺畅，无需复杂冷却。
应用：精密齿轮、阀门、卫浴配件。 - 青铜（QAl9-4，铝青铜）
特性：含铝 9%，强度高（抗拉强度≈550MPa）、耐磨性极佳；耐腐蚀（耐海水）。
加工要点：切削性略差于黄铜，需用硬质合金刀具；适合中速切削（v=100-150m/min）。
应用：船舶轴承、液压泵定子、耐磨衬套。
（3）钛合金
- TC4（Ti-6Al-4V）
特性：密度低（4.5g/cm³）、强度高（抗拉强度≈900MPa）；耐高低温、耐腐蚀（耐海水 / 酸碱）；但导热性差（仅钢的 1/5） ，切削时刀具易过热。
加工要点：用专用钛合金刀具（如超细晶粒 WC-Co 合金、金属陶瓷）；低速切削（v=20-50m/min），强力冷却（用油基切削液）；避免刀具 “颤振”（刚性不足易崩刀）。
应用：航空发动机叶片、航天器零件、人工关节。
二、非金属材料（轻量化 / 绝缘 / 低成本场景）
非金属材料在数控加工中多用于电子、家电、医疗等领域，核心优势是 “易加工、重量轻、成本低”，但强度低于金属。
1. 工程塑料
| 材料名称 | 俗称 | 核心特性 | 加工要点 | 应用 |
|---|---|---|---|---|
| ABS | – | 硬度中等（HB60-80）、易加工；表面易抛光，耐冲击 | 高速切削（v=200-400m/min）；用高速钢或硬质合金刀具，防 “熔屑粘刀”（用压缩空气冷却） | 家电外壳、玩具、3C 产品结构件 |
| POM | 赛钢 | 硬度高（HB120-140）、耐磨性极佳；尺寸稳定性好，无蠕变 | 切削时易产生 “粉尘”，需防尘；刀具需锋利（防材料 “软化”） | 精密齿轮、导轨、紧固件 |
| PC | 聚碳酸酯 | 透明、强度高（抗拉强度≈65MPa）；耐冲击，但易划伤 | 用高速钢刀具，低速切削（v=100-150m/min）；避免切削温度过高（易发黄） | 透明罩、光学镜片、医疗器械外壳 |
| PA66 | 尼龙 66 | 耐冲击、耐疲劳；但吸潮性强（吸潮后尺寸变大） | 加工前需烘干（含水率≤0.2%）；用硬质合金刀具，高速切削（防材料 “粘刀”） | 轴承、齿轮、汽车线束固定件 |
2. 复合材料
- 碳纤维增强塑料（CFRP）
特性：强度高（抗拉强度≈3000MPa）、密度低（1.6g/cm³）、耐疲劳；但 “各向异性”，切削时易 “分层”“掉丝”。
加工要点：用金刚石涂层刀具或钨钢刀具；低速切削（v=50-100m/min），小进给量；需真空吸屑（防纤维粉尘污染）。
应用：航空航天蒙皮、赛车车身、高端运动器材。 - 玻璃纤维增强塑料（GFRP）
特性：成本低于 CFRP，强度中等；但切削时 “玻璃纤维易磨损刀具”。
加工要点：用硬质合金刀具（如 WC-Co）；加强冷却，避免纤维 “刺入” 工件表面。
应用：风电叶片、船舶甲板、配电箱外壳。
三、核心材料加工性对比表
| 材料类别 | 代表型号 | 切削阻力（相对值） | 加工难度 | 刀具推荐 | 冷却要求 |
|---|---|---|---|---|---|
| 中碳钢 | 45# | 100（基准） | 低 | 高速钢、普通硬质合金 | 一般 |
| 奥氏体不锈钢 | 304 | 120-130 | 中 | 含钴硬质合金、TiAlN 涂层 | 高（乳化液） |
| 铝合金 | 6061 | 30-40 | 低 | 高速钢、普通硬质合金 | 低（压缩空气） |
| 钛合金 | TC4 | 150-180 | 高 | 超细晶粒硬质合金、金属陶瓷 | 高（油基切削液） |
| 工程塑料 | POM | 20-30 | 低 | 高速钢、硬质合金 | 低（压缩空气） |
| 复合材料 | CFRP | 80-100 | 高 | 金刚石涂层、钨钢 | 中（真空吸屑） |
综上，数控加工材料选择需平衡 “性能需求（强度 / 耐腐蚀 / 轻量化）” 与 “加工成本（刀具损耗 / 效率）”：如追求轻量化选铝合金 / 钛合金，追求低成本选碳素钢 / 黄铜，追求绝缘选工程塑料，追求高强度选合金钢 / CFRP。
THE END
