CNC加工操作

钢和钛是各种加工项目中最常用的两种 CNC 材料。这两种金属以其出色的机械强度和韧性而闻名。 钢材加工 并且钛加工是一个值得讨论的问题，因为这些材料具有多种合金和多种特性。

我们将根据钛和钢 CNC 加工的特性、可加工性、优点、缺点、应用、CNC 加工条件等讨论它们之间的差异。

 

钢与钛：常见合金加工

CNC 加工项目中使用了几种钛合金和钢合金。您可以查看下表以比较以下加工 钛与钢.

材料	应用	合金	公差	室壁厚度	零件尺寸	我们的强项
合金钢	来自 3 轴和 5 轴 CNC 机床的低成本高强度零件，适用于建筑、汽车、国防海事、模具以及许多其他行业	合金钢4130 合金钢4340 钢（4140 合金） 钢（1018低碳） 镀锌钢板 （低碳钢） 碳钢 (1045)…	根据图纸不低于 ±0.125mm (±0.005") (ISO 2768)	最小 0.75 毫米 (~0.03”)； 它可能会根据合金类型和零件尺寸而有所不同）	200 x 80 x 100 cm	机械强度高、韧性好、耐磨、耐疲劳、坚固
钛	汽车、航空航天和医疗零部件领域的实力	1级钛 2级钛 5级钛（TC4、Ti6Al4v）	根据图纸不低于 ±0.13mm (±0.005") (ISO 2768)	最小 0.75 毫米 (~0.03”)； 它可能会根据合金类型和零件尺寸而有所不同）	200 x 80 x 100 cm	强度重量比比钢高 40%、优异的耐腐蚀性、低热膨胀性和生物惰性

超过 100 种钢材可供 CNC 加工项目使用。 然而，这些品种分为四个基本类别。

合金钢

• 碳素钢

碳钢的成分中含有约 2-3% 的碳。这种钢的硬度 钢合金 取决于碳含量，碳含量越高，硬度越高。在使用 CNC 技术加工时，它具有较高的可加工性，但碳含量越高，可加工性越低。此类别下的一些流行等级包括 1010，1018，1030，1040和1080.

• 合金钢

顾名思义，它是钢与其他不同合金元素的组合，例如镍、锰、铜、钒、铬、钨和其他金属。  合金钢与碳钢: 这些材料的加入使合金钢具有极强的耐腐蚀性和耐磨性，从而最大程度地提高了强度和硬度。一些常用的合金钢等级包括 4130、4140、4340 和 6150。它具有出色的精度，并且易于加工。

• 不锈钢

不锈钢的成分中含有 10-20% 的铬，这有助于提高强度并提供有光泽的银色外观。 它比早期牌号成本更高，具有高耐腐蚀性，并且不易加工。 一些流行的不锈钢牌号包括 303、304 和 316。

• 工具钢

工具钢通常经过硬化处理，在四类钢中切削加工性最低。 这种钢的应用包括制造切割、成型和其他工具。 有六组工具钢：水硬化、冷作、抗震、高速、热作和特殊用途 （工具钢 | 四种钢材，2015 年）。

钛合金

钛是一种轻质、坚固、耐用且耐腐蚀性极强的金属。不同的行业都依赖于 CNC加工钛 精密零件。

钛是一种轻质、坚固、耐用且高度耐腐蚀的金属。 它具有卓越的韧性和硬度以及低摩擦系数和耐磨性。 CNC 加工操作中使用的两种主要钛合金包括 Ti-6Al-4V 和 Ti-6Al-4VEli。 第一个因卓越的强度而闻名，第二个因生物相容性而闻名。

钛分为 1、2、3、4、7 和 11 级。前 XNUMX 级被认为是纯合金级，而接下来的 XNUMX 级是合金级。

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碳钢与钛

钢和钛哪个具有更高的切削加工性？

钢材数控加工

可加工性 是一个参数 减材制造工艺 这指的是在铣削、车削等加工操作过程中材料去除的难易程度， 钻孔和其他。

这是确保任何特定材料的 CNC 加工项目成功的关键衡量标准。 弹性特性在机械加工性中起着重要作用，因为弹性较小的材料很快就会变形。 此外，硬度是影响切削加工性的另一个属性。

钛是一种硬金属，弹性低。 因此，它比钢更难加工。 使用数控加工进行加工需要多方面的考虑和专门的加工工具。 另一方面，钢比钛更有弹性，并且具有更好的机械加工性。

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材料的切削加工性及其与数控加工的关系

比较：物理和机械性能

这两种材料因其强度和韧性而在数控加工项目中很受欢迎。 我们来比较一下物理和机械性能。

强度重量比： 钛由于其低密度特性而具有高强度重量比。 钛与钢相比，其强度仅为钢的 40%。

耐腐蚀性能： 钛比钢及其合金具有更强的耐腐蚀性。 钢对酸、碱和工业化学品的反应性更强，而钛对这些化学品很稳定。 然而，它在高温下可能与浓酸发生反应。

电导率： 由于钢的电阻较低，因此钢比钛更容易流通。 钛的导电性较差，使其成为相当好的电阻器。

导热系数：钢的导热率高于钛及其合金，因此在热应用中选择钢 CNC 加工将是明智的选择。 钢比钛能更好地吸收和传递热量。

硬度： 硬度是任何工程材料的重要机械性能。 它决定了耐磨性、变形、蚀刻等方面。 为 CNC 项目选择材料需要非常仔细的考虑。 钛上生长的氧化钛层形成了可以承受最大穿透力的刚性表面。 然而，通过热处理工艺，钢可以与钛的硬度相匹配。

耐用性： 就耐用性而言，钛优于钢。 它的强度几乎是钢的 2 到 4 倍，具体取决于合金类型。 如果 CNC 加工零件能够避免划痕和适当的表面光洁度，那么它们可以使用很长一段时间。

机械强度： 您可能认为钛对于屈服强度具有决定性作用，但钢具有更高的抗拉强度。 尽管如此，按单位质量计算，钛的强度更高。 考虑到整体强度，最好选择钢，考虑到单位质量强度，最好选择钛。 同样，钢具有较高的拉伸和剪切强度，但就单位质量强度而言，钛是一个不错的选择。

热稳定性： 与钢相比，钛零件可以在高温下工作。 选择热应用是明智的选择。 钛的熔化温度为1668±10°C，而钢在1370°C左右转变成液体 （海斯，1956）.

 

 

应用比较

钛和钢的数控加工在多个行业都有广泛的应用。 让我们更仔细地比较它们。

钢CNC加工	钛数控加工
汽车： 弹簧、油箱、底盘、雨刷片、保险杠、排气管、集电器、地板、消声器、安全带、挡风玻璃、紧固件等等。	航天： 发动机叶片、起落架、轴、内部结构、压气机轮、连杆、发动机舱等等。
结 构： 管材、板材、钢筋、室内装饰等。	医疗： 钛的生物相容性使其成为骨生长刺激器、脊柱融合装置、骨板、正畸和假身体部位的理想选择。
食品加工： 炊具、商用厨房用具、啤酒酿造、肉类加工、食品干燥系统等。	海洋： 甲板、卸扣、弹簧钩、压力容器、海底探测器等。
医疗： 实验室设备、外科植入物和诊断设备。	汽车： 车架、紧固件、消声器、排气管、发动机阀门、承载弹簧以及更多零件。
防御： 手枪、手枪、军用车辆结构等等。	其他： 石油和天然气、建筑、建筑、珠宝、体育和电动汽车。

 

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用于制造项目的不锈钢板

 

CNC加工变量比较

钢CNC加工	钛数控加工
硬质钢和硬质合金工具 低碳钢 120-170 英尺/分钟 中碳钢 100-120 英尺/分钟 合金钢 100-120 英尺/分钟	带金刚石刀尖的硬质合金刀具 200 m/min 来源: （麻烦的钛——加工这种坚韧材料的技巧，2014 年）

 

表面处理选项的比较

对钢进行 CNC 加工可以制造出比钛更光滑的零件。 然而，可以应用各种表面精加工方法来提高表面质量并控制粗糙度。

钢CNC加工	钛数控加工
· 钝化 · 粉末涂料 · 渗碳 · 喷砂处理 · 磨削 · 镀镍	· 抛光 · 等离子电解氧化 · 等离子渗氮 · 阳极氧化

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• 等离子的力量：它能切割钛吗？
• 钛等离子切割的应用

 

优势对比

钢CNC加工	钛数控加工
· 低成本制造 · 机械强度高的零件 · 高切削加工性 · 复杂形状 · 尺寸精度 · 可预测的反应 ·可持续发展	· 生物相容性 · 优越的耐腐蚀性能 · 高强度重量比 · 形状复杂 · 精确 · 承受极端温度的能力 · 无毒 · 美学的感染力

 

缺点对比

钢CNC加工	钛数控加工
· 屈曲 · 热敏感性 · 维护成本高 · 外观美观 · 腐蚀风险更大	· 成本高 · 变形和开裂的可能性 · 建立优势 · 加工复杂 · 工具磨损的可能性

 

结语

钢和钛是两种常见的数控加工材料，适用于许多行业。 这两种材料有多种合金，具有令人印象深刻的性能。 几乎所有数控加工操作都可以使用合适的工具和加工参数对这些合金进行加工。 选择理想的钢和钛合金需要彻底了解它们的性能、加工条件、预期用途要求以及更多属性。

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常见问题

钛比钢强吗？

与钢相比，钛具有更高的强度重量比，使其单位面积更强。 然而，钢材具有较高的整体强度，因此对于需要高承载能力和抗变形能力的应用来说，它仍然是首选。

钛的重量与钢的重量相比如何？

钛比钢轻约 60%，使其成为航空航天、汽车和医疗行业等对减重至关重要的应用的理想选择。

钛与不锈钢，在机械加工方面相比如何？ 

由于钛的导热性较低、化学反应性较高且具有加工硬化倾向，因此加工钛通常比加工不锈钢更困难。 钛金属通常需要较慢的切削速度、较低的进给率和专用刀具，以防止刀具过度磨损并确保精度。

钛和钢哪种材料更容易用 CNC 加工？

钢合金比钛合金具有更好的切削加工性。 然而，使用正确的加工工具和 CNC 参数可以轻松加工它。

钢材数控加工有哪些优势？

钢 CNC 加工具有复杂的形状、尺寸精度、可持续性、成本效益、快速的交货时间以及更多优势。

CNC加工常用的钢材有哪些？

CNC加工常用的钢种包括低碳钢、工具钢和不锈钢（如304和316）。 每种类型都有自己的优点和应用，具体取决于强度、耐腐蚀性和可加工性等因素。

为什么钛很难进行CNC加工？

钛由于其硬度、导热性有限和机械强度高等特性而难以进行精密数控加工。 它需要考虑几个操作因素。

钛合金CNC加工有哪些优点？

钛数控加工提供的零件具有优异的耐腐蚀性、形状复杂、精度高、美观等优点。

哪种材料最适合我的数控加工项目？

为您的 CNC 加工项目选择钢和钛取决于规格、要求功能、精度、预期用途、成本和许多其他因素。

 

参考书目

1. 海耶斯，DK (1956)。 铪、锆和钛的熔点测定。 施普林格林克.
2. （2015）。 工具钢| 四种钢材。 来自 https://www.metalsupermarkets.com/。
3. （2014）。 麻烦的钛——加工这种坚韧材料的技巧。 山特维克可乐满，来自 https://www.sandvik.coromant.com/。
4. （nd）。 惠特尼建议的切割速度。 惠特尼工具，来自 https://www.suncoasttools.com/。

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