CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen
Die CNC-Bearbeitung gewinnt in der Fertigungsindustrie zunehmend an Bedeutung, da sie die Bearbeitung einer breiten Materialpalette ermöglicht. Mit CNC-Bearbeitung lassen sich präzise Bauteile aus verschiedenen Materialien gemäß dem 3D-Modell herstellen.
Zu den typischen Materialien in CNC-Bearbeitungsprojekten gehören Metalle und Legierungen, Kunststoffe und Verbundwerkstoffe. Wenn Sie den Materialtrend analysieren, sind Verbundwerkstoffe nach Metall und Kunststoff die am häufigsten verwendeten Materialien in CNC-Bearbeitungsprojekten. In diesem Artikel dreht sich alles um die CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen. Wir werden das abdecken Eigenschaften von Verbundwerkstoffen, Umstände für die Verbundwerkstoffbearbeitung, Anwendungen und vieles mehr.
Verwandt: Gängige Materialien für die CNC-Bearbeitung
Was sind die Verbundwerkstoffe?
Verbundwerkstoffe sind Materialien, die aus einer Kombination von zwei oder mehr Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften bestehen. Durch die Kombination von Materialien mit unterschiedlichen physikalischen und mechanischen Eigenschaften entsteht ein neues Material mit einzigartigen Eigenschaften (Ngo, 2020).
Verbundwerkstoff = Grundmaterial (Matrix) + Faser (Verstärkungsmaterial)
Es kann jedoch auch andere Zusätze und Füllstoffe enthalten, um die gewünschten Eigenschaften individuell anzupassen und zu verbessern Oberflächenfinish.
Verbund-Kohlenstofffaser
Der Zweck des Fundaments, verschiedene Metallarten zu kombinieren, hängt mit der Verbesserung von Festigkeit, Steifigkeit, Hitzebeständigkeit und anderen Eigenschaften zusammen.
Zum Beispiel die Kombination von Keramik mit Gusseisen erhöht die Hitzebeständigkeit und Festigkeit, und das durch die Kombination gebildete neue Material wird dem Ausgangsmaterial in vielerlei Hinsicht überlegen sein.
Es gibt vier Arten von Verbundwerkstoffen, die häufig bei der CNC-Bearbeitung verwendet werden.
- Holzverbundstoffe: Sperrholz
- Verstärkte Kunststoffe: Kohlefaser, Glasfaser, Textilfaser und mehr
- Metallmatrix-Verbundwerkstoffe: Fortsetzungsfasern, Siliziumkarbid, Graphit usw.
- Keramikmatrix-Verbundwerkstoffe: Aluminiumoxid, Mullit oder Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Kalzium-Aluminiumoxid und mehr.
Was sind die Eigenschaften von Verbundwerkstoffen?
Verbundwerkstoffe bieten Korrosionsbeständigkeit, ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, Radartransparenz, sind nicht magnetisch, einfach zu warten, Haltbarkeit, Konsolidierung der Teile, Maßhaltigkeit, maßgeschneiderte Oberfläche und viele andere Eigenschaften. Lassen Sie uns die wesentlichen Eigenschaften genauer besprechen.
- Hohe mechanische Festigkeit
Wenn man das Gewicht von Verbundwerkstoffen berücksichtigt, handelt es sich um zu starke Materialien. Sie können es am Beispiel von Kohlefaser verstehen, die eine viermal höhere Festigkeit als Baustahl bietet. Die Festigkeit bestimmter Verbundwerkstoffe hängt jedoch stark von den Materialien ab, aus denen sie bestehen.
- Feuerbeständig und feuerhemmend
Keramik und andere eng verwandte Verbundwerkstoffe sind äußerst feuerbeständig. Die Zusatzstoffe in Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel Antimontrioxid, erzeugen beim Entstehen eines Feuers Kohlendioxid und verhindern, dass es brennt. Darüber hinaus sind sie hilfreich für die Nachheilung.
- Schlagfestigkeit
Eine Mischung verschiedener Materialien macht Verbundwerkstoffe äußerst widerstandsfähig gegen Stöße und hohe Aufprallkräfte. Es hält den schnellen Stößen auf das Material stand, ohne dass die mechanischen Eigenschaften darunter leiden und es bricht.
- Chemische Beständigkeit
Verbundwerkstoffe widerstehen dem Eindringen einer Vielzahl von Säuren, Laugen und anderen Chemikalien und weisen eine hohe Witterungsbeständigkeit auf. Dabei kommt es in erster Linie auf das im Produktionsprozess verwendete Harz an. Daher werden Verbundwerkstoffe zur Herstellung von Chemikalienlagern, Rohrleitungen, Trichtern, Kanälen, Druckbehältern und Automobilkarosserien verwendet.
- Elektrische Isolierung
Verbundwerkstoffe sind ausgezeichnete elektrische Isolatoren, die elektrischer Hochspannungsenergie standhalten, ohne zu verbrennen oder geringfügige Schäden zu verursachen. Wenn Sie die Anwendungsseiten untersuchen, werden Sie feststellen, dass die meisten elektrischen Isolierungen, die in Heizsystemen, einschließlich Öfen, industriellen Härteanlagen und vielem mehr, verwendet werden, aus Verbundwerkstoffen bestehen.
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CNC-Bearbeitungsprozess mit Verbundwerkstoffen
Die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen mit CNC-Bearbeitungsvorgängen unterscheidet sich von der Bearbeitung von Metall, Legierungen und Kunststoffen. Durch die verstärkten Elemente ist es sehr abrasiv. Darüber hinaus ist die anisotrope und inhomogene Struktur für die Bearbeitungsschwierigkeiten verantwortlich.
Daher ist es wichtig, verschiedene Bearbeitungsbedingungen zu berücksichtigen, um das 3D-Modell in funktionsfähige Verbundteile umzuwandeln, ohne das Werkstück und die Schneidwerkzeuge zu beschädigen.
- Zusammensetzung der Materialien
Die Eigenschaften eines bestimmten Verbundwerkstoffs, einschließlich der Bearbeitbarkeit, hängen von seinen Bestandteilmaterialien ab, und Sie müssen diese Bestandteile kennen, bevor Sie das Verbundwerkstück bearbeiten. Welche Metalle, Kunststoffe, Keramiken oder Zusatzstoffe sind in den Verbundwerkstoffen enthalten und welche ursprünglichen Eigenschaften haben diese Bestandteile?
- Werkzeugmaterial
Das Material Schneidewerkzeuge beeinflusst ihre Lebensdauer. Die Wahl des geeigneten Werkzeugmaterials ist von entscheidender Bedeutung, um eine Beschädigung des Werkstücks und einen Werkzeugverschleiß zu vermeiden. Mit herkömmlichen Werkzeugen aus Kohlenstoffstahl oder Hartmetall können die Verbundwerkstoffe bearbeitet werden. Sie müssen jedoch häufig gewechselt werden, da sie stark beansprucht werden Verschleiß und beeinflussen die Bearbeitungsgenauigkeit.
Die beste Technik, um solche Probleme zu verhindern und die Produktionspräzision sicherzustellen, ist die Verwendung von Werkzeugen mit geädertem Diamant. Spitzen aus polykristallinem Diamant (PKD) können beim Fräsen und Drehen von Verbundwerkstoffen hochwertige Ergebnisse liefern.
- Berücksichtigen Sie die Werkzeuggeometrie
Ein weiteres Problem bei der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen ist das Hängenbleiben von Spänen am Werkstück, das durch den Einsatz scharfer Werkzeuge vermieden werden kann. Darüber hinaus können Werkzeuge mit hohen positiven Spanwinkeln effizient scharfe, saubere Schnitte erzeugen und gleichzeitig die geringste Hitze erzeugen.
- Helixschneider zum Trimmen.
- Schaftfräser zum Schlitzen und Taschenfräsen.
- Diamantbohrer (mit modifizierter Zentrierspitze) zum Bohren und Anfasen.
- Sorgen Sie für den perfekten Werkzeughalt
Der Werkzeughalter ist ein weiterer wichtiger Faktor bei der CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, um das Risiko des Herausziehens des Werkzeugs zu verhindern. Es wird empfohlen, ein hydraulisches Spannfutter mit Halteknopf zu verwenden, das die Bearbeitungseinheit ausbalanciert.
- Verwenden Sie geeignete Kühlmittel
Bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen mit CNC-Technik kommt es häufig zum Anhaften von Spänen am Werkstück. Späne können Hitze erzeugen und die Werkzeuge beschädigen. Zur Behebung dieses Problems ist die Verwendung eines geeigneten Kühlmittels erforderlich.
Gewöhnliche Kühlmittel wie Wasser und Öl können die Wärme ableiten, das Problem besteht jedoch darin, dass sie diese Kühlmittel absorbieren und zu einem Aufquellen des Werkstücks führen können. Daher ist es am besten, das Schmiermittel oder die Luftpistole als Kühlmittel zu verwenden. Eine weitere Lösung ist die Installation von kryogenen Kühlsystemen zusammen mit der CNC-Maschine.
Um ein besseres Finish zu erzielen und die Standzeit des Werkzeugs zu erhöhen, führen Sie das Verbundwerkstück in Drehrichtung des Werkzeugs vor. konventionelles Fräsen. Dadurch wird die maximale Schnitttiefe ermöglicht, die volle Nutlänge genutzt und die Stabilität gewahrt.
Stellen Sie außerdem sicher, dass das Werkzeug vollständig am Werkstück anliegt und keine Durchbiegung auftritt.
- Schnittgeschwindigkeit und Vorschub
Die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen kann ohne geeignete Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit eine Herausforderung darstellen. Es wird empfohlen, eine hohe Schnittgeschwindigkeit und einen hohen Vorschub zu verwenden, um den Prozess einfacher und effektiver zu gestalten.
- Schnittgeschwindigkeit: 550 bis 760 Meter/Minute oder 0.076 bis 4.57 mm/Zahn
- Spindelgeschwindigkeit: über 15000 U/min
Quelle: (Verbundbearbeitung: 10 Tipps zur Verbesserung der Werkzeuglebensdauer und Teilequalität, 2019)
Darüber hinaus müssen diese Parameter entsprechend dem jeweiligen CNC-Bearbeitungsprozess und Verbundtyp geändert werden. Wenn der Verbundstoff beispielsweise zu fest ist, reduzieren Sie die Spindeldrehzahl um ein Drittel, beim Bohren sogar noch weniger.
Vor- und Nachteile der CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen
Die Verarbeitung von Verbundwerkstoffen zur Herstellung funktionsfähiger Teile bietet verschiedene Vorteile. Es kann je nach den für den Endgebrauch erforderlichen Eigenschaften individuell angepasst werden. Teile mit Komplexe Geometrien können zu wettbewerbsfähigen Preisen erstellt werden mit hoher Maßhaltigkeit.
Allerdings kann die Arbeit mit Verbundwerkstoffen eine Herausforderung darstellen, da hierfür spezielle Werkzeuge und unterschiedliche Bearbeitungsbedingungen erforderlich sind.
Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen
CNC-gefrästes Verbundteil
Sie wissen um die Vorteile der Umwandlung von Verbundwerkstoffen in Funktionsteile und Produkte, da wir in diesem Artikel bereits auf verschiedene Eigenschaften von Verbundwerkstoffen eingegangen sind.
Lassen Sie uns näher auf die Anwendungen der CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen eingehen.
| Branche | Anwendungen |
| Luft- und Raumfahrt | Flügel, Rümpfe, Schotte, Solarreflektoren, Motorraumtüren, Turbinenschaufeln, Lüfterblätter, Rotorwellen usw. |
| Automobilindustrie | Verkleidungen, Rahmen, Luftansaugkrümmer, Batteriegehäuse, Stoßstangen, Innenraum, Hitzeschild, Antriebswelle, Fahrgestell, Schiebetafel, Kotflügel und andere Teile. |
| Energie | Wasserstoffspeichersystem, Teile von Windkraftanlagen, Konstruktion: Türen, Wandpaneele, Dächer, Fensterrahmen und mehr. |
| Ölbenzin | Öl- und Gasraffinerien, Wasseraufbereitungsanlagen, Gitter, Kanäle, Hauben, Pumpenschränke usw. |
| Defense | Ballistik- und Waffenteile, Flugdrohnen, Trägerraketen, Karosserien von Militärfahrzeugen, U-Boot-Teile usw. |
| Elektrik & Elektronik | Schaltanlagen, Motorsteuerungen, Abstandsisolatoren, Teile von Steuerungssystemen, Leistungsschalter, Lichtbogenabschirmungen, Klemmenblöcke, Klemmenbretter, Beleuchtungskomponenten und mehr. |
| Marine | Bootsrümpfe, Schotte, Rohrverbindungen, Auskleidungen, Wäscher und vieles mehr. |
| Sport | Surfbretter, Tischtennisplatten, Tennisschläger, Latten, Angelruten, Baseballschläger, Hockeyschläger, Stockschäfte usw. |
Summieren
Verbundwerkstoffe sind vielseitige technische Werkstoffe, die Designflexibilität und Fertigungsökonomie für verschiedene CNC-Präzisionsbearbeitung Projekte. Verschiedene Arten von Verbundwerkstoffen sind maschinell bearbeitbar und können mithilfe von CNC-Technologie komplexe 3D-Modelle in Funktionsteile umwandeln. Sie verfügen über außergewöhnliche Eigenschaften und bieten die Möglichkeit, physikalische, mechanische und chemische Eigenschaften je nach Endanwendung anzupassen.
Die präzise Bearbeitung von Verbundwerkstoffen erfordert verschiedene Überlegungen, wie z. B. Werkzeugmaterial, Werkzeuggeometrie, Halterung eines Werkstücks und vieles mehr. Es kann verwirrend sein, die perfekten Bearbeitungskriterien für Ihr Projekt auszuwählen. Aber keine Sorge; ProleanTech kann all Ihre Unsicherheiten beseitigen und das beste Ergebnis liefern. Wir verfügen über erfahrene Ingenieure, die Ihnen dabei helfen, die beste Geometrie und die besten Variablen für Ihr Projekt zu finden.
Mehr lesen: Zinkbearbeitung: Legierungen, Prozesse und Anwendungen
Häufig gestellte Fragen
Welche Verbundwerkstoffe werden üblicherweise bei der CNC-Bearbeitung verwendet?
Zu den beliebtesten Verbundwerkstoffen, die bei der CNC-Bearbeitung verwendet werden, gehören Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, Kohlefasern, Keramik, verstärkte Kunststoffe, faserverstärkte Polymere und Glasfaser.
Welche Eigenschaften machen Verbundwerkstoffe zu beliebten technischen Werkstoffen?
Verbundwerkstoffe sind ein beliebtes technisches Material, das hervorragende mechanische Festigkeit, Schlagfestigkeit, Wärmedämmung, elektrische Beständigkeit, Chemikalien- und Wetterbeständigkeit, Feuerhemmung und viele weitere Eigenschaften bietet.
Ist die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen mit einer CNC-Maschine einfach?
Die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen mit gewöhnlichen Werkzeugen und Bearbeitungsbedingungen kann eine Herausforderung sein, aber unter Berücksichtigung verschiedener Kriterien ist dies möglich. Am besten wählen Sie ein bestimmtes Werkzeug, eine bestimmte Geometrie, Schnittgeschwindigkeit, Vorschubgeschwindigkeit und perfekte Kühlmittel.
Welche Anwendungen gibt es für die CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen?
CNC-bearbeitete Verbundteile sind in der Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Bau-, Schifffahrts-, Energie-, Öl- und Gas-, Elektro-, Elektronik-, Sport-, Energie- und vielen weiteren Branchen einsetzbar.
Literaturverzeichnis
- (2019). Verbundwerkstoffbearbeitung: 10 Tipps zur Verbesserung der Werkzeuglebensdauer und Teilequalität. SANDVIK Coromart, von https://www.sandvik.coromant.com/.
- Ngo, T. (2020). Einführung in Verbundwerkstoffe. Researchgate.
Faszinierender Artikel! Ich war fasziniert von den spezifischen Herausforderungen und Techniken, die für die CNC-Bearbeitung von Verbundwerkstoffen erwähnt wurden. Könnten Sie näher erläutern, wie sich diese Techniken beim Umgang mit besonders robusten Verbundwerkstoffen unterscheiden?“
Danke für dein Interesse! Ja, die Bearbeitung von zähen Verbundwerkstoffen erfordert spezielle Techniken. Typischerweise geht es dabei um die Auswahl der richtigen Werkzeugmaterialien, die Anpassung der Schnittgeschwindigkeiten und die Verwendung spezifischer Geometrien, um die Abrasivität und Härte dieser Materialien effektiv zu steuern.
Sie haben erwähnt, dass die Schnittgeschwindigkeit für Verbundwerkstoffe 550 bis 760 Meter/Minute oder 0.076 bis 4.57 mm/Zahn beträgt
und Spindelgeschwindigkeit über 15000 U/min. Funktioniert das unter allen Bedingungen?
Das ist der allgemeine Bereich. Die genauen Parameter, die Sie während der Verbundwerkstoffbearbeitung festlegen müssen, hängen von mehreren Faktoren ab: Verbundwerkstofftyp, erforderliche Endbearbeitung, Schnittart usw.
Wie hoch sind die Kosten für die Kohlefaserbearbeitung?
Rokatera, es hängt von mehreren Faktoren ab, von der Komplexität bis zur Präzision. Sie können den Entwurf hochladen und das Angebot anfordern, um zu erfahren, wie viel Ihr spezifisches Projekt kostet.
Wir sind ein kleines Unternehmen, das sich mit Mikro-CNC-Fräsen beschäftigt? Wir sind bei der Carbonfaserbearbeitung immer mit einem schnellen Werkzeugverschleiß konfrontiert? Was könnten die Gründe sein?
YAMA,
Der schnelle Werkzeugverschleiß bei der Kohlenstofffaserbearbeitung kann auf mehrere Faktoren zurückgeführt werden. Erstens kann die abrasive Beschaffenheit von Kohlenstofffasern dazu führen, dass Schneidwerkzeuge schnell stumpf werden, insbesondere wenn sie nicht aus ausreichend harten Materialien wie Diamant oder polykristallinem Diamant (PKD) bestehen. Darüber hinaus können eine falsche Werkzeuggeometrie und falsche Schnittparameter wie Geschwindigkeit und Vorschub den Verschleiß verstärken und die Werkzeuglebensdauer verkürzen.