複合材のCNC加工
CNC加工は、幅広い材料を加工できるため、製造業界全体でますます普及が進んでいます。CNC加工により、3Dモデルに基づいて様々な材料から高精度な部品を製造することが可能です。
CNC 加工プロジェクトにおける一般的な材料には、金属と合金、プラスチック、複合材料などがあります。 材料の傾向を分析すると、金属とプラスチックに次いで、複合材料が CNC 加工プロジェクトで最も一般的な材料です。 この記事では、複合材料の CNC 加工について説明します。 をカバーします。 複合材料の特性、複合材料の加工事情、用途など。
関連する CNC 加工用の一般的な材料
複合材料とは何ですか?
複合材料は、特性の異なる 2020 つ以上の材料を組み合わせて作られた材料です。 異なる物理的および機械的特性を持つ材料を組み合わせると、ユニークな特性を持つ新しい材料が作成されます (Ngo、XNUMX)。
複合材＝基材（マトリックス）＋繊維（強化材）
ただし、必要な特性をカスタマイズしてより良い特性を得るために、他の添加剤や充填剤が含まれる場合もあります。 表面仕上げ.
複合カーボンファイバー
異なる種類の金属を組み合わせる基本的な目的は、強度、剛性、耐熱性などの特性を高めることに関係しています。
たとえばセラミックとの組み合わせ。 鋳鉄 耐熱性と強度が向上し、その組み合わせによって形成される新しい材料は、多くの面で母材よりも優れています。
CNC 加工でよく使用される複合材料には XNUMX つのタイプがあります。
- 木材複合材料: 合板
- 強化プラスチック: 炭素繊維、ガラス繊維、織物繊維など
- 金属基複合材料：連続繊維、炭化ケイ素、グラファイトなど。
- セラミックマトリックス複合材料: アルミナ、ムライトまたはアルミナ シリカ、カルシウム-アルミナなど。
複合材料の特性とは何ですか?
複合材料は、耐腐食性、高い強度対重量比、レーダー透過性、非磁性、メンテナンスの容易さ、耐久性、部品の統合、寸法の一貫性、カスタマイズされた表面、その他多くの特性を備えています。 重要な特性についてさらに詳しく説明します。
- 高い機械的強度
複合材料の重量を考慮すると、それらは強すぎる材料です。 軟鋼の XNUMX 倍の強度を持つ炭素繊維の例でそれを理解することができます。 ただし、特定の複合材料の強度は、その構成材料に大きく依存します。
- 耐火性と難燃性
セラミックおよびその他の密接に関連した複合材料は、耐火性に優れています。 三酸化アンチモンなどの複合材料に含まれる添加剤は、火災が発生すると二酸化炭素を生成し、燃焼を止めます。 さらに、点火後の硬化にも役立ちます。
- 耐衝撃性
さまざまな材料をブレンドすることにより、複合材料は衝撃や強い衝撃力に対して非常に耐性があります。 機械的特性を犠牲にしたり破損したりすることなく、材料への急速な衝撃に耐えることができます。
- 耐薬品性
複合材料は、さまざまな酸、アルカリ、その他の化学物質の侵入に耐え、強力な耐候性を備えています。 それは主に製造プロセスで使用される樹脂に依存します。 その結果、複合材料は化学薬品貯蔵施設、パイプライン、漏斗、ダクト、圧力容器、自動車の車体などの製造に利用されています。
- 電気絶縁
複合材料は、高電圧の電気エネルギーに対しても、焼けたり軽微な損傷を与えることなく耐えられる優れた電気絶縁体です。 用途面を調べると、炉、工業用硬化装置などの加熱システムに使用される電気絶縁体のほとんどに複合材料が使用されていることがわかります。
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複合材料を使用した CNC 加工プロセス
CNC 機械加工操作による複合材料の加工は、金属、合金、プラスチックとは異なります。 強化された要素により、非常に摩耗性が高くなります。 さらに、異方性で不均質な構造が加工の困難さの原因となっています。
したがって、ワークや切削工具を損傷することなく 3D モデルを機能的な複合部品に変換するには、さまざまな加工状況を考慮することが重要です。
- 材料の組成
機械加工性を含む特定の複合材の特性はその構成材料を中心に展開するため、複合材ワークピースを加工する前にこれらの構成要素を知っておく必要があります。 複合材料にはどの金属、プラスチック、セラミック、または添加剤が含まれていますか?また、これらの成分の元の特性は何ですか?
- ツール素材
の材料 切削工具 彼らの寿命に影響を与えます。 ワークピースへの物理的損傷や工具の摩耗を避けるためには、適切な工具材料を選択することが不可欠です。 通常の炭素鋼または超硬工具を使用して複合材料を加工できます。 ただし、大量のダメージを受けるため、頻繁に交換する必要があります。 磨耗 加工精度に影響を与えます。
このような問題を防止し、製造精度を確保するための最良の技術は、縞模様ダイヤモンド工具を使用することです。 多結晶ダイヤモンド (PCD) チップは、複合材料のフライス加工および旋削加工において高品質の結果をもたらします。
- 工具の形状を考慮する
複合材料を加工する場合、切りくずがワークピースに付着することも問題になりますが、鋭利な工具を使用することで回避できます。 さらに、プラスのすくい角が高い工具は、熱の発生を最小限に抑えながら、効率的に鮮明できれいな切断を行うことができます。
- トリミング用のヘリックスカッター。
- 溝加工、ポケット加工用のエンドミルです。
- 穴あけ、面取り用ダイヤモンドドリル（改良型ブラッドポイント付き）。
- 完璧な工具保持を確保
複合 CNC 加工では、工具が抜け落ちる危険性を防ぐために工具ホルダーがもう XNUMX つの重要な要素となります。 機械加工アセンブリのバランスをとるために、保持ノブ付きの油圧チャックの使用をお勧めします。
- 適切な冷却剤を使用する
CNC テクノロジーで複合材料を加工する際、ワークピースに切りくずが付着することは非常に一般的です。 切りくずは熱を蓄積して工具に損傷を与える可能性があるため、この問題に対処するには適切なクーラントを使用する必要があります。
水や油などの一般的なクーラントは熱を逃がすことができますが、クーラントを吸収してワークを膨らませてしまうという問題があります。 したがって、冷却剤として潤滑剤やエアガンを塗布するのが最善です。 もう XNUMX つの解決策は、CNC マシンと一緒に極低温冷却システムを設置することです。
- 従来のフライス加工を好む
より良い仕上げを実現し、工具寿命を延ばすには、複合ワークピースを工具の回転方向に送ります。 従来のフライス加工。 これにより、最大の切込み深さが容易になり、刃の全長が使用され、安定性が維持されます。
さらに、ツールがワークピースに完全に係合し、たわみがないことを確認してください。
- 切削速度と送り速度
適切な切削速度と送り速度がなければ、複合材の機械加工は困難になる場合があります。 プロセスをより簡単かつ効果的にするには、高い切削速度と送り速度を使用することをお勧めします。
- 切削速度: 550 ～ 760 メートル/分または 0.076 ～ 4.57 mm/刃
- スピンドル速度: 15000 RPM 以上
出典： (複合加工: 工具寿命と部品品質を改善するための 10 のヒント、2019 年)
さらに、これらのパラメータは、特定の CNC 加工プロセスおよび複合材タイプに従って変更する必要があります。 たとえば、複合材が固すぎる場合は、スピンドル速度を XNUMX 分の XNUMX に下げます。穴あけの場合は、これよりさらに遅くします。
複合材料 CNC 加工の長所と短所
複合材料を処理して機能部品を作成することには、さまざまな利点があります。 最終用途に必要な特性に応じてカスタマイズできます。 部品付き 複雑な形状も競争力のある価格で作成可能 高い寸法精度を実現します。
ただし、複合材料を扱うのは、特殊なツールとさまざまな加工環境が必要なため、難しい場合があります。
複合材料 CNC 加工の応用
CNC 加工された複合部品
この記事ではすでにさまざまな複合特性について説明しているため、複合材料を機能部品や製品に変換する利点はご存知でしょう。
複合 CNC 加工のアプリケーションについてさらに詳しく見てみましょう。
| 業種 | 用途 |
| 航空宇宙 | 翼、胴体、隔壁、太陽光反射板、エンジンルームドア、タービンブレード、ファンブレード、ローターシャフトなど |
| 自動車 | パネル、フレーム、エアインテークマニホールド、バッテリーケース、バンパー、内装、ヒートシールド、ドライブシャフト、シャーシ、スライドパネル、フェンダー、その他部品。 |
| エネルギー | 水素貯蔵システム、風力タービン部品、建設: ドア、壁パネル、屋根材、窓枠など。 |
| 石油ガス | 石油・ガス精製所、水処理施設、グレーチング、ダクト、フード、ポンプキャビネットなど |
| 防衛 | 弾道および兵器の部品、ドローン、打ち上げロケット、軍用車両の車体、潜水艦の部品など。 |
| 電気・電子 | 開閉装置、モーター制御装置、絶縁碍子、制御システム部品、サーキットブレーカー、アークシールド、端子台、端子盤、照明部品など。 |
| 船舶 | ボートの船体、隔壁、パイプ継手、ライナー、スクラバーなど。 |
| スポーツ | サーフボード、卓球板、テニスラケット、スラット、釣り竿、野球バット、ホッケースティック、ポールシャフトなど |
まとめ
複合材料は、さまざまな用途に設計の柔軟性と製造経済性を提供する多用途のエンジニアリング材料です。 CNC精密加工 プロジェクト。さまざまな種類の複合材は機械加工可能で、CNC 技術を使用して複雑な 3D モデルを機能部品に変換できます。優れた特性を備えており、最終用途に応じて物理的、機械的、化学的特性をカスタマイズできます。
複合材料を正確に加工するには、工具の材質、工具の形状、ワークピースの保持など、さまざまな考慮事項が必要になります。 プロジェクトに最適な加工基準を選択するのは難しいかもしれません。 でも心配しないでください。 プロリーンテック すべての不確実性を解消し、最良の結果をもたらすことができます。 当社には、プロジェクトに最適なジオメトリと変数を見つけるお手伝いをする専門エンジニアがいます。
続きを読む： 亜鉛加工：合金、プロセス、およびアプリケーション
よくある質問
CNC 加工で使用される一般的な複合材料は何ですか?
CNC 加工で使用される最も一般的な複合材料には、金属マトリックス複合材料、カーボンファイバー、セラミック、強化プラスチック、繊維強化ポリマー、グラスファイバーなどがあります。
複合材料のエンジニアリング材料として人気があるのはどのような特性ですか?
複合材料は、優れた機械的強度、耐衝撃性、断熱性、電気抵抗、耐薬品性および耐候性、難燃性などの多くの特性を備えた一般的なエンジニアリング材料です。
CNC マシンで複合材料を加工するのは簡単ですか?
通常の工具や加工環境で複合材料を加工するのは難しいかもしれませんが、さまざまな基準を考慮することで可能になります。 特定の工具、形状、切削速度、送り速度、完璧なクーラントを選択することが最善です。
複合材料 CNC 加工の用途は何ですか?
CNC 加工された複合部品は、自動車、航空宇宙、建設、海洋、エネルギー、石油・ガス、電気、電子機器、スポーツ、エネルギー、その他多くの業界に適用できます。
参考文献
- とします。 複合加工: 工具寿命と部品品質を向上させるための 10 のヒント。 サンドビック コロマート、https://www.sandvik.coromant.com/ から。
- ゴ、T. (2020)。 複合材料の紹介。 ResearchGate.