CNC 加工磁屏蔽罩指南

• 1
  要点速览
• 2
  磁屏蔽罩的实际工作原理
• 3
  CNC 加工磁屏蔽罩所用的合金
• 4
  几何形状、接缝，以及微米级为何重要
• 5
  加工高磁导率合金而不破坏其性能
• 6
  什么时候不该用 CNC 加工
• 7
  加工屏蔽罩的可行工艺顺序
• 8
  材料与工艺选择一览

磁屏蔽罩并不像墙挡光那样阻挡磁场。它为磁通量提供一条更易通行的路径。高磁导率合金的磁阻远低于空气，因此磁力线弯入屏蔽壁，沿壁传播，再在外部汇合。中间受保护的空间所感受到的磁场比在自由空间中更弱。

有两种机制起作用，它们在不同频段达到峰值。在直流和低频下，主导效应是磁通量通过壁材料的分流。在约 10 kHz 至 100 kHz 以上（取决于壁厚和电导率），同一壁内的涡流开始对抗磁场，屏蔽罩开始表现得像导电屏蔽层。

这种区分解释了为什么单一材料很少能解决所有问题。1 mm 的 Mu-metal 壁在直流下可能提供优异的衰减，但如果它同时导电性差，高频性能就会很差。铜层增加涡流屏蔽，但对静磁场毫无作用。许多实际壳体把两者叠加使用。

你关心的数值是衰减量，通常以分贝或外部与内部磁场之比表示。它不是合金的固定属性。它取决于壁厚、最大开口、与源的距离，以及接合处传导磁通的能力。

• 1
  低频材料磁导率和壁厚占主导。
• 2
  高频电导率和趋肤深度占主导。
• 3
  两个频段开口和接缝决定实际上限。

Mu-metal 是镍铁合金的常用名称，含镍约 80%，其余为铁和百分之几的钼或铜。其初始磁导率可达很高数值，但只有在氢气退火之后才能实现。退火是释放性能的关键，这也是加工顺序如此重要的原因。

坡莫合金涵盖一系列镍铁合金，通常含镍 45% 至 80%。80/20 牌号的性能接近 Mu-metal。低镍牌号更便宜、更易成形、对机械应力更宽容，代价是峰值磁导率较低。对于只需中等衰减的屏蔽罩，50% 镍牌号通常是合理选择。

我们也加工普通 304 和 316 不锈钢以及低碳钢，用于置于强永磁体前方、只需粗略改变磁场方向的屏蔽罩。这些不是高磁导率材料。它们刚性好、可焊接、成本低，适用于磁场大、衰减目标适中的场合。

以下清单是我们在车间实际加工的材料，并不表示每种牌号都适合所有屏蔽罩。

有一条警告适用于所有材料。铣削、车削或弯曲产生的冷作会提高位错密度并降低磁导率。一次重载粗加工可能使有效磁导率大幅下降。对于高磁导率零件，加工后退火不是可选项。

• 1
  镍铁合金Mu-metal 和 80/20 坡莫合金，用于最高衰减要求。
• 2
  50% 镍坡莫合金成本更低、更易加工、中等衰减。
• 3
  不锈钢和碳钢机械保护、低磁导率、可焊接。
• 4
  铜和铝用于高频段的涡流层。

磁通量偏好平滑连续的路径。内表面上的划痕、台阶或凸起毛刺会提高局部磁阻，磁力线会提前离开壁面。这就是高磁导率屏蔽罩内表面粗糙度比外表面更重要的实际原因。

间隙比粗糙度更糟。法兰转角处 0.1 mm 的气隙可能主导整个接合处的总磁阻。当屏蔽罩必须分体以便装配时，接合面应研磨或磨平，然后用足够多的紧固件闭合，使配合面沿整个接缝长度保持接触。

壁厚同时决定两件事。材料越多，承载磁通的截面积越大，衰减越好。它也增加刚性，有助于薄壁壳体在加工中保持稳定。代价是重量：航空航天和卫星组件常追求 0.5 mm 或更薄，这些壁需要工装夹具而非重切削。

开口是第三个限制。每个电缆馈通、通风口或光学窗口都是磁通路径上的一个孔。保持开口小，使其朝向远离敏感区域，并尽可能在开口周围增加短管或第二层屏蔽。

• 1
  粗糙度内表面保持在 Ra 0.8–1.6 μm 或更细。
• 2
  接缝搭接或打磨配合面；避免大于 0.05 mm 的间隙。
• 3
  开孔小而少，并朝向远离被保护对象的方向。

镍铁合金加工硬化快、导热差。锋利、正前角的硬质合金刀具配足够大的刃口半径，切削干净。钝刀会摩擦，摩擦是敌人。按固定件数更换刀片，不要等到表面质量变差才换。

轻径向走刀优于重走刀。1 mm 壁上，用 6 mm 立铣刀、0.2–0.3 mm 径向步距，切削力低，热量随切屑排出。用大流量切削液，不用喷雾，因为材料把热量留在切削区附近。精加工用顺铣，内表面更好。

薄壁在振颤前先让刀。用软爪工装、蜡或低熔点装夹材料，或最后才去除的工艺凸台来支撑。100 mm 跨度上 0.5 mm 壁，我们按工装排工序，不按刀路排。

五轴加工在这里有价值。一次装夹就能让刀具到达深腔内部、法兰面和安装凸台，无需重新夹紧。每次重新夹紧都可能压弯薄壁件、丢失位置。装夹越少，损伤机会越少。

• 1
  粗加工0.5–1.0 mm 径向步距，大流量切削液，锋利刀片。
• 2
  精加工0.1–0.2 mm 径向走刀，顺铣，Ra 0.8–1.6 μm。
• 3
  公差关键配合面和孔位 ±0.005 mm。
• 4
  加工后氢气退火恢复磁导率，然后清洗。

加工不总是答案。如果零件是带封闭端的薄壁圆筒，长度超过直径约三倍，深拉更便宜，且避免接缝——接缝会破坏衰减。加工这种形状意味着镗深腔，然后与变形较劲。

大型曲面壳体同理。直径超过 300 mm 的球形或抛物面屏蔽罩通常成形焊接后退火。从实心料加工浪费材料，还留下需要抛光的内部刀痕。

极高产量也不适合加工。每年几千件以上相同壳体，级进模或带镀层的压铸壳体在单件成本上优于铣削件。加工的优势在原型、小批量、紧公差和模具无法脱模的几何形状。

还有硬性物理限制。加工不能退火。如果供应商切完就发货、没有受控退火，实测磁导率可能只有数据表值的一小部分，无论公差多好，屏蔽罩都达不到衰减目标。

• 1
  深薄圆筒用深拉，不镗孔。
• 2
  大型曲面壳体成形焊接，然后退火。
• 3
  高产量几千件以上用压铸或冲压。