CNC加工最硬的材料是什么?

10 月 18, 2024

快速解答: CNC加工最硬的材料是什么?

没有单一最硬的材料可用于数控机床，因为硬度和可加工性不是同一属性.

全烧结陶瓷和硬质合金是用于精密部件的最硬材料之一, 但它们通常是通过金刚石磨削完成的, 研磨, 珩磨, 或 EDM 而不是传统的铣削和车削.

金属之中, 纯钨, 硬化工具钢, 镍基高温合金（例如铬镍铁合金）尤其难以加工. 钛不是该族中最硬的金属, 但这具有挑战性，因为它会在切削刃附近保留热量, 具有高强度, 并能与切削工具发生反应.

即使是软材料也可能很困难. 纯铜, 例如, 具有延展性，会产生毛刺, 积屑瘤, 切屑控制不良.

正确的过程取决于确切的等级, 硬度或材料状况, 几何学, 库存形式, 宽容, 表面饰面, 数量, 以及是否采用常规切割, 磨削, 或 EDM 可接受.

仅从硬度无法预测CNC加工难度.

某种材料可能难以加工，因为它:

极其坚硬且具有磨蚀性
坚韧且耐切割
易于加工硬化
难以将热量传导至切削区域
脆且对开裂敏感
与切削刀具发生化学反应
柔软的, 延展性的, 且难以破解成稳定的芯片

本文比较了钨的主要原因, 硬质合金, 陶瓷, 铬镍铁合金, 淬火钢, 钛, 纯铜的加工会变得困难或昂贵.

钨, 镍基高温合金, 淬火钢, 技术陶瓷, 硬质合金与硬质合金相比, 立方氮化硼, 和金刚石加工工具.

1. 硬度不等于可加工性

硬度衡量抗压痕能力, 抓挠, 或局部变形. 机械加工性描述了在保持可接受的刀具寿命的同时切削材料的难易程度, 芯片控制, 表面饰面, 尺寸稳定性, 和生产成本.

硬度只是加工因素之一.

其他重要因素包括:

韧性
加工硬化倾向
导热系数
热强度
磨料颗粒或硬质相
与工具的化学相互作用
弹性恢复
脆性
切屑形成
库存状况

例如, 钛的硬度不如烧制陶瓷或硬化工具钢, 但其低导热性和高强度会在切削刃附近产生严重的热量.

纯铜比较软, 但其延展性可以产生长切屑, 毛刺, 涂抹, 和积屑瘤.

切削刀具也不仅仅需要“比工件更硬”。成功的加工取决于切削刀具材料, 边缘几何形状, 涂层, 切割速度, 喂养, 工件夹持, 冷却液, 刀具路径, 以及整个过程的稳定性.

难加工材料: 快速比较

材料组	为什么很难	典型工艺或工具方向	买家须知
烧制技术陶瓷	极其艰难, 磨料, 且易碎	金刚石磨削, 研磨, 珩磨, 或最终烧结前的机械加工	传统铣削可能不是正确的精加工工艺
硬质合金碳化钨	烧结后具有极高的硬度和耐磨性	金刚石磨削, 抛光, 珩磨, 和电火花加工	不要将硬质合金与纯钨金属混淆
纯钨	高密度, 脆性或缺口敏感性, 且切屑形成困难	年级- 和特定条件的硬质合金刀具, 磨削, 或电火花加工	纯钨和钨高合金的加工方式不同
淬火钢	高硬度, 切削力, 热, 和磨粒磨损	碳化物, 陶瓷制品, 或 CBN，取决于硬度和操作	连续切削和断续切削需要不同的工具
镍高温合金 / 铬镍铁合金	加工硬化, 低导热率, 和高热强度	具有受控啮合和冷却功能的涂层硬质合金或陶瓷刀具	精确的合金和热处理条件很重要
钛合金	热量仍留在工具附近, 高强度, 回弹, 和化学反应性	锋利的硬质合金工具, 严格的设置, 稳定的参与, 和有效的冷却剂	钛很难, 但不一定是最难的
纯铜	柔软的, 延展性的, 且难以破解成稳定的芯片	锋利的抛光工具, 受控排屑, 和毛刺管理	柔软并不意味着良好的机械加工性

山特维克处理淬硬钢, 将钛和耐热高温合金作为单独的切削加工组，因为它们的切削问题不同. Copper.org 给普通纯铜 C11000 的可加工性评级仅为 20, 证明软金属仍然难以干净地加工.

2. 钨, 钨重合金, 和硬质合金

“钨”一词可以指代几种不同的材料，这些材料不应被视为可互换的.

纯钨

纯钨具有非常高的密度, 熔点非常高, 以及高温下的强大性能.

其加工行为在很大程度上取决于材料状况, 晶粒结构, 制造路线, 和温度. 室温下, 钨可能很脆并且对缺口或突然的切削载荷敏感.

可能的加工风险包括:

边缘崩边
开裂
刀具磨损
切屑形成不稳定
尖锐内角周围的损坏
难以产生薄或精致的特征

钨重合金

高比重钨合金将高比例的钨与镍等金属粘结相结合在一起, 铁, 或铜.

它们的加工方式可能与纯钨不同，有时可以采用更传统的方式加工. 确切的成分, 密度, 硬度, 因此，应在报价前指定材料条件.

硬质合金

硬质合金不是纯钨，也不是传统的钢.

它是一种在金属粘合剂中含有硬质碳化钨颗粒的复合材料, 常见的是钴. 一旦完全烧结, 它非常坚硬且耐磨.

典型的整理方法包括:

金刚石磨削
抛光
珩磨
线切割
电火花成型机
边缘处理

烧结前可以更容易地加工生坯或预烧结硬质合金毛坯, 但制造商必须考虑收缩率和最终材料状况.

为了更清晰地比较切削刀具材料, 请参阅我们的指南 高速钢与硬质合金刀具的比较.

攀时警告钨加工需要特定材料的经验, 而 CERATIZIT 列出了磨削, 抛光, 珩磨和电火花加工是全烧结硬质合金的主要精加工方法.

3. 钛: 由于热量和工具相互作用而困难

钛合金很难加工, 但不应仅凭其硬度值就将其描述为最硬的材料之一.

常见的钛合金加工问题包括:

低导热率，使热量保持在切削刃附近
相对于其重量的强度高
高温下与工具材料发生化学反应
弹性回复和回弹
切屑薄且切削压力集中
切深线周围的缺口磨损
当设置或刀具悬伸不稳定时会出现颤振

实际的钛工艺通常需要:

锋利且合适的硬质合金刀具
短刀具悬伸
刚性工件夹具
受控的径向和轴向接合
可靠的排屑
一致的冷却剂输送
避免刀具滞留和摩擦
稳定地进入和退出切削

简单地降低主轴转速并不是完整的钛加工策略. 喂养, 订婚, 刀具路径, 边缘几何形状, 冷却液, 机器刚性, 和刀具寿命必须一起规划.

山特维克认为切削区导热性差和热量集中是钛加工的主要问题.

4. 铬镍铁合金和镍基高温合金

铬镍铁合金是一系列镍基合金，而不是单一材料等级.

常见的数控加工困难包括:

高温下保持高强度
导热系数低
快速加工硬化
磨料硬相
强烈的缺口磨损倾向
高切削力
切屑控制困难
如果切削刃发生摩擦而不是切削，则刀具失效

确切的加工路线取决于合金, 热处理, 铸造或锻造状态, 几何学, 和所需的表面完整性.

有用的过程控制可能包括:

刚性工件夹具
短刀具悬伸
合适的涂层硬质合金或陶瓷牌号
一致的工具接合
积极的切削作用
有效的冷却剂输送
避免光线重复经过加工硬化表面
在严重边缘故障之前计划更换刀具

铬镍铁合金不应该仅仅因为它“硬”而被称为“困难”。其高温强度, 加工硬化和散热不良通常比其室温硬度更重要.

有关后刀面磨损的更多信息, 缺口磨损, 积屑瘤和刀具故障, 请参阅我们的指南 机械加工磨损及其预防.

山特维克描述低导热率, 高温强度, 加工耐热高温合金时，磨损和缺口磨损是核心问题.

5. 淬火钢: 刀具选择取决于硬度和切削稳定性

淬火钢通常可以在热处理后进行机械加工, 但正确的切削刀具材料取决于硬度, 手术, 库存津贴, 表面要求, 以及切割是连续的还是间断的.

可能的工具选择包括:

涂层硬质合金
金属陶瓷
陶瓷制品
CBN 或 PCBN
用于要求最终表面的砂轮

硬加工通常会产生:

高切削压力
快速磨粒磨损
边缘崩边
切削刃附近的热量
表面完整性风险
刀具磨损时的尺寸漂移
断续切削时的困难

CBN 广泛用于精加工较硬的钢材, 但它并不是每个操作的自动选择. 硬度较低, 严重中断, 粗加工余量, 设置不稳定, 或复杂的几何形状可能需要不同的等级或工艺.

过程审查应确认:

实际硬度范围
表面硬化或完全硬化状态
连续或断续切削
库存津贴
所需的表面光洁度
刀具悬伸
夹具稳定性
硬车还是磨削哪个更实用

山特维克围绕高硬度钢系列定义了硬零件车削，并提供硬质合金, 陶瓷和 CBN 解决方案取决于硬度和工作条件.

6. 技术陶瓷: 通常是磨削问题, 非普通铣削

技术陶瓷，例如氧化铝, 氧化锆, 碳化硅, 氮化硅非常坚硬, 耐磨, 烧制或烧结后易碎.

制造路线可包括:

形成或压制近净形状
最终烧制前的绿色加工
控制烧结收缩
烧成后的金刚石磨削
研磨
珩磨
抛光
适合情况下的激光加工

一旦完全发射, 传统硬质合金铣削刀具通常不是高硬度陶瓷部件的首选精加工方法.

常见风险包括:

边缘崩边
次表面裂纹
孔和薄壁周围断裂
磨削热
昂贵的材料去除
修复错误功能的能力有限
检查和处理成本高

图纸应标明尺寸是在烧制之前还是之后应用，以及是否包括研磨余量.

买家还应确认:

精确的陶瓷等级
烧结或生坯状态
收缩责任
表面光洁度要求
切边余量
平整度和厚度要求
检查方法
可接受的加工工艺

CeramTec 指出，烧制陶瓷通常需要烧制后研磨, 珩磨, 研磨或抛光，并且由于材料硬度而使用金刚石工具. 碳化硅也被描述为最坚硬的技术陶瓷系列之一.

7. 纯铜: 柔软但仍难以加工

纯铜证明最硬的材料并不总是最难加工的材料.

高导电铜牌号相对较软且具有延展性, 但这可以创造:

长连续切屑
内置边缘
毛刺
材料涂抹
边缘清晰度差
难以维护小功能
刀具装载
不受控制的切屑造成的表面划痕

铜加工工艺可能需要:

切削刃非常锋利
抛光凹槽或刀片表面
正刀具几何形状
有效排屑
控制进给以避免摩擦
合适的冷却剂或润滑剂
仔细去毛刺
保护导电和装饰表面

确切的铜牌号很重要. 易加工铜合金的行为与高纯度 C101 或 C110 铜有很大不同.

Copper.org 给予 C11000 电解韧铜的可加工性评级为 20, 尽管其硬度相对较低且具有优异的延展性.

所以, 哪种材料最难数控加工?

答案取决于数控加工的含义.

问题	实用答案
成品部件常用的最硬材料	全烧结陶瓷和硬质合金是最硬的材料之一
用于传统铣削或车削的最硬材料	纯钨, 淬火钢, 一些镍高温合金可能是最苛刻的
在工具附近产生最多热量的材料	钛和镍高温合金是主要例子
最有可能加工硬化的材料	镍基高温合金和一些不锈钢
精加工过程中最容易破裂的材料	烧制陶瓷和脆性钨的条件
软质材料的加工性能仍然较差	纯铜和其他高延展性材料
最有可能需要磨削或电火花加工而不是铣削的材料	烧结碳化物和烧制技术陶瓷

如果不知道确切的等级，就没有可靠的通用排名, 硬度, 物质条件, 几何学, 宽容, 和允许的制造工艺.

结论

数控机床没有单一最硬的材料，因为加工难度不仅仅取决于硬度.

全烧结陶瓷和硬质合金是最硬的工程材料之一, 但它们的最终特征通常是通过金刚石磨削产生的, 抛光, 珩磨, 或 EDM 而不是普通铣削.

纯钨, 淬火钢, 镍基高温合金对传统切削的要求极高. 钛金属很难加工，因为它会集中热量并与切割过程发生强烈反应, 而纯铜证明，即使是软材料也会产生严重的切屑控制和毛刺问题.

应选择正确的工艺:

精确的材料等级
材料状况和硬度
几何学
工具访问
数量
公差
表面光洁度
检验要求
可接受的制造方法
工具磨损和报废零件的成本

不要仅根据硬度值选择加工工艺.

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难加工材料的询价信息

询价项目	需要指定什么	为什么它很重要
精确的材料	合金, 陶瓷级, 硬质合金牌号, 纯度, 或客户规格	“钨”或“陶瓷”等通用名称不完整
物质条件	退火, 硬化的, 烧结的, 投掷, 锻造的, 锻, 或经过热处理	改变机械加工性和工艺选择
库存形式	酒吧, 盘子, 锻造, 铸件, 绿色陶瓷, 烧结毛坯, 或近净预成型件	影响材料去除和设置
硬度	所需范围及测试方法	帮助选择硬质合金, 陶瓷制品, 立方氮化硼, 磨削, 或电火花加工
几何学	薄壁, 深孔, 小半径, 线程, 或中断的功能	控制工具接触和断裂风险
数量	原型, 低音量, 或重复生产	确定工具和夹具投资
公差	功能尺寸, 日期, 平整度, 跳动, 和孔位置	缩短精加工和检查时间
表面光洁度	粗糙度, 抛光, 磨痕, 或表面完整性要求	可能会改变制造工艺
检查	CMM, 硬度, 表面粗糙度, 探伤, 或材料报告	定义报价前的接受
替代工艺	是否磨削, 电火花加工, 激光, 或允许近净成形	传统切割可能不是最佳途径