导电导热、延展性好、耐腐蚀——这就是铜，它是工业中第三大使用材料。电子行业主要利用这些特性，但铜的多功能性还延伸到各种机械应用。大多数这些应用都需要对铜进行精密加工，以将其原始形态转化为功能性产品。
本文介绍了制造铜产品的所有过程；复杂的 CNC 加工技术、基本工具、遇到的挑战以及受益的广泛应用。
CNC 加工：铜材的终极选择
CNC 加工铜是指使用精密数控加工 (CNC) 来切割、定型和塑造铜。由于铜本身具有延展性和导电性，因此需要能够精确一致地处理材料的加工 - CNC 机器可以熟练地满足这些要求。
CNC 加工可确保满足尺寸规格，并在整个过程中保持铜的物理特性的完整性。这一点至关重要，因为即使是微小的偏差也会显著影响铜部件的性能，尤其是在电气和热应用中。
此外，铜的多种应用（从电子元件到机械组件）需要多功能加工能力。 CNC 加工可实现这些技术领域所需的复杂形状和精细细节，从而提供这种多功能性。
铜的常见 CNC 加工技术
以下是流行的铜 CNC 加工技术的简要概述：
数控铣床 采用旋转工具将铜切割成精确的形状和尺寸。这种方法特别适用于制作需要高精度的槽、孔和复杂表面。
数控车削 用于制造圆柱形铜部件，方法是将铜工件旋转到固定的切削工具上。该工艺有利于制造电气和机械系统中使用的精密零件，例如销、杆和衬套。
用于 CNC 加工的铜合金
铜与其他金属类似，具有不同的等级和成分。每种铜都有其独特的特性，适用于特定的应用。
纯铜/电解铜
纯铜通常称为电解韧铜 (ETP)，铜含量至少为 99.9%。将铜从矿石中提取出来、熔化并提纯至 99% 后，再经过电解过程，使其完全纯化。
由于这种铜是在电解的阴极获得的，因此通常被称为阴极铜。
它导电性极佳，因此非常适合电气应用，例如导电线和电气元件。然而，柔软性可能会使加工变得困难。商业上， 铜系列 考虑 UNS 编号 C10100 和 C13000 之间的情况。其中， C11000 （电解韧铜）是最常见的纯铜等级。其纯度为 99.95%，用于制造电线。
无氧铜
无氧铜（OFC）纯度高，经过精炼，不含氧。由于不含氧，其导电性和耐腐蚀性得到增强。它适用于高品质视听元件、半导体基座和真空密封导体部件。
在必须避免氢脆的环境中，OFC 也是首选。其两种常见等级为：
C10200 （无氧铜）是最纯净的铜。其含氧量约为 0.0005%，价格昂贵。
C10100 无氧电子铜，含氧量约0.001%，电导率高，可与电解铜媲美。
免加工铜
免加工铜是一种添加了微量添加剂（如锡、磷、硫、锌、碲和镍）以提高可加工性的铜合金。这种铜非常适合制造需要大量加工的机械零件。例如，连接器或带有精细螺纹的零件。
引入免加工铜原本是为了在保持导电性不变的情况下提高加工性，但由于添加了铅等添加剂，导电性与纯铜相比有所下降。
除了黄铜和青铜外，一些流行的易切削铜等级包括 C14500（碲铜）、C14700（硫铜）和 C111。
CNC加工铜的好处
CNC 加工有助于将金属塑造成所需形状。但最终，金属的天然特性才是其用途所在。一些关键特性包括：
导电性和导热性
铜的导电性仅次于银。这就是为什么它是所有电器和电路板的组成部分。它的导热性也被用于热交换器。
耐腐蚀性能
铜具有出色的抗腐蚀性能，这一点在诸如自由女神像等标志性建筑中得到了充分体现，该雕像含有约 80 吨铜。此外，铜的杀菌和杀真菌特性使铜成为制造公共场所把手和门把手的理想材料。
可回收性
据估计，近80%的铜矿开采被回收利用，至今仍在使用。铜即使经过多次回收处理，仍能保持其特性。
CNC 加工铜的挑战
金属，无论硬还是软，加工起来总是一项挑战。因此，铜也不例外。在加工铜时，我们经常会遇到以下挑战：
加工硬化
加工硬化是指铜在加工过程中因变形而变得更硬、更脆。要减轻加工硬化，请使用锋利的刀具和较高的切削速度。
毛刺形成
在所有金属加工作业中，毛刺的形成都很常见。由于切割操作后小块材料仍附着在上面，因此会形成粗糙的边缘。为了避免这种情况，可以使用具有优化切割速度的锋利切削刀具。此外，还可以在切割后进行去毛刺。
加工技术的局限性
并非所有铜材料都能进行点焊或电弧焊等焊接工艺。这些限制会限制铜部件的制造选择。
CNC加工铜时的注意事项
无论何时使用任何工具加工铜，都必须牢记以下基本注意事项：
铜的品位
等级的选择需要根据用途和所需特性来确定。对于需要高导电性的应用，请使用纯铜 (C11000)。但是，对于需要更易于加工的机械部件，易加工铜可提供更好的可加工性和成本效益。
切削速度和进给量
必须考虑到铜的柔软性和高导电性来设定切削速度和进给率。较高的进给率可以最大限度地缩短刀具与材料接触的时间，从而减少热量积聚，但会增加刀具磨损。因此，必须权衡利弊，尽量减少对刀具寿命的影响。
加工工具
刀具材料和几何形状的选择取决于所加工的铜等级。高速钢 (HSS) 或硬质合金刀具 (N10、N20) 适用于所有铜等级。
对于较软的铜，边缘角度接近 90 度的工具是最佳的，因为它们可以最大限度地减少材料粘附并提高切割质量。
保持恒定的切削深度和优化刀具刃口角度可以减少刀具应力。此外，增加主切削刃和副切削刃之间的角度也有助于更好地管理机械力，并减少刀具上的热应力。
可制造性设计 (DFM)
设计部件应按照 DFM 原则制作。优化设计公差，同时保留基本功能。避免使用复杂特征，例如半径较小的深口袋，这会使加工复杂化并增加成本。保持最小壁厚为 0.5 毫米，并考虑 CNC 铣削（最大 1200 x 500 x 152 毫米）和车削（最大 152 x 394 毫米）的尺寸限制。
设计还应考虑底切的可行性——使用方形、全半径或燕尾轮廓来简化加工。
CNC 加工铜部件的表面处理技术
金属具有光泽感，但加工会在某种程度上削弱这种特性。为了恢复光泽，加工后总会采用表面精加工技术。对于铜，以下精加工技术很受欢迎：
电解
电解抛光使用电化学溶液对铜表面进行抛光、钝化和去毛刺。通过去除表面的薄层（0.0025 毫米至 0.064 毫米），可提高材料的美观度和耐腐蚀性。
该技术适用于需要高光泽度或增强耐腐蚀性的组件，例如医疗设备和食品加工设备。
电镀
电镀涉及通过电化学过程用一层其他金属覆盖铜部件。此过程用于保护铜并增加表面特性而不影响导电性。一个常见的例子是电连接器镀锡以提高可焊性。
媒体爆破
介质喷砂（或磨料喷砂）将一股磨料喷向铜表面，使其光滑、去除瑕疵或形成特定的表面纹理。常用介质包括珠子、苏打或沙子。
它经常用于实现哑光或纹理效果，从而可以改善零件的抓地力或美观度。
CNC加工铜件的应用
铜是一种延展性好、导电性强的材料。铜约 60% 的应用领域是电子领域，但它也是大多数机械应用不可或缺的一部分。
机械应用
应用用铜制成的特定部件换热器管、板、翅片管汽车散热器、冷却系统、制动管工业机械轴承、衬套、液压管焊接设备气焊喷嘴、焊枪组件管道管道、配件、阀门
电子设备
应用铜制特定部件电气系统母线、接地排、电触点电子设备连接器、端子、PCB 走线电信天线组件、同轴电缆配电开关设备部件、断路器零件
其他工业用途
行业应用再生能源太阳能电池板汇流条、风力涡轮机连接医疗器械手术器械、诊断设备部件制造业定制工具和夹具
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常见问题
最适合加工的铜是哪种？
理想情况下，含有添加剂的免加工铜比其他类型的铜更容易加工。在纯铜中，与 C10100 相比，C101（也称为 C100）是一种经济高效且易于加工的选择。
铜加工困难吗？
铜加工并不一定困难，但确实存在一些挑战。不同等级的铜的性质差异很大；许多铜质地柔软且导电性高，这就需要仔细选择加工参数和工具。必须选择这些参数和工具，以确保在加工过程中不会改变铜的自然性质。
哪种切削刀具最适合 CNC 加工铜？
由高速钢 (HSS) 或硬质合金 (N10 和 N20 级) 制成的切削工具最适合切削铜等柔软且延展性好的材料。
