Introduktion
Metalbearbejdning har udviklet sig fra traditionel manuel metalskæring til mikrobearbejdning med lasere. Bearbejdning er et bredt begreb, der refererer til en bred vifte af processer og teknologier, der anvendes i produktionen.
Det er vigtigt for nye virksomhedsejere og kommende leverandører af metaldele at lære det grundlæggende i metalbearbejdning. Materiale fjernes fra et emne under bearbejdningsprocessen. Metal formes til det ønskede design ved hjælp af elværktøjsmaskiner for at fremstille metaldele eller komponenter i en række forskellige anvendelser. Bearbejdning kan også udføres på enhver eksisterende del, såsom smedegods eller investeringsstøbning.
I denne artikel lærer du mere om metalbearbejdningsprocessen, så du kan bruge den til at vælge de bedste fremstillingsprocedurer til dine produkter og opfylde dine kunders behov og præferencer.
Hvad er Metalbearbejdning
Metalbearbejdning er en industriel teknik til fremstilling af metalkomponenter, værktøj og maskiner. Det involverer en række trin for at producere den rette form, huldiameter, størrelse, tekstur og finish på det endelige produkt.
Omfatter desuden brug af maskinværktøj til at forme et emne til en bestemt form. Under fremstillingsprocessen kræver de fleste, hvis ikke alle, komponenter og metalgenstande en eller anden form for bearbejdning. Andre materialer, såsom plast, gummi, træ og papirprodukter, bearbejdes ofte.
Typer af bearbejdningsteknologi
Brændende bearbejdningsteknologi
Hvad nu hvis vi fortalte dig, at der findes flere forskellige former for brændende bearbejdningsteknologi? Brænde- og svejsemaskiner bruges til at opvarme emnet for at forme det. De er kendt for at brænde igennem forskellige materialer.
· Laserskæringsteknologi
Laserskærere smelter, brænder eller fordamper materialer ved at udsende en højenergisk, smal lysstråle. Denne metode er ideel til ætsning af mønstre eller til at forme stål til et solidt kunstværk. Laserskæring tilbyder fordele såsom ekstrem komposition og servicefinish af høj kvalitet.
· Oxyfuel-skæreteknologi
For at skære og smelte materialer bort, anvender denne type bearbejdning en kombination af ilt og brændgas. Fordi propan-, brint-, benzin- eller acetylenmolekyler er ekstremt brandfarlige, anvendes de typisk i denne proces.
· Plasmaskæringsteknologi
Dette værktøj fungerer ved at affyre en strøm af plasma ind i en elektrisk lysbue. Som et resultat omdannes inerte gasser til plasma. Selvfølgelig kan plasma blive ekstremt varmt at røre ved, når det håndteres.
Erosionsbearbejdningsteknologi
Selvom brændende værktøjer bruger varme til at fjerne overskydende materiale, bruger erosionsmaskiner elektricitet eller vand til at fjerne materiale fra emnet.
· Vandstråleskæringsteknologi
Vandstråleskærere bruger en vandstråle under højt tryk til at skære igennem en række forskellige materialer. For at nedbryde materialer hurtigere end nogensinde før, blandes blot en form for slibemiddel i vandstrålen. Vandstråleskærere bruges typisk på materialer, der er blevet deformeret eller beskadiget som følge af varmeeksponering.
· Elektrisk afladningsbearbejdningsteknologi
For at lave små kratere anvendes elektriske udladningsbearbejdningsværktøjer til at udlade elektriske buer. Dette forbedrer hastigheden af "fulde snit". Elektrisk udladningsbearbejdning anvendes også i applikationer, der kræver komplekse former.
Elektriske udladningsbearbejdningsværktøjer kan også bruges til at skære igennem vanskelige materialer. Elektriske udladningsbearbejdningsværktøjer begrænser antallet af jernholdige legeringer ved at bruge et basismateriale til at lede elektricitet.
Metalbearbejdningsteknikker
- Drejning
- Fræsning
- Slibning
- Boring
- Boring
- savning
- broaching
- ECM/EDM
Drejning
Drejning er den enkleste maskinoperation, herunder fastspænding af et emne på en roterende plade eller dorn. Skæreværktøjet holdes mod emnet i en fikstur monteret på en bevægelig slæde, mens det drejer. Slæden kan bevæges op og ned langs emnets længde samt tættere på og længere væk fra centerlinjen. Disse enkle bearbejdningsmetoder er perfekte til effektivt at fjerne store mængder materiale. Et bor monteret på pinoldokken kan også bore præcise huller ned langs emnets centerlinje.
På den ydre cirkel af et rundt objekt anvendes drejebænke til at skabe koncentriske former. Mange runde eller cirkulære elementer fremstilles på en drejebænk, herunder slidser, ringriller, trinvise skuldre, indvendige og udvendige gevind, cylindre og aksler. De kan også generere overfladebehandlinger, der er bemærkelsesværdigt glatte og homogene.
Fræsning
Fræsning adskiller sig fra drejning ved, at emnet forbliver stationært, mens skæreværktøjet roterer på en spindel. I de fleste tilfælde holdes emnet vandret i en maskinskruestik, der bevæger sig i X- og Y-retningen. Spindlen bevæger sig i X-, Y- og Z-akserne og bærer en række forskellige skæreværktøjer.
En fræser kan bore huller og boringer, men den er bedst til at fjerne materiale fra mere komplekse og asymmetriske emner. Fræsere bruges til at fremstille firkantede/flade flader, hak, affasninger, kanaler, profiler, notgange og andre vinkelafhængige funktioner. Størstedelen af CNC-maskineoperationer udføres ved fræsning og drejning sammen. Skærevæske bruges til at køle emnet og skæreværktøjet, smøre det og skylle metalpartikler væk i alle metalbearbejdningsoperationer.
Slibning
Slibning er en bearbejdningsproces, der involverer fjernelse af en lille mængde materiale fra et emne med en slibende drejeskive for at opnå en fin finish. Slibning kan også bruges til at teksturere objektet eller lave lette snit.
· Overfladeslibning
Til mange anvendelser er en meget glat overflade på metalgenstande afgørende, og den bedste metode til at opnå dette er med en slibemaskine. Slibemaskinen består af en roterende skive dækket af et groft slibekorn. Emnet monteres på et bord og bevæges enten frem og tilbage sideværts under slibeskiven eller holdes stille, mens skiven roterer. Denne procedure kan naturligvis kun bruges på overflader, der ikke er blokeret af fremspring, der stikker ud fra overfladen.
Afhængigt af det materiale, der skal slibes, anvendes forskellige typer slibemidler. Da varmen og den mekaniske belastning fra slibeprocessen kan skade emnet, er det vigtigt at holde værktøjets hastighed og temperatur under kontrol.
· Cylindrisk slibning
I denne proces anvendes overfladeslibning og drejebænk. En cirkulær eller cylindrisk slibeskive drejes normalt mod emnets overflade, mens den holdes stationær. Cylindriske slibemaskiner kan anvendes i hele emnets længde eller i delvise dybder på både indvendige og udvendige diametre.
Denne procedure har den fordel, at den producerer yderst præcise og nøjagtige tolerancer med en meget glat overfladetekstur.
· Optisk slibning
I denne proces anvendes overfladeslibning og drejebænk. En cirkulær eller cylindrisk slibeskive drejes normalt mod emnets overflade, mens den holdes stationær. Cylindriske slibemaskiner kan anvendes i hele emnets længde eller i delvise dybder på både indvendige og udvendige diametre.
Denne procedure har den fordel, at den producerer yderst præcise og nøjagtige tolerancer med en meget glat overfladetekstur.
Boring
Boring er processen med at udvide allerede borede eller støbte huller. Linjeboring (den ene af begge ender understøttet af en borestang), bagboring (boring af et hul i den bagerste halvdel af emnet) og drejebænksboring er alle eksempler på boring (forstørrelse af et hul med et enkeltpunkts skæreværktøj for at skabe koniske eller firkantede huller).
Boring kan også betegnes som en metode til at forstørre tidligere skårne huller i et emne. Boring kan bruges til at lave de første huller. Boring, i modsætning til boring, anvender et enkeltpunkts skæreinstrument.
Boring
Boring er en bearbejdningsmetode, der anvender borehoveder til at skabe cylindriske huller i faste materialer; det er en af de vigtigste bearbejdningsteknikker, da de huller, der skabes, ofte bruges til at hjælpe med samling. Borepresser er de mest almindeligt anvendte, men drejebænke kan også bruges. Boring er en forbehandlingsfase i de fleste fremstillingsprocesser, der resulterer i færdige huller, der derefter gevindskæres, rives, bores eller på anden måde modificeres for at producere gevindhuller eller bringe huldimensioner inden for acceptable tolerancer. Borehoveder skærer generelt huller, der er større end deres nominelle størrelse, og huller, der ikke nødvendigvis er lige eller runde på grund af borehovedets fleksibilitet og ønske om at søge den mindste modstands vej. Som et resultat er boring typisk specificeret understørrelse, med bearbejdning for at få hullet til dets endelige størrelse.
De anvendte borekroner havde to spiralformede spor, der løb op ad skaftet. "Rillerne" fører stykkerne, eller spånerne, ud af hullet, når borekronen går ind i materialet. Hver materialetype har en anbefalet borehastighed og tilspænding.
savning
Metaller saves typisk ved hjælp af afskæringsmaskiner for at lave kortere længder af stænger, ekstruderede former og andre materialer. Båndsave, både lodrette og vandrette, mejsler materialet væk med kontinuerlige løkker af tandbånd. Båndets hastighed varierer afhængigt af materialet, hvor nogle højtemperaturlegeringer kræver en langsom hastighed på 30 fpm, og blødere materialer som aluminium kræver 1000 fpm eller mere. Elektriske hagersave, slibehjulsave og rundsave er eksempler på andre afskæringsmaskiner.
Lasergravering
Lasergravering er bedst til højpræcisionsmærkning eller -mærkning, da den bruger laserteknologi til permanent mærkning, fleksibilitet, hurtige cyklustider og integration i produktionslinjer. Det er en billig metode til mærkning af metalgenstande.
Laserteknologi muliggør præcisionsmetalstempling via lasergravering. Mærkning af metalprodukter med passende serienumre, identifikationskoder, mærkenavne og modelnumre kan udføres præcist og ensartet ved hjælp af præcisionsstempling af metal. Brug af laserteknologi vil imponere dine kunder og investorer.
broaching
Rømning bruges blandt andet til at lave firkantede huller, nothuller og nothuller. Rømningen består af flere tænder, der er placeret i et fillignende mønster, hvor hver tand er lidt større end den foregående. Rømningen laver en række dybere snit, når den trækkes eller skubbes gennem et forberedt forhul (eller ud over en overflade). Vertikale pressemaskiner bruges ofte til skubberømning. Trækrømning udføres almindeligvis med lodrette eller vandrette anordninger, der generelt er hydraulisk drevne. Skærehastigheder for højstyrkemetaller varierer fra 5 til 50 fpm for blødere metaller.
ECM/EDM
· ECM
Elektrokemisk bearbejdning er en type omvendt galvanisering, der resulterer i gratfri huller med fremragende overfladefinish. Emnet udsættes ikke for termisk tryk, da det er en koldbearbejdningsteknik.
· EDM
Disse er ikke-mekaniske metoder til fjernelse af materialer, der er afhængige af ætsende gnister eller kemikalier. Elektrisk udladningsbearbejdning involverer at sende en gnist fra en elektrode til overfladen af et ledende emne gennem en dielektrisk væske. Huller med lille diameter, dysehulrum og andre fine egenskaber kan fremstilles med denne teknologi. Metallets termiske egenskaber og ledningsevne, snarere end hårdhed, påvirker udladningshastigheden.
Når du vælger CNC-maskineskæreværktøjer, er der faktorer, du skal overveje
Materiale og egenskaber ved emnet
Emnematerialet har stor indflydelse på værktøjsvalget. Aluminium, duktilt jern og gråjernsstøbegods er de mest bearbejdede materialer hos Stecker Machine. For hvert materiale har vi foretrukne CNC-bearbejdningsværktøjer til metalskærearbejde. Ingeniører kan lide at starte med gennemprøvede standardiserede værktøjer, hvilket reducerer risiko, lagerbeholdning og udgifter.
Bor, fræsere og gevindtapps bruges til at bearbejde forskellige funktioner, og standardværktøj er tilgængeligt for hver værktøjstype og materiale. Stecker tilbyder for eksempel tre grundlæggende 90° firkantede skulderfræsere: en til skæring af aluminium, en til bearbejdning af duktilt jern og en til bearbejdning af gråjern. Aluminium har den højeste bearbejdelighed af disse materialer, derfor har aluminiumsværktøj større standarder for overfladefod pr. minut (SFM), hvilket gør det muligt at køre hurtigere.
Produktionsvolumen
Generelt kræver projekter med høj volumen specialiserede, avancerede skæreværktøjer, mens projekter med lav volumen bruger mere økonomisk værktøj. Det hele handler om stordriftsfordele, hvor den enorme mængde komponenter, der skal produceres, retfærdiggør den dyre pris på avanceret, funktionsspecifikt værktøj.
Muligheder for kombinationer
Ved CNC-bearbejdning kan værktøjer med flere funktioner spare mange penge og tid. Når flere operationer – tre, fire eller flere – kan udføres med et enkelt værktøj, øges cyklusvarigheden, mens værktøjsskiftetiden falder.
For eksempel kan et veldesignet, indsætteligt kombinationsværktøj bore og affase på tre forskellige måder og dermed udføre arbejdet i én arbejdsgang med ét værktøj i stedet for seks (og seks) arbejdsgange. Ja, det specialfremstillede multifunktionsværktøj kan koste dig 3,000 dollars, men besparelserne hober sig hurtigt op og dækker prisen, især på et projekt med stor volumen.
Maskinernes kapacitet
De fleste skæreværktøjer er kompatible med CNC-maskiner. Dette betyder dog ikke altid, at disse maskiner er de mest effektive. Ingeniører og operatører forstår, at en maskine med højere hestekræfter (med en større konus) giver dem mulighed for at bruge multifunktionelle kombinationsværktøjer.
Mindre støbegods kræver ikke brug af taljer til at flytte dem, hvorimod større støbegods skal. Faktisk kan udviklingen af en fixtur, der kan køre to eller tre små komponenter på én gang på en større maskine, give potentiale for øget effektivitet. Dette er et eksempel på, hvordan en stor maskine ikke altid indebærer massiv støbning.
Værktøjets materiale
Det samme skæreværktøj kan fremstilles af en række forskellige materialer, hvoraf nogle er mere holdbare (og derfor dyrere) end andre.
Massivt hårdmetal er et skæreværktøjsmateriale, der er ekstremt holdbart. Et PCD-spidsværktøj opnår derimod et andet niveau af holdbarhed. Det hårdeste nuværende skæreværktøj er PCD, eller polykrystallinsk diamant, som fremstilles ved at sintre diamantpartikler med et metallisk bindemiddel.
Et boreværktøj med PCD-spids har en værktøjslevetid på omkring 4 gange så lang som et massivt hårdmetalværktøj (2,500 dele versus 10,000), men det kan også arbejde 25 % hurtigere. Omkostningsforskellen mellem de to (ca. 180 USD for hårdmetal mod 960 USD for PCD) opvejes af forskellen i produktion (højere spindelhastighed, ekstra tilspændingshastighed OG besparelser på arbejdskraft, opsætning og andre).
Strategi
Ingeniører designer ofte et bedste scenarie (bedste værktøj, aggressive cyklustider, avanceret fastgørelse) og et "Plan B"-scenarie, når de skal bestemme, hvordan et nyt projekt skal gennemføres i værkstedet (billigere værktøj, mindre kraftfulde maskiner osv.). Fristelsen er at holde omkostningerne nede ved at vælge en billigere løsning, men dette indebærer normalt, at værktøjet lider.
Fejlen ved dette argument er, at det ikke tager højde for potentielle værktøjsproblemer, som ikke kun koster lige så meget som i det oprindelige bedste scenarie, men også øger omkostningerne ved spildtid i projektet.
Erfaring er uvurderlig
Nogle CNC-maskinevirksomheder har mere kyndige medarbejdere end andre. Intet kan matche den viden, der er indsamlet gennem årtiers succesfulde CNC-maskineprojekter. Disse frontløbere har erfaring med at styre projekter fra idé til færdiggørelse, og de har de nødvendige processer på plads såvel som mange af de nødvendige værktøjer.
Så hvordan kommer en nybegynder ind i et erfarent CNC-maskinværksted? Selv de bedste CNC-uddannelser og træningssessioner på højere niveau underviser ikke i værktøjsvalg. Det er et eksempel på stammekundskab i dette tilfælde: færdigheder, der gives videre fra ingeniør til ingeniør, typisk i avancerede CNC-maskinværksteder.
Resumé
Du har nu en bedre forståelse af de forskellige typer bearbejdning og processer, der er involveret. Bearbejdning involverer brugen af forskelligt udstyr og processer, afhængigt af det anvendte emne eller materiale, samt det ønskede produktresultat. Mekaniske, slibende, termiske eller kemiske metoder til at fjerne materiale kan anvendes i bearbejdningsprocessen for at opnå det bedste produktdesign og de bedste funktioner.
Forståelse af metalbearbejdning vil hjælpe dig med at planlægge, uanset om du er førstegangsiværksætter eller ønsker at fremstille og levere metaldele til bil-, elektronik- og andre industrier. Selvom der er meget at lære, kan det at tale med en professionel inden for metalbearbejdning hjælpe dig med at nå dine mål.
