Einführung
Die Metallbearbeitung hat sich vom traditionellen manuellen Metallschneiden zur Mikrobearbeitung mit Lasern weiterentwickelt. Zerspanung ist ein weit gefasster Begriff, der sich auf eine Vielzahl von Prozessen und Technologien bezieht, die in der Produktion eingesetzt werden.
Das Erlernen der Grundlagen der Metallbearbeitung ist für neue Geschäftsinhaber und angehende Metallteilelieferanten von entscheidender Bedeutung. Während des Bearbeitungsprozesses wird Material von einem Werkstück abgetragen. Metall wird mithilfe von Elektrowerkzeugmaschinen in das gewünschte Design gebracht, um Metallteile oder Komponenten für eine Vielzahl von Anwendungen herzustellen. Die Bearbeitung kann auch an jedem vorhandenen Teil erfolgen, beispielsweise an einem Schmiede- oder Feingussteil.
In diesem Artikel erfahren Sie mehr über den Metallbearbeitungsprozess, sodass Sie ihn nutzen können, um die besten Herstellungsverfahren für Ihre Produkte auszuwählen und die Bedürfnisse und Wünsche Ihrer Kunden zu erfüllen.
Was ist Metallbearbeitung
Die Metallbearbeitung ist eine industrielle Technik zur Herstellung von Metallkomponenten, Werkzeugen und Maschinen. Es erfordert eine Reihe von Schritten, um die richtige Form, den richtigen Lochdurchmesser, die richtige Größe, die richtige Textur und das richtige Finish des Endprodukts zu erzielen.
Dazu gehört auch der Einsatz von Werkzeugmaschinen, um ein Werkstück in eine bestimmte Form zu bringen. Während des Herstellungsprozesses erfordern die meisten, wenn nicht alle Komponenten und Metallgegenstände eine Bearbeitung. Andere Materialien wie Kunststoffe, Gummi, Holz und Papierprodukte werden häufig bearbeitet.
Arten der Bearbeitungstechnologie
Brennende Bearbeitungstechnologie
Was wäre, wenn wir Ihnen sagen würden, dass es verschiedene Formen der Brennbearbeitungstechnologie gibt? Mit Brenn- und Schweißmaschinen wird das Werkstück erhitzt, um es in Form zu bringen. Es ist bekannt, dass sie verschiedene Materialien durchbrennen.
· Laserschneidtechnik
Laserschneider schmelzen, verbrennen oder verdampfen Materialien, indem sie einen energiereichen, schmalen Lichtstrahl aussenden. Diese Methode eignet sich ideal zum Ätzen von Mustern oder zum Formen von Stahl zu einem massiven Kunstwerk. Das Laserschneiden bietet Vorteile wie eine extreme Zusammensetzung und hochwertige Endbearbeitungen.
· Autogen-Schneidtechnologie
Um Materialien zu schneiden und aufzuschmelzen, wird bei dieser Bearbeitung eine Kombination aus Sauerstoff und Brenngas eingesetzt. Da Propan-, Wasserstoff-, Benzin- oder Acetylenmoleküle extrem entflammbar sind, werden sie typischerweise in diesem Prozess verwendet.
· Plasmaschneidtechnologie
Dieses Werkzeug funktioniert, indem es einen Plasmastrom in einen elektrischen Lichtbogen feuert. Dadurch werden Edelgase in Plasma umgewandelt. Natürlich kann es beim Umgang mit Plasma extrem heiß werden, wenn es berührt wird.
Erosionsbearbeitungstechnologie
Obwohl Brennwerkzeuge Wärme nutzen, um zusätzliches Material zu entfernen, nutzen Erodiermaschinen Strom oder Wasser, um Material von Ihrem Werkstück zu entfernen.
· Wasserstrahlschneidetechnik
Wasserstrahlschneider verwenden einen unter hohem Druck stehenden Wasserstrahl, um eine Vielzahl von Materialien zu durchtrennen. Um Materialien schneller als je zuvor zu zersetzen, mischen Sie einfach etwas Schleifkorn in den Wasserstrahl. Wasserstrahlschneider werden typischerweise bei Materialien eingesetzt, die durch Hitzeeinwirkung verformt oder beschädigt wurden.
· Elektroerosionsbearbeitungstechnologie
Um kleine Krater zu erzeugen, werden Elektroerosionswerkzeuge verwendet, um elektrische Bögen zu entladen. Dies verbessert die Geschwindigkeit von „Vollschnitten“. Elektroerosionsbearbeitung wird auch bei Anwendungen eingesetzt, die komplexe Formen erfordern.
Elektroerosionswerkzeuge können auch zum Schneiden schwieriger Materialien eingesetzt werden. Elektroerosionswerkzeuge begrenzen die Anzahl der Eisenlegierungen, indem sie ein Grundmaterial zum Leiten von Elektrizität verwenden.
Metallbearbeitungstechniken
- Drehung
- Fräsen
- Schleifen
- Bohren
- Bohren
- Sägen
- Anstich
- ECM/EDM
Drehung
Drehen ist die einfachste Maschinenoperation, bei der ein Werkstück fest auf eine rotierende Platte oder einen Dorn gespannt wird. Das Schneidwerkzeug wird in einer Vorrichtung, die auf einem beweglichen Schlitten montiert ist, gegen das Werkstück gedrückt, während es sich dreht. Der Schlitten kann entlang der Länge des Werkstücks auf und ab sowie näher an die Mittellinie und weiter von ihr weg bewegt werden. Diese unkomplizierten Bearbeitungsmethoden eignen sich perfekt zum effizienten Entfernen großer Materialmengen. Ein am Reitstock montierter Bohrer kann auch präzise Löcher entlang der Mittellinie des Werkstücks bohren.
Auf dem äußeren Kreis eines runden Objekts werden Drehmaschinen eingesetzt, um konzentrische Formen zu erzeugen. Viele runde oder kreisförmige Elemente werden auf einer Drehmaschine hergestellt, darunter Schlitze, Ringnuten, abgestufte Schultern, Innen- und Außengewinde, Zylinder und Wellen. Sie können auch Oberflächen erzeugen, die besonders glatt und homogen sind.
Fräsen
Der Unterschied zum Fräsen besteht darin, dass das Werkstück stationär bleibt, während sich das Schneidwerkzeug auf einer Spindel dreht. In den meisten Fällen wird das Werkstück horizontal in einem Maschinenschraubstock gehalten, der sich in X- und Y-Richtung bewegt. Die Spindel bewegt sich in der X-, Y- und Z-Achse und trägt eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen.
Eine Fräse kann Löcher und Bohrungen bohren, eignet sich jedoch am besten zum Entfernen von Material aus komplexeren und asymmetrischen Teilen. Fräser werden verwendet, um quadratische/ebene Flächen, Kerben, Fasen, Kanäle, Profile, Keilnuten und andere winkelabhängige Merkmale herzustellen. Die meisten CNC-Werkzeugmaschinenoperationen werden durch gemeinsames Fräsen und Drehen ausgeführt. Bei allen Metallbearbeitungsvorgängen wird Schneidflüssigkeit verwendet, um das Werkstück und das Schneidwerkzeug zu kühlen, zu schmieren und Metallpartikel wegzuspülen.
Schleifen
Schleifen ist ein Bearbeitungsprozess, bei dem mit einer Schleifscheibe eine kleine Menge Material von einem Werkstück entfernt wird, um ein feines Finish zu erzielen. Das Schleifen kann auch verwendet werden, um dem Objekt eine Textur zu verleihen oder leichte Schnitte zu erzeugen.
· Flachschleifen
Für viele Anwendungen ist eine äußerst glatte Oberfläche von Metallgegenständen von entscheidender Bedeutung, und die beste Methode, dies zu erreichen, ist die Verwendung einer Schleifmaschine. Die Mühle besteht aus einer rotierenden Scheibe, die mit grobem Schleifkorn bedeckt ist. Das Werkstück ist auf einem Tisch montiert und wird entweder seitlich unter der Schleifscheibe hin- und herbewegt oder stillgehalten, während sich die Scheibe dreht. Selbstverständlich kann dieses Verfahren nur auf Flächen angewendet werden, die nicht durch aus der Oberfläche hervorstehende Vorsprünge behindert werden.
Je nach zu schleifendem Material werden unterschiedliche Schleifmittel verwendet. Da die Hitze und die mechanische Belastung beim Schleifen das Werkstück beschädigen können, ist es wichtig, Werkzeuggeschwindigkeit und Temperatur unter Kontrolle zu halten.
· Rundschleifen
Bei diesem Verfahren werden Oberflächenschleifen und Drehen verwendet. Eine kreisförmige oder zylindrische Schleifscheibe wird normalerweise gegen die Oberfläche des Werkstücks gedreht, während es stationär gehalten wird. Sowohl am Innen- als auch am Außendurchmesser können zylindrische Schleifmaschinen über die gesamte Länge des Teils oder in Teiltiefen eingesetzt werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass äußerst präzise und exakte Toleranzen bei einer sehr glatten Oberflächenstruktur erzielt werden.
· Optisches Schleifen
Bei diesem Verfahren werden Oberflächenschleifen und Drehen verwendet. Eine kreisförmige oder zylindrische Schleifscheibe wird normalerweise gegen die Oberfläche des Werkstücks gedreht, während es stationär gehalten wird. Sowohl am Innen- als auch am Außendurchmesser können zylindrische Schleifmaschinen über die gesamte Länge des Teils oder in Teiltiefen eingesetzt werden.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass äußerst präzise und exakte Toleranzen bei einer sehr glatten Oberflächenstruktur erzielt werden.
Bohren
Unter Bohren versteht man das Aufweiten bereits gebohrter oder gegossener Löcher. Reihenaufbohren (eines an beiden Enden wird durch eine Bohrstange gestützt), Rückwärtsaufbohren (Bohren eines Lochs in der hinteren Hälfte des Werkstücks) und Drehmaschinenaufbohren sind Beispiele für Aufbohren (Vergrößern eines Lochs mit einem Einschneidewerkzeug zum Erstellen). konische oder quadratische Löcher)
Bohren kann auch als Verfahren zum Vergrößern zuvor in ein Werkstück geschnittener Löcher bezeichnet werden. Durch Bohren können die ersten Löcher gebohrt werden. Beim Bohren wird im Gegensatz zum Bohren ein Einpunkt-Schneidinstrument verwendet.
Bohren
Bohren ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem mit Bohrern zylindrische Löcher in feste Materialien gebohrt werden. Es ist eine der wichtigsten Bearbeitungstechniken, da die gebohrten Löcher häufig zur Montagehilfe verwendet werden. Am häufigsten werden Bohrmaschinen verwendet, aber auch Drehmaschinen können zum Einsatz kommen. Bohren ist eine Vorbearbeitungsphase in den meisten Fertigungsvorgängen, bei der fertige Löcher entstehen, die dann mit Gewinde versehen, aufgerieben, gebohrt oder anderweitig modifiziert werden, um Gewindelöcher zu erzeugen oder die Lochabmessungen in akzeptable Toleranzen zu bringen. Bohrer bohren im Allgemeinen Löcher, die größer als ihre Nenngröße sind und die aufgrund der Flexibilität des Bohrers und seines Bestrebens, den Weg des geringsten Widerstands zu suchen, nicht unbedingt gerade oder rund sind. Daher wird beim Bohren normalerweise ein Untermaß angegeben, das durch Bearbeitung auf die endgültige Größe gebracht wird.
Die verwendeten Bohrer hatten zwei spiralförmige Rillen am Schaft. Die „Riffelung“ befördert die Stücke oder Späne aus dem Loch, wenn der Bohrer in das Material eindringt. Für jeden Materialtyp gibt es eine empfohlene Bohrgeschwindigkeit und einen empfohlenen Vorschub.
Sägen
Metalle werden normalerweise mit Trennmaschinen gesägt, um kürzere Längen aus Stangen, extrudierten Formen und anderen Materialien herzustellen. Bandsägen, sowohl vertikale als auch horizontale, meißeln das Material mit Endlosschleifen aus gezahnten Bändern weg. Die Bandgeschwindigkeit variiert je nach Material, wobei einige Hochtemperaturlegierungen träge 30 fpm und weichere Materialien wie Aluminium 1000 fpm oder mehr erfordern. Elektrische Bügelsägen, Trennscheibensägen und Kreissägen sind Beispiele für andere Trennmaschinen.
Lasergravur
Lasergravur eignet sich am besten für hochpräzise Beschriftungen oder Markierungen, da sie Lasertechnologie für dauerhafte Markierungen, Flexibilität, schnelle Zykluszeiten und Produktionslinienintegration nutzt. Es ist eine kostengünstige Methode zur Markierung von Metallgegenständen.
Die Lasertechnologie ermöglicht eine präzise Metallprägung mittels Lasergravur. Die Kennzeichnung von Metallprodukten mit entsprechenden Seriennummern, Identitätscodes, Markennamen und Modellnummern kann mithilfe von Metallpräzisionsstanzen präzise und einheitlich erfolgen. Der Einsatz von Lasertechnologie wird Ihre Kunden und Investoren beeindrucken.
Anstich
Durch Räumen werden unter anderem quadratische Löcher, Keilnuten und Keilnuten hergestellt. Die Raspel besteht aus mehreren Zähnen, die in einem feilenartigen Muster angeordnet sind, wobei jeder Zahn etwas größer ist als der davor. Die Räumnadel führt eine Reihe tieferer Schnitte aus, während sie durch ein vorbereitetes Führungsloch (oder über eine Oberfläche hinaus) gezogen oder geschoben wird. Zum Stoßräumen werden häufig Vertikalpressmaschinen eingesetzt. Das Zugräumen wird üblicherweise mit vertikalen oder horizontalen Geräten durchgeführt, die im Allgemeinen hydraulisch angetrieben werden. Die Schnittgeschwindigkeiten für hochfeste Metalle liegen zwischen 5 und 50 Fuß pro Minute für weichere Metalle.
ECM/EDM
· ECM
Bei der elektrochemischen Bearbeitung handelt es sich um eine Art der umgekehrten Galvanisierung, die zu gratfreien Löchern mit hervorragender Oberflächengüte führt. Da es sich um ein Kaltbearbeitungsverfahren handelt, wird das Werkstück keinen thermischen Drücken ausgesetzt.
· EDM
Hierbei handelt es sich um nichtmechanische Methoden zur Materialentfernung, die auf korrosiven Funken oder Chemikalien beruhen. Bei der Elektroerosionsbearbeitung wird ein Funke von einer Elektrode durch eine dielektrische Flüssigkeit auf die Oberfläche eines leitfähigen Werkstücks geschickt. Mit dieser Technologie können Löcher mit kleinem Durchmesser, Formhohlräume und andere feine Merkmale hergestellt werden. Die thermischen Eigenschaften und die Leitfähigkeit des Metalls und nicht die Härte beeinflussen die Entladungsrate.
Bei der Auswahl von CNC-Maschinenschneidwerkzeugen müssen bestimmte Faktoren berücksichtigt werden
Material und Eigenschaften des Werkstücks
Das Material des Werkstücks hat großen Einfluss auf die Werkzeugauswahl. Aluminium, Sphäroguss und Grauguss sind die am häufigsten bearbeiteten Materialien bei Stecker Machine. Für jedes Material haben wir unsere bevorzugten CNC-Bearbeitungswerkzeuge für die Metallbearbeitung. Ingenieure beginnen gerne mit bewährten Standardwerkzeugen, die Risiken, Lagerbestände und Kosten reduzieren.
Zur Bearbeitung verschiedener Merkmale werden Bohrer, Fräser und Gewindebohrer verwendet. Für jeden Werkzeugtyp und jedes Material stehen Standardwerkzeuge zur Verfügung. Stecker bietet beispielsweise drei grundlegende 90°-Eckfräser an: einen zum Schneiden von Aluminium, einen für die Bearbeitung von Sphäroguss und einen für die Bearbeitung von Grauguss. Aluminium weist von diesen Materialien die höchste Bearbeitbarkeit auf, weshalb Aluminiumwerkzeuge höhere Oberflächenstandards in Fuß pro Minute (SFM) haben, was eine schnellere Bearbeitung ermöglicht.
Produktionsvolumen
Im Allgemeinen sind für Großserienprojekte spezielle, hochwertige Schneidwerkzeuge erforderlich, während für Kleinserienprojekte kostengünstigere Werkzeuge zum Einsatz kommen. Alles läuft auf Skaleneffekte hinaus, da das enorme Volumen der zu produzierenden Komponenten die hohen Kosten für hochwertige, funktionsspezifische Werkzeuge rechtfertigt.
Kombinationsmöglichkeiten
Bei der CNC-Bearbeitung können Werkzeuge mit mehreren Funktionen viel Geld und Zeit sparen. Wenn mehrere Arbeitsgänge – drei, vier oder mehr – mit einem einzigen Werkzeug ausgeführt werden können, erhöht sich die Zyklusdauer, während die Werkzeugwechselzeit verkürzt wird.
Ein gut gestaltetes, einsteckbares Kombiwerkzeug kann beispielsweise auf drei verschiedene Arten bohren und anfasen und die Arbeit in einem Durchgang mit einem Werkzeug statt sechs (und sechs Durchgängen) erledigen. Ja, dieses maßgeschneiderte Multi-Funktions-Tool könnte Sie 3,000 US-Dollar einsparen, aber die Ersparnisse häufen sich schnell, um den Preis zu decken, insbesondere bei einem Großprojekt.
Kapazität der Maschinen
Die meisten Schneidwerkzeuge sind mit CNC-Maschinen kompatibel. Dies bedeutet jedoch nicht immer, dass diese Maschinen die effizientesten sind. Ingenieure und Bediener wissen, dass eine Maschine mit höherer Leistung (mit größerem Konus) den Einsatz multifunktionaler Kombiwerkzeuge ermöglicht.
Bei kleineren Gussstücken ist für den Transport kein Hebezeug erforderlich, bei größeren Gussstücken hingegen schon. Tatsächlich könnte die Entwicklung einer Vorrichtung, die zwei oder drei kleine Komponenten gleichzeitig auf einer größeren Maschine bearbeiten kann, Potenzial für eine höhere Effizienz bieten. Dies ist ein Beispiel dafür, dass eine große Maschine nicht immer auch einen massiven Guss bedeutet.
Material des Werkzeugs
Das gleiche Schneidwerkzeug kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, von denen einige haltbarer (und daher teurer) sind als andere.
Vollhartmetall ist ein Schneidwerkzeugmaterial, das äußerst langlebig ist. Ein PKD-bestücktes Werkzeug hingegen erreicht ein weiteres Maß an Haltbarkeit. Das derzeit härteste Schneidwerkzeug ist PKD oder polykristalliner Diamant, der durch Sintern von Diamantpartikeln mit einem metallischen Bindemittel entsteht.
Ein Bohrwerkzeug mit PKD-Spitze hat eine etwa viermal höhere Standzeit als ein Vollhartmetallwerkzeug (4 Stück gegenüber 2,500), kann aber auch 10,000 % schneller arbeiten. Der Kostenunterschied zwischen den beiden (etwa 25 US-Dollar für Hartmetall gegenüber 180 US-Dollar für PKD) wird durch den Unterschied in der Produktion ausgeglichen (höhere Spindelgeschwindigkeit, zusätzliche Vorschubgeschwindigkeit UND Einsparungen bei Arbeitsaufwand, Einrichtung und anderen).
Strategie
Ingenieure entwerfen üblicherweise ein Best-Case-Szenario (beste Werkzeuge, kurze Zykluszeiten, hochwertige Vorrichtungen) und ein „Plan B“-Szenario, wenn sie bestimmen, wie ein neues Projekt in der Werkstatt abgeschlossen werden soll (weniger teure Werkzeuge, weniger leistungsstarke Maschinen usw.). Die Versuchung ist groß, die Kosten durch die Wahl einer weniger teuren Lösung niedrig zu halten, aber dies bedeutet normalerweise, dass die Werkzeuge darunter leiden.
Der Fehler bei diesem Argument besteht darin, dass es potenzielle Werkzeugprobleme nicht berücksichtigt, die nicht nur genauso viel kosten wie das anfängliche Best-Case-Szenario, sondern auch die Kosten für verschwendete Zeit für das Projekt erhöhen.
Erfahrung ist von unschätzbarem Wert
Einige CNC-Maschinenunternehmen verfügen über sachkundigere Mitarbeiter als andere. Nichts kann mit dem Wissen aus Jahrzehnten erfolgreicher CNC-Maschinenprojekte mithalten. Diese Spitzenreiter verfügen über Erfahrung in der Leitung von Projekten von der Konzeption bis zur Fertigstellung und verfügen über die erforderlichen Prozesse sowie viele der erforderlichen Tools.
Wie also kommt ein Neuling in eine erfahrene CNC-Werkstatt? Schließlich wird selbst in den besten CNC-Programmen und Schulungen an Hochschulen nicht die Werkzeugauswahl gelehrt. In diesem Fall handelt es sich um ein Beispiel für Stammeswissen: Fähigkeiten, die von Ingenieur zu Ingenieur weitergegeben werden, typischerweise in High-End-CNC-Werkstätten.
Zusammenfassung
Sie haben jetzt ein besseres Verständnis für die verschiedenen Bearbeitungsarten und Prozesse. Die Bearbeitung erfordert den Einsatz verschiedener Geräte und Prozesse, abhängig vom verwendeten Werkstück oder Material sowie dem gewünschten Produktergebnis. Im Bearbeitungsprozess können mechanische, abrasive, thermische oder chemische Methoden zur Materialentfernung eingesetzt werden, um das beste Produktdesign und die besten Eigenschaften zu erzielen.
Kenntnisse in der Metallbearbeitung helfen Ihnen bei der Planung, egal ob Sie zum ersten Mal Unternehmer sind oder jemand, der Metallteile für die Automobil-, Elektronik- und andere Branchen herstellen und liefern möchte. Es gibt zwar viel zu lernen, aber ein Gespräch mit einem Metallbearbeitungsprofi kann Ihnen helfen, Ihre Ziele zu erreichen.
