复合材料数控加工

数控加工 因其能够加工多种材料，在制造业中越来越受欢迎。CNC加工可根据3D模型创建不同材料的精确零件。

CNC 加工项目中的一些典型材料包括金属和合金、塑料和复合材料。 如果分析材料趋势，继金属和塑料之后，复合材料是 CNC 加工项目中最常见的材料。 本文主要介绍复合材料的 CNC 加工。 我们将涵盖 复合材料的性能、复合材料加工的环境、应用等等。

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什么是复合材料？

复合材料是由两种或多种不同性能的材料组合而成的材料。 将具有独特物理和机械性能的材料相结合，创造出具有独特性能的新材料（Ngo，2020）。

复合材料=基材（基体）+纤维（增强材料）

然而，它还可能含有其他添加剂和填料，以定制所需的性能并获得更好的性能 表面光洁度.

复合材料-碳纤维

组合不同类型金属的基本目的与增强强度、刚度、耐热性和其他性能有关。

例如，将陶瓷与 铸铁 提高了耐热性和强度，组合形成的新材料在很多方面都优于母材。

CNC 加工中经常使用四种类型的复合材料。

• 木质复合材料：胶合板
• 增强塑料：碳纤维、玻璃纤维、纺织纤维等
• 金属基复合材料：连续纤维、碳化硅、石墨等。
• 陶瓷基复合材料：氧化铝、莫来石或氧化铝、二氧化硅、钙-氧化铝等。

 

复合材料有哪些特性？

复合材料具有耐腐蚀、高强度重量比、雷达透明度、非磁性、易于维护、耐用性、零件整合、尺寸一致性、定制表面和许多其他特性。 让我们更详细地讨论重要的属性。

• 机械强度高

如果考虑复合材料的重量，它们是太坚固的材料。 您可以通过碳纤维的例子来理解它，它的强度是低碳钢的四倍。 然而，特定复合材料的强度在很大程度上取决于其构成材料。

• 防火阻燃

陶瓷和其他密切相关的复合材料具有很高的耐火性。 复合材料中的添加剂，如三氧化二锑，在着火时会产生二氧化碳并阻止其燃烧。 此外，它们有助于点燃后固化。

• 耐冲击性

不同材料的混合使复合材料具有极强的抗冲击和高冲击力的能力。 它可以承受对材料的快速冲击，而不会牺牲机械性能和断裂。

• 耐化学性

复合材料能承受多种酸、碱和其他化学物质的侵袭，并且具有很强的耐候能力。 它主要依赖于生产过程中使用的树脂。 因此，复合材料被用来制造化学品储存设施、管道、漏斗、导管、压力容器和汽车车身。

• 电气绝缘

复合材料是优良的电绝缘体，可以抵抗高压电能而不会燃烧或轻微损坏。 如果您检查应用方面，您会发现加热系统（包括熔炉、工业硬化设备等）中使用的大多数电气绝缘材料都采用复合材料。

 

复合材料 CNC 加工工艺

使用 CNC 加工操作加工复合材料不同于金属、合金和塑料。 加固元件使其具有高度耐磨性。 此外，各向异性和非均匀结构也是造成加工困难的原因。

因此，考虑各种加工环境以将 3D 模型转换为功能复合零件而不损坏工件和切削刀具至关重要。

使用金刚石刀具 CNC 加工复合材料

1. 材料组成

特定复合材料的性能（包括切削加工性）与其组成材料有关，在加工复合材料工件之前，您需要了解这些组成部分。 复合材料中包含哪些金属、塑料、陶瓷或添加剂，这些成分的原始特性是什么？

2. 工具材质

的材料 切割工具 影响他们的寿命。 选择合适的刀具材料对于避免对工件造成物理伤害和刀具磨损至关重要。 普通碳钢或硬质合金刀具可以加工复合材料。 但是，它们需要经常更换，因为它们会遭受大量损失 磨损 并影响加工精度。

防止此类问题并确保生产精度的最佳技术是使用脉纹金刚石工具。 多晶金刚石 (PCD) 刀尖可以在铣削和车削复合材料时提供高质量的结果。

3. 考虑刀具几何形状

加工复合材料时，切屑与工件悬挂是另一个问题，可以通过使用锋利的工具来避免。 此外，具有高正前角的刀具可以有效地进行清晰、干净的切割，同时产生的热量最少。

• 用于修整的螺旋刀具。
• 用于开槽和型腔加工的立铣刀。
• 用于钻孔和倒角的金刚石钻头（带有改进的角锥头）。

4. 确保完美的刀具夹持

刀架是复合 CNC 加工的另一个重要因素，可以防止刀具拔出的风险。 建议使用带有固定旋钮的液压卡盘，这样可以平衡加工组件。

5. 使用适当的冷却剂

在使用 CNC 技术加工复合材料时，切屑与工件的附着是很常见的。 切屑会积聚热量并损坏工具，因此需要使用适当的冷却剂来解决此问题。

水和油等普通冷却剂可以散发热量，但问题是它们会吸收这些冷却剂并导致工件膨胀。 因此，最好使用润滑剂或气枪作为冷却剂。 另一个解决方案是与数控机床一起安装低温冷却系统。

6. 更喜欢传统铣削

为了获得更好的光洁度并延长刀具寿命，请沿刀具旋转方向进给复合工件 - 传统铣削。 它将有利于最大切削深度、使用完整的凹槽长度并保持稳定性。

此外，还要确保刀具与工件完全啮合并且没有偏转。

7. 切削速度和进给量

如果没有合适的切削速度和进给率，复合材料的加工可能会充满挑战。 建议使用高切削速度和进给率，以使加工过程更容易、更有效。

• 切削速度：550至760米/分钟或0.076至4.57毫米/齿
• 主轴转速：15000转/分以上

来源: （复合材料加工：提高刀具寿命和零件质量的 10 个技巧，2019 年）

此外，这些参数必须根据特定的 CNC 加工工艺和复合材料类型进行更改。 例如，如果复合材料太实心，请将主轴速度降低三分之一，甚至低于钻孔速度。

 

复合材料数控加工的优点和缺点

加工复合材料来制造功能部件具有多种优点。 它可以根据最终用途所需的性能进行定制。 零件有 可以以有竞争力的价格创建复杂的几何形状 具有高尺寸精度。

然而，使用复合材料可能具有挑战性，因为它需要专门的工具和各种加工环境。

 

复合材料数控加工的应用

CNC 加工复合材料零件

您已经了解将复合材料转化为功能部件和产品的优势，因为我们已经在本文中介绍了各种复合材料特性。

让我们进一步深入了解复合数控加工的应用。

产业应用	应用
航空航天	机翼、机身、舱壁、太阳能反射板、发动机舱门、涡轮叶片、风扇叶片、转子轴等。
汽车	面板、框架、进气歧管、电池外壳、保险杠、内饰、隔热罩、传动轴、底盘、滑动面板、挡泥板和其他零件。
新能源	储氢系统、风力涡轮机零件、建筑：门、墙板、屋顶、窗框等。
石油和天然气	石油和天然气炼油厂、水处理设施、格栅、管道、烟罩、泵柜等。
国防	弹道及武器零件、无人机、运载火箭、军用车辆车体、潜艇零件等。
电子电器	开关设备、电机控制器、隔离绝缘体、控制系统零件、断路器、电弧罩、接线端子、端子板、照明组件等。
船舶	船体、舱壁、管道配件、衬里、洗涤器等等。
运动	冲浪板、乒乓球板、网球拍、板条、钓鱼竿、棒球棒、曲棍球杆、杆轴等。

 

总结

复合材料是一种多功能工程材料，可为各种工程提供设计灵活性和制造经济性 CNC精密加工 项目。不同类型的复合材料均可加工，并可使用 CNC 技术将复杂的 3D 模型转换为功能部件。它具有卓越的性能，并可根据最终应用为定制物理、机械和化学性能提供优势。

精确加工复合材料涉及多种考虑因素，例如刀具材料、刀具几何形状、工件的固定等等。 为您的项目选择完美的加工标准可能会令人困惑。 但别担心； 普罗林科技 可以消除您所有的不确定性并提供最佳结果。 我们有专业的工程师来帮助您找到适合您的项目的最佳几何形状和变量。

 

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常见问题

CNC加工中常用的复合材料有哪些？

CNC 加工中最常用的复合材料包括金属基复合材料、碳纤维、陶瓷、增强塑料、纤维增强聚合物和玻璃纤维。

哪些特性使复合材料成为受欢迎的工程材料？

复合材料是一种流行的工程材料，具有优异的机械强度、抗冲击性、隔热性、电阻性、耐化学性和耐候性、阻燃性以及更多特性。

用数控机床加工复合材料容易吗？

使用普通刀具和加工环境加工复合材料可能具有挑战性，但可以通过考虑各种标准来完成。 选择特定的刀具、几何形状、切削速度、进给率和完美的冷却液是最好的。

复合材料数控加工有哪些应用？

数控加工复合材料零件适用于汽车、航空航天、建筑、船舶、能源、石油和天然气、电气、电子、体育、能源等行业。

 

参考书目

1. （2019）。 复合材料加工：提高刀具寿命和零件质量的 10 个技巧。 山特维克 Coromart，来自 https://www.sandvik.coromant.com/。
2. 恩戈，T.（2020）。 复合材料简介。 研究之门.