使用铜:设计、加工和表面处理要求

铜是一种真正用途广泛的金属。铜有一个自然美丽的,有光泽的完成,使其成为艺术品,厨具,厨房后挡板,台面,甚至珠宝理想。它还具有优良的材料和电气性能,适用于工程复杂零件,如EDM电极。

将铜用于机加工零件有许多好处。铜是世界上用途最广泛的金属之一,具有高耐腐蚀性和良好的导电性和导热性。在本文中,我们将讨论铜和铜合金的加工方法、设计考虑因素和加工要求,这些不仅仅是美学上的好处。

铜加工技术

纯铜由于其高延展性、塑性和韧性而难以加工。合金化铜改善了其可加工性,甚至使铜合金比大多数其他金属材料更易于加工。大多数机加工铜零件由铜与锌、锡、铝、硅和/或镍合金制成。与同等强度的加工钢或铝合金相比,这些合金需要的切削力要小得多。

CNC铣削

铜合金可以利用各种技术进行加工。CNC铣削是一种自动化加工过程,利用计算机控制来管理多点旋转切削刀具的运动和操作。当刀具在工件表面旋转和移动时,它们会慢慢去除多余的材料,以完成所需的形状和尺寸。铣削可用于创建不同的设计特征,如凹槽、槽口、凹槽、孔、槽、轮廓和平面。

以下是CNC 铣削铜或铜合金的一些指南:

1.常见的切削材料为碳化物应用组,如N10和N20,以及HSS等级

2.您可以将切割速度降低10%,从而延长刀具寿命

3.当铣削带有铸皮的铜铸造合金时,对于硬质合金组刀具,将切削速度降低15%,对于HSS级刀具,将切削速度降低20%

CNC车削

另一种加工铜的技术是CNC车削,刀具保持静止,而工件移动以产生所需的形状。CNC车削是一种适用于制造许多电子和机械零件的加工系统。

使用CNC车削有许多好处,包括成本效益、精度和提高制造速度。当转动铜工件时,仔细考虑速度是特别重要的,因为铜是一种优良的导热体,它比其他材料产生更多的热量,这会随着时间的推移而增加刀具磨损。

以下是CNC 车削铜或铜合金的一些技巧:

1.将刀具刃角设置在70°到95°的范围内

2.易被涂抹的较软铜需要约90˚的刀具刃角

3.恒定的切削深度和减小刀具刃角可降低刀具上的应力,提高刀具寿命和切削速度

4.增加主切削刃和副切削刃之间的角度(刀具夹角)可使刀具承受更高的机械载荷,并导致更低的热应力

设计注意事项

在用铜加工零件进行设计时,需要考虑多种因素。一般来说,您应该只在必要时使用铜,因为铜很贵,而且通常不需要用铜生产整个零件。一个好的设计可以利用一小部分铜来最大限度地利用其不寻常的特性。

以下是选择铜或铜合金零件的一些常见原因:

1.高耐腐蚀性

2.高导电性和导热性,易于焊接

3.高延展性

4.高度可加工的合金

选择正确的材料等级

在设计阶段,为您的应用选择正确等级的铜非常重要。例如,将纯铜用于完全机械零件不仅困难而且不经济。C101(纯铜)由于其纯度(99.99%铜)而具有更高的导电性,但可加工性较差,而C110通常更易于加工,因此更具成本效益。因此,选择正确的材料等级取决于对设计功能至关重要的特性。

可制造性设计

无论您使用什么材料,DFM 都应始终放在首位。在 Fictiv,我们建议您在保留应用所需功能的同时,尽可能放宽公差。此外,最好限制尺寸检查,避免小半径的深凹穴,并限制零件设置的数量。 

无论您使用何种材料,DFM都应始终是您的首选。我们建议您在保留应用所需功能的同时,尽可能放宽公差。此外,最好限制尺寸检查,避免小半径的深槽,并限制零件设置的数量。

特别是,在设计铜零件时,这里有一些具体的最佳实践:

1.保持最小壁厚 0.5 毫米

2.CNC 铣削的最大零件尺寸为 1200 *500*152 毫米,CNC 车削的最大零件尺寸为 152* 394 毫米

3.对于咬边,保持方形轮廓、全半径或燕尾形轮廓

精加工铜

在加工完成后,在决定哪种工艺最适合您的需要时,有多种因素需要考虑。表面光洁度控制的第一步是在CNC加工过程中。可以控制某些CNC加工参数以改变加工零件的表面质量,例如,刀尖半径或刀具角半径。

对于软铜合金和纯铜,光洁度的质量直接且严重地取决于机头半径。应尽量减小机头半径,以防止涂抹较软的金属,并降低表面粗糙度。这样做可以创建更高质量的切割面,因为较小的刀尖半径可以减少进给痕迹。与传统的刀尖半径工具相比,雨刮器镶块是首选工具,因为它们可以在不改变进给速度的情况下提高表面光洁度。

您还可以通过后处理达到零件光洁度要求:

手工抛光——尽管是劳动密集型的,但抛光会产生有吸引力的表面光泽

介质喷砂——这会产生均匀的哑光表面,并隐藏小瑕疵。

电解抛光——由于其难以置信的导电性,使铜光亮,是精整铜的最佳选择。