esittely
Metallintyöstö on kehittynyt perinteisestä manuaalisesta metallinleikkauksesta lasereilla tehtävään mikrotyöstöön. Työstö on laaja termi, joka viittaa monenlaisiin tuotannossa käytettyihin prosesseihin ja teknologioihin.
Metallintyöstön perusteiden oppiminen on välttämätöntä uusille yrittäjille ja metalliosien toimittajiksi pyrkiville. Työstöprosessin aikana työkappaleesta poistetaan materiaalia. Metalli muotoillaan haluttuun muotoon sähkökäyttöisillä työstökoneilla metalliosien tai komponenttien valmistamiseksi erilaisiin sovelluksiin. Työstöä voidaan tehdä myös mille tahansa olemassa olevalle osalle, kuten takomalle kappaleelle tai tarkkuusvalulle.
Tässä artikkelissa opit lisää metallintyöstöprosessista, jotta voit käyttää sitä apunasi valitaksesi parhaat valmistusmenetelmät tuotteillesi ja tyydyttääksesi asiakkaidesi tarpeet ja mieltymykset.
Mikä on Metallin työstö
Metallintyöstö on teollinen tekniikka metallikomponenttien, työkalujen ja koneiden valmistukseen. Se sisältää useita vaiheita lopputuotteen oikean muodon, reiän halkaisijan, koon, rakenteen ja viimeistelyn aikaansaamiseksi.
Lisäksi se sisältää työstökoneiden käytön työkappaleen muokkaamiseksi tiettyyn muotoon. Valmistusprosessin aikana useimmat, elleivät kaikki, komponentit ja metalliesineet vaativat jonkinlaista koneistusta. Myös muita materiaaleja, kuten muoveja, kumia, puuta ja paperituotteita, koneistetaan usein.
Koneistustekniikan tyypit
Polttokoneistustekniikka
Entä jos kertoisimme, että polttokoneistusta on useita eri tekniikoita? Poltto- ja hitsauskoneita käytetään työkappaleen lämmittämiseen sen muotoilua varten. Niiden tiedetään polttavan läpi erilaisia materiaaleja.
· Laserleikkaustekniikka
Laserleikkurit sulattavat, polttavat tai höyrystävät materiaaleja lähettämällä suuren energian omaavan, kapean valonsäteen. Tämä menetelmä sopii erinomaisesti kuvioiden syövytykseen tai teräksen muokkaamiseen kiinteäksi taideteokseksi. Laserleikkaus tarjoaa etuja, kuten erinomaisen koostumuksen ja korkealaatuisen viimeistelyn.
· Happipolttoaineleikkaustekniikka
Materiaalien leikkaamiseen ja sulattamiseen tällaisessa työstössä käytetään hapen ja polttoainekaasun yhdistelmää. Koska propaani-, vety-, bensiini- tai asetyleenimolekyylit ovat erittäin helposti syttyviä, niitä käytetään tyypillisesti tässä prosessissa.
· Plasmaleikkaustekniikka
Tämä työkalu toimii ampumalla plasmavirtauksen sähkökaareen. Tämän seurauksena inertit kaasut muuttuvat plasmaksi. Plasman käsittely voi tietenkin olla erittäin kuuma kosketettaessa.
Eroosiotyöstötekniikka
Vaikka polttotyökalut käyttävät lämpöä ylimääräisen materiaalin poistamiseen, eroosiokoneet käyttävät sähköä tai vettä materiaalin poistamiseen työkappaleesta.
· Vesileikkaustekniikka
Vesisuihkuleikkureissa käytetään paineistettua vesivirtaa erilaisten materiaalien leikkaamiseen. Materiaalien nopeampaa hajottamista varten sekoita vesivirtaan jonkinlaista hioma-ainetta. Vesisuihkuleikkureita käytetään tyypillisesti materiaaleihin, jotka ovat vääntyneet tai vaurioituneet lämmön seurauksena.
· Sähköpurkaustyöstötekniikka
Pienten kraatterien tekemiseen käytetään sähköpurkaustyöstötyökaluja sähköisten kaarien purkamiseen. Tämä parantaa "täysien leikkausten" nopeutta. Sähköpurkaustyöstöä käytetään myös sovelluksissa, jotka vaativat monimutkaisia muotoja.
Kipinätyöstötyökaluja voidaan käyttää myös vaikeiden materiaalien leikkaamiseen. Kipinätyöstötyökalut rajoittavat rautaseosten määrää käyttämällä perusmateriaalia sähkönjohtavuutena.
Metallintyöstötekniikat
- Kääntyminen
- jyrsintä
- hionta
- Tylsä
- Poraus
- sahaus
- lävistämisen
- ECM/EDM
Kääntyminen
Sorvaus on yksinkertaisin koneistustoiminto, johon kuuluu työkappaleen kiinnittäminen tiukasti pyörivään levyyn tai karaan. Leikkaustyökalu pidetään työkappaletta vasten liikkuvalle liukukiskolle asennetussa kiinnikkeessä sen pyöriessä. Liukukiekkoa voidaan liikuttaa työkappaleen pituutta pitkin ylös ja alas sekä lähemmäs ja kauemmas keskiviivasta. Nämä suoraviivaiset työstömenetelmät sopivat täydellisesti suurten materiaalimäärien tehokkaaseen poistoon. Takapylkkään asennettu poranterä voi myös porata tarkkoja reikiä työkappaleen keskiviivaa pitkin.
Pyöreän kappaleen ulkokehälle sorveja käytetään samankeskisten muotojen luomiseen. Sorveilla valmistetaan monia pyöreitä tai ympyränmuotoisia ominaisuuksia, kuten uria, rengasuria, porrastettuja olakkeita, sisä- ja ulkokierteitä, lieriöitä ja akseleita. Niillä voidaan myös tuottaa huomattavan sileitä ja homogeenisia pintoja.
jyrsintä
Jyrsintä eroaa sorvauksesta siten, että työkappale pysyy paikallaan, kun taas leikkaustyökalu pyörii karalla. Useimmissa tapauksissa työkappale pidetään vaakasuorassa koneen ruuvipenkissä, joka liikkuu X- ja Y-suunnissa. Kara liikkuu X-, Y- ja Z-akseleiden suuntaisesti ja siinä on erilaisia leikkaustyökaluja.
Jyrsinkoneella voi porata reikiä ja reikiä, mutta se on paras materiaalin poistoon monimutkaisemmista ja epäsymmetrisemmistä kappaleista. Jyrsinkoneita käytetään neliömäisten/tasaisten pintojen, lovien, viisteiden, kanavien, profiilien, kiilaurien ja muiden kulmasta riippuvien ominaisuuksien valmistukseen. Suurin osa CNC-työstökoneiden toiminnoista suoritetaan jyrsimällä ja sorvaamalla yhdessä. Leikkausnestettä käytetään työkappaleen ja leikkaustyökalun jäähdyttämiseen, voiteluun ja metallihiukkasten huuhtelemiseen pois kaikissa metallintyöstöissä.
hionta
Hionta on työstöprosessi, jossa työkappaleesta poistetaan pieni määrä materiaalia hiomalaikalla hienon pinnan saavuttamiseksi. Hiomista voidaan käyttää myös kappaleen teksturointiin tai kevyiden leikkausten tekemiseen.
· Pinnan hionta
Monissa sovelluksissa metalliesineiden erittäin sileä pinta on kriittisen tärkeä, ja paras tapa saavuttaa tämä on hiomakone. Hiomakone koostuu pyörivästä kiekosta, joka on päällystetty karkealla hiomarakeella. Työkappale asetetaan pöydälle ja sitä joko liikutetaan edestakaisin sivusuunnassa hiomalaikan alla tai pidetään paikallaan laikan pyöriessä. Luonnollisesti tätä menetelmää voidaan käyttää vain pinnoilla, joita eivät estä pinnasta ulkonevat ulkonemat.
Hiottavasta materiaalista riippuen käytetään erityyppisiä hioma-aineita. Koska hiontaprosessin lämpö ja mekaaninen rasitus voivat vahingoittaa työkappaletta, on tärkeää pitää työkalun nopeus ja lämpötila hallinnassa.
· Sylinterimäinen hionta
Tässä prosessissa käytetään pintahiontaa ja sorvausta. Pyöreää tai lieriömäistä hiomalaikkaa pyöritetään yleensä työkappaleen pintaa vasten sen pysyessä paikallaan. Sekä sisä- että ulkohalkaisijoille voidaan käyttää lieriömäisiä hiomakoneita koko kappaleen pituudelta tai osittain syvyyksiltä.
Tämän menetelmän etuna on erittäin tarkat ja täsmälliset toleranssit sekä erittäin sileä pinta.
· Optinen hionta
Tässä prosessissa käytetään pintahiontaa ja sorvausta. Pyöreää tai lieriömäistä hiomalaikkaa pyöritetään yleensä työkappaleen pintaa vasten sen pysyessä paikallaan. Sekä sisä- että ulkohalkaisijoille voidaan käyttää lieriömäisiä hiomakoneita koko kappaleen pituudelta tai osittain syvyyksiltä.
Tämän menetelmän etuna on erittäin tarkat ja täsmälliset toleranssit sekä erittäin sileä pinta.
Tylsä
Avarrus on prosessi, jossa laajennetaan jo porattuja tai valettuja reikiä. Viiva-avarrus (molemmista päistä toinen tuettuna porauspalkilla), taka-avarrus (reiän poraaminen työkappaleen takaosaan) ja sorvausavarrus ovat kaikki esimerkkejä avarruksesta (reiän suurentaminen yksikärkisellä leikkaustyökalulla kartiomaisten tai neliömäisten reikien luomiseksi).
Avarruksella voidaan suurentaa aiemmin leikattuja reikiä työkappaleeseen. Poraa voidaan käyttää ensimmäisten reikien tekemiseen. Avarruksessa, toisin kuin porauksessa, käytetään yksipisteistä leikkaustyökalua.
Poraus
Poraus on työstömenetelmä, jossa poranteriä käytetään lieriömäisten reikien luomiseen kiinteisiin materiaaleihin. Se on yksi tärkeimmistä työstötekniikoista, koska luotuja reikiä käytetään usein kokoonpanon apuna. Yleisimmin käytetään porakoneita, mutta myös sorveja voidaan käyttää. Poraus on useimpien valmistustoimintojen esikäsittelyvaihe, jonka tuloksena syntyy valmiita reikiä, joihin sitten kierteitetään, avarretaan, porataan tai muuten muokataan kierteitettyjen reikien tuottamiseksi tai reiän mittojen saattamiseksi hyväksyttävien toleranssien rajoihin. Poranterät yleensä leikkaavat nimelliskokoaan suurempia reikiä ja reikiä, jotka eivät välttämättä ole suoria tai pyöreitä terän joustavuuden ja pienimmän vastuksen etsimisen halun vuoksi. Tämän seurauksena poraus määritellään tyypillisesti alimittaiseksi, ja koneistetaan reiän lopulliseen kokoon.
Käytetyissä poranterissä oli kaksi kierreuraa, jotka kulkivat ylöspäin vartta pitkin. "Uristus" kuljettaa kappaleet eli lastut ulos reiästä, kun terä työntyy materiaaliin. Jokaiselle materiaalityypille on suositeltu porausnopeus ja syöttö.
sahaus
Metalleja sahataan tyypillisesti katkaisukoneilla lyhyempien pituuksien valmistamiseksi tangoista, puristetuista muodoista ja muista materiaaleista. Sekä pystysuorat että vaakasuorat vannesahat talttaavat materiaalia jatkuvilla hammastetuilla nauhoilla. Nauhan nopeus vaihtelee materiaalin mukaan: jotkut korkean lämpötilan seokset vaativat hitaan 30 jalkaa minuutissa ja pehmeämmät materiaalit, kuten alumiini, 1000 jalkaa minuutissa tai enemmän. Sähkökäyttöiset rautasahat, hiomalaikkasahat ja pyörösahat ovat esimerkkejä muista katkaisukoneista.
Laserkaiverrus
Laserkaiverrus sopii parhaiten tarkkaan merkitsemiseen, koska se hyödyntää laserteknologiaa pysyvään merkitsemiseen, on joustava, lyhyitä sykliaikoja ja integroitavissa tuotantolinjaan. Se on edullinen menetelmä metalliesineiden merkitsemiseen.
Lasertekniikka mahdollistaa tarkan metallileimauksen laserkaiverruksen avulla. Metallituotteiden merkitseminen asianmukaisilla sarjanumeroilla, tunnistekoodeilla, tuotenimillä ja mallinumeroilla voidaan tehdä tarkasti ja yhdenmukaisesti metallin tarkkuusleimauksen avulla. Lasertekniikan käyttö tekee vaikutuksen asiakkaisiisi ja sijoittajiisi.
lävistämisen
Avennusta käytetään muun muassa neliömäisten reikien, kiilaurien ja urareikien tekemiseen. Avennin koostuu useista hampaista, jotka on sijoitettu viilamaiseen kuvioon, ja jokainen hammas on hieman edellistä suurempi. Avennin tekee sarjan syvempiä leikkauksia, kun sitä vedetään tai työnnetään valmistellun johdereiän läpi (tai pinnan yli). Pystypuristimia käytetään usein työntöavennukseen. Vetoavennyksessä käytetään yleensä pysty- tai vaakasuoria laitteita, jotka ovat yleensä hydraulisesti liikuteltavia. Leikkausnopeudet lujien metallien osalta vaihtelevat 5-50 jalkaa minuutissa pehmeämpien metallien osalta.
ECM/EDM
· ECM
Sähkökemiallinen työstö on käänteisen galvanoinnin tyyppi, joka tuottaa purseettomia reikiä ja erinomaisen pinnanlaadun. Työkappaleeseen ei kohdistu lämpöpaineita, koska se on kylmätyöstötekniikka.
· EDM
Nämä ovat ei-mekaanisia materiaalinpoistomenetelmiä, jotka perustuvat syövyttäviin kipinöihin tai kemikaaleihin. Sähköpurkaustyöstössä kipinä lähetetään elektrodista johtavan työkappaleen pintaan dielektrisen nesteen läpi. Tällä tekniikalla voidaan valmistaa pieniläpimittaisia reikiä, muottionteloita ja muita hienojakoisia ominaisuuksia. Metallin lämpöominaisuudet ja johtavuus, eivätkä niinkään kovuus, vaikuttavat purkausnopeuteen.
CNC-koneen leikkaustyökaluja valittaessa on otettava huomioon seuraavat tekijät:
Työkappaleen materiaali ja ominaisuudet
Työkappaleen materiaalilla on suuri vaikutus työkalun valintaan. Alumiini, pallografiittivalurauta ja harmaavalurauta ovat Stecker Machinen yleisimmin koneistettavia materiaaleja. Jokaiselle materiaalille meillä on suosikki CNC-työstötyökalut metallin leikkaustyöhön. Insinöörit aloittavat mielellään koetelluilla ja standardoiduilla työkaluilla, mikä vähentää riskejä, varastoja ja kuluja.
Porakoneita, jyrsimiä ja kierretappeja käytetään erilaisten ominaisuuksien koneistamiseen, ja jokaiselle työkalutyypille ja materiaalille on saatavilla vakiotyökaluja. Esimerkiksi Stecker tarjoaa kolmea perus-90°:n neliökulmaista kulmajyrsintä: yhden alumiinin leikkaamiseen, yhden pallografiittivaluraudan työstöön ja yhden harmaan raudan työstöön. Alumiinilla on näistä materiaaleista paras työstettävyys, joten alumiinityökaluilla on suuremmat pinta-alat minuutissa (SFM), minkä ansiosta ne voivat toimia nopeammin.
Tuotantomäärä
Yleisesti ottaen suurten volyymien projektit vaativat erikoistuneita, huippuluokan lastuamistyökaluja, kun taas pienten volyymien projekteissa käytetään edullisempia työkaluja. Kaikki pohjimmiltaan kyse on mittakaavaeduista, sillä valtava määrä valmistettavia komponentteja oikeuttaa huippuluokan, ominaisuuskohtaisten työkalujen kalliit kustannukset.
Yhdistelmämahdollisuudet
CNC-koneistuksessa moniosaiset työkalut voivat säästää paljon rahaa ja aikaa. Kun yhdellä työkalulla voidaan suorittaa useita työvaiheita – kolme, neljä tai enemmän – syklin kesto kasvaa ja työkalunvaihtoaika lyhenee.
Esimerkiksi hyvin suunniteltu pistokeyhdistelmätyökalu voi porata ja viistää kolmella eri tavalla, jolloin työ tehdään yhdellä ylimenolla kuuden (ja kuuden ylimenon) sijaan. Kyllä, tuo mittatilaustyönä tehty moniominaisuustyökalu voi maksaa 3 000 dollaria, mutta säästöt kasaantuvat nopeasti kattamaan hinnan, varsinkin suurten volyymien projekteissa.
Koneiden kapasiteetti
Useimmat leikkaustyökalut ovat yhteensopivia CNC-koneiden kanssa. Tämä ei kuitenkaan aina tarkoita, että kyseiset koneet olisivat tehokkaimpia. Insinöörit ja käyttäjät ymmärtävät, että tehokkaampi kone (suuremmalla kartiolla) mahdollistaa monitoimisten yhdistelmätyökalujen käytön.
Pienempien valukappaleiden siirtämiseen ei tarvita nostolaitteita, kun taas suurempien valukappaleiden siirtäminen vaatii. Itse asiassa sellaisen laitteen kehittäminen, joka pystyy käyttämään kahta tai kolmea pientä komponenttia samanaikaisesti suuremmalla koneella, voi tarjota mahdollisuuksia tehokkuuden parantamiseen. Tämä osoittaa, kuinka valtava kone ei aina tarkoita massiivista valukappaletta.
Työkalun materiaali
Sama leikkaustyökalu voidaan valmistaa useista eri materiaaleista, joista jotkut ovat kestävämpiä (ja siksi kalliimpia) kuin toiset.
Täyskovametalli on erittäin kestävä lastuamismateriaali. PCD-kärkinen työkalu puolestaan saavuttaa toisen kestävyystason. Kestävin nykyinen lastuamistyökalu on PCD eli polykiteinen timantti, joka valmistetaan sintraamalla timanttihiukkasia metallisen sideaineen kanssa.
PCD-kärkisen poratyökalun käyttöikä on noin neljä kertaa pidempi kuin täyskovametallisen työkalun (2 500 kappaletta vs. 10 000 kappaletta), mutta se voi myös toimia 25 % nopeammin. Näiden kahden välinen kustannusero (noin 180 dollaria kovametallista ja 960 dollaria PCD:stä) kompensoituu tuotantoerolla (korkeampi karan nopeus, suurempi syöttönopeus SEKÄ työvoiman, asennuksen ja muiden kustannusten säästöt).
Strategia
Insinöörit suunnittelevat yleensä parhaan mahdollisen skenaarion (parhaat työkalut, nopeat sykliajat, huippuluokan kiinnitysjärjestelmät) ja "varasuunnitelman" määrittäessään, miten uusi projekti toteutetaan työpajassa (edullisemmat työkalut, vähemmän tehokkaat koneet jne.). Kiusaus on pitää kustannukset alhaisina valitsemalla edullisempi ratkaisu, mutta tämä yleensä tarkoittaa, että työkalut kärsivät.
Tämän argumentin heikkous on, että se ei ota huomioon mahdollisia työkaluongelmia, jotka eivät ainoastaan maksa yhtä paljon kuin alkuperäinen paras mahdollinen skenaario, vaan myös lisäävät projektiin hukkaan heitetyn ajan kustannuksia.
Kokemus on korvaamatonta
Joillakin CNC-koneyrityksillä on osaavampia työntekijöitä kuin toisilla. Mikään ei vedä vertoja vuosikymmenten menestyksekkäiden CNC-koneprojektien tuomalle tiedolle. Näillä edelläkävijöillä on kokemusta projektien hallinnasta suunnittelusta valmistumiseen, ja heillä on käytössä tarvittavat prosessit sekä monet tarvittavat työkalut.
Miten tulokas sitten pääsee kokeneeseen CNC-konepajaan? Loppujen lopuksi edes huippuluokan CNC-koulutusohjelmat ja -tilaisuudet eivät opeta työkalujen valintaa. Tässä tapauksessa kyse on heimotiedosta: taito siirtyy insinööriltä toiselle, tyypillisesti huippuluokan CNC-konepajoissa.
Yhteenveto
Nyt ymmärrät paremmin erilaisia koneistustyyppejä ja niihin liittyviä prosesseja. Koneistukseen kuuluu erilaisten laitteiden ja prosessien käyttö käytetystä työkappaleesta tai materiaalista sekä halutusta lopputuloksesta riippuen. Koneistusprosessissa voidaan käyttää mekaanisia, abrasiivisia, termisiä tai kemiallisia materiaalinpoistomenetelmiä parhaan tuotesuunnittelun ja ominaisuuksien saavuttamiseksi.
Metallintyöstön ymmärtäminen auttaa sinua suunnittelemaan, oletpa sitten ensikertalainen yrittäjä tai joku, joka haluaa valmistaa ja toimittaa metalliosia auto-, elektroniikka- ja muille teollisuudenaloille. Vaikka opittavaa on paljon, keskusteleminen metallintyöstön ammattilaisen kanssa voi auttaa sinua saavuttamaan tavoitteesi.
