Introduzione
La lavorazione dei metalli è passata dal tradizionale taglio manuale dei metalli alla microlavorazione con laser. La lavorazione meccanica è un termine ampio che si riferisce a un'ampia gamma di processi e tecnologie utilizzati nella produzione.
Apprendere i fondamenti della lavorazione dei metalli è essenziale per i nuovi imprenditori e gli aspiranti fornitori di componenti metallici. Il materiale viene rimosso da un pezzo durante il processo di lavorazione. Il metallo viene modellato nel disegno desiderato utilizzando macchine utensili elettriche per realizzare parti o componenti metallici in una varietà di applicazioni. La lavorazione può essere eseguita anche su qualsiasi parte esistente, come una forgiatura o una fusione a cera persa.
In questo articolo scoprirai di più sul processo di lavorazione dei metalli, così potrai utilizzarlo per scegliere le migliori procedure di produzione per i tuoi prodotti e soddisfare le esigenze e le preferenze dei tuoi clienti.
Cosa è Lavorazione dei metalli
La lavorazione dei metalli è una tecnica industriale per la realizzazione di componenti, strumenti e macchinari metallici. Comporta una serie di passaggi per produrre la forma, il diametro del foro, la dimensione, la struttura e la finitura corretti del prodotto finale.
Include inoltre l'utilizzo di macchine utensili per modellare un pezzo in una forma specifica. Durante il processo di produzione, la maggior parte se non tutti i componenti e gli articoli metallici richiedono una qualche forma di lavorazione. Altri materiali, come plastica, gomma, legno e prodotti di carta, vengono spesso lavorati.
Tipi di tecnologie di lavorazione
Tecnologia di lavorazione della masterizzazione
E se ti dicessimo che esistono diverse forme di tecnologia di lavorazione a fuoco? Le macchine utensili per la masterizzazione e la saldatura vengono utilizzate per riscaldare il pezzo in lavorazione per modellarlo. Sono noti per bruciare vari materiali.
· Tecnologia di taglio laser
I laser cutter fondono, bruciano o fanno evaporare i materiali emettendo un raggio di luce stretto e ad alta energia. Questo metodo è ideale per incidere modelli o modellare l'acciaio in un'opera d'arte solida. Il taglio laser offre vantaggi come composizione estrema e finiture di servizio di alta qualità.
· Tecnologia di ossitaglio
Per tagliare e fondere i materiali, questo tipo di lavorazione utilizza una combinazione di ossigeno e gas combustibile. Poiché le molecole di propano, idrogeno, benzina o acetilene sono estremamente infiammabili, vengono generalmente utilizzate in questo processo.
· Tecnologia di taglio al plasma
Questo strumento funziona sparando un flusso di plasma in un arco elettrico. Di conseguenza, i gas inerti vengono trasformati in plasma. Naturalmente, mentre si ha a che fare con il plasma, potrebbe diventare estremamente caldo al tatto.
Tecnologia di lavorazione dell'erosione
Sebbene gli strumenti di combustione utilizzino il calore per rimuovere il materiale in eccesso, le macchine per l'erosione utilizzano l'elettricità o l'acqua per rimuovere il materiale dal pezzo in lavorazione.
· Tecnologia di taglio a getto d'acqua
Le taglierine a getto d'acqua utilizzano un flusso d'acqua altamente pressurizzato per tagliare una varietà di materiali. Per degradare i materiali più velocemente che mai, è sufficiente mescolare una qualche forma di graniglia abrasiva nel flusso d'acqua. Le taglierine a getto d'acqua vengono generalmente utilizzate su materiali che sono stati deformati o danneggiati a causa dell'esposizione al calore.
· Tecnologia di lavorazione con elettroerosione
Per creare piccoli crateri, vengono utilizzati utensili per elettroerosione per scaricare archi elettrici. Ciò migliora il ritmo dei "tagli completi". L'elettroerosione viene impiegata anche in applicazioni che necessitano di forme complesse.
Gli utensili per elettroerosione possono essere utilizzati anche per tagliare materiali difficili. Gli utensili per la lavorazione a scarica elettrica limitano il numero di leghe ferrose utilizzando un materiale di base per condurre l'elettricità.
Tecniche di lavorazione dei metalli
- Svolta
- Fresatura
- Rettifica
- Noioso
- Perforazione
- segare
- Brocciatura
- ECM/EDM
Svolta
La tornitura è l'operazione più semplice della macchina, che include il serraggio di un pezzo in lavorazione su una piastra rotante o un mandrino. L'utensile da taglio viene mantenuto contro il pezzo in lavorazione in un dispositivo montato su una slitta mobile mentre ruota. La slitta può essere spostata su e giù per la lunghezza del pezzo in lavorazione, nonché più vicino e più lontano dalla linea centrale. Questi metodi di lavorazione semplici sono perfetti per rimuovere in modo efficiente grandi quantità di materiale. Una punta da trapano installata sulla contropunta può anche praticare fori precisi lungo la linea centrale del pezzo in lavorazione.
Sul cerchio esterno di un oggetto rotondo vengono utilizzati dei torni per creare forme concentriche. Molte caratteristiche rotonde o circolari vengono prodotte su un tornio, tra cui scanalature, scanalature per anelli, spallamenti a gradini, filettature interne ed esterne, cilindri e alberi. Possono inoltre generare finiture superficiali particolarmente lisce ed omogenee.
Fresatura
La fresatura differisce dalla tornitura in quanto il pezzo rimane fermo mentre l'utensile da taglio gira su un mandrino. Nella maggior parte dei casi, il pezzo viene tenuto orizzontalmente in una morsa della macchina che si muove nelle direzioni X e Y. Il mandrino si sposta sugli assi X, Y e Z e trasporta una varietà di utensili da taglio.
Una fresatrice può praticare fori e fori, ma è migliore per rimuovere materiale da pezzi più complessi e asimmetrici. Le frese vengono utilizzate per realizzare facce quadrate/piane, intagli, smussi, canali, profili, sedi per chiavetta e altri elementi dipendenti dall'angolo. La maggior parte delle operazioni delle macchine utensili CNC vengono eseguite fresando e tornindo insieme. Il fluido da taglio viene utilizzato per raffreddare il pezzo e l'utensile da taglio, lubrificarlo e rimuovere le particelle metalliche in tutte le operazioni di lavorazione dei metalli.
Rettifica
La rettifica è un processo di lavorazione che prevede la rimozione di una piccola quantità di materiale da un pezzo con una ruota abrasiva per ottenere una finitura fine. La molatura può essere utilizzata anche per texturizzare l'oggetto o eseguire tagli leggeri.
· Rettifica superficiale
Per molte applicazioni, una superficie estremamente liscia sugli oggetti metallici è fondamentale e il metodo migliore per ottenere questo risultato è l'uso di una smerigliatrice. La smerigliatrice è costituita da un disco rotante ricoperto da una grana abrasiva grossolana. Il pezzo in lavorazione è montato su un tavolo e viene spostato avanti e indietro lateralmente sotto la mola abrasiva oppure tenuto fermo mentre la mola gira. Naturalmente questa procedura può essere utilizzata solo su visi che non siano ostruiti da sporgenze sporgenti dalla superficie.
A seconda del materiale da rettificare, vengono utilizzati diversi tipi di abrasivi. Poiché il calore e lo stress meccanico del processo di rettifica potrebbero danneggiare il pezzo in lavorazione, è importante tenere sotto controllo la velocità e la temperatura dell'utensile.
· Rettifica cilindrica
In questo processo vengono utilizzate la rettifica superficiale e la tornitura. Una mola circolare o cilindrica viene normalmente fatta girare contro la superficie del pezzo in lavorazione mentre è mantenuta ferma. Sia sui diametri interni che su quelli esterni, le molatrici cilindriche possono essere utilizzate per tutta la lunghezza del pezzo o a profondità parziali.
Questa procedura ha il vantaggio di produrre tolleranze estremamente precise ed esatte con una struttura superficiale molto liscia.
· Rettifica ottica
In questo processo vengono utilizzate la rettifica superficiale e la tornitura. Una mola circolare o cilindrica viene normalmente fatta girare contro la superficie del pezzo in lavorazione mentre è mantenuta ferma. Sia sui diametri interni che su quelli esterni, le molatrici cilindriche possono essere utilizzate per tutta la lunghezza del pezzo o a profondità parziali.
Questa procedura ha il vantaggio di produrre tolleranze estremamente precise ed esatte con una struttura superficiale molto liscia.
Noioso
L'alesatura è il processo di espansione di fori già praticati o fusi. L'alesatura in linea (una delle due estremità supportata da una barra di alesatura), l'alesatura in tirata (l'alesatura di un foro nella metà posteriore del pezzo) e l'alesatura al tornio sono tutti esempi di alesatura (allargamento di un foro con un utensile da taglio a punto singolo per creare fori conici o quadrati)
L'alesatura può anche essere definita come un metodo per allargare i fori precedentemente praticati in un pezzo. Per realizzare i primi fori è possibile utilizzare la perforazione. L'alesatura, a differenza della perforazione, utilizza uno strumento di taglio a punto singolo.
Perforazione
La foratura è un metodo di lavorazione che impiega punte da trapano per creare fori cilindrici in materiali solidi; è una delle tecniche di lavorazione più importanti poiché i fori creati sono spesso utilizzati per facilitare l'assemblaggio. Le presse da trapano sono le più comunemente utilizzate, ma possono essere utilizzati anche i torni. La foratura è una fase di pre-elaborazione nella maggior parte delle operazioni di produzione che si traduce in fori finiti che vengono poi maschiati, alesati, alesati o altrimenti modificati per produrre fori filettati o portare le dimensioni dei fori entro tolleranze accettabili. Le punte da trapano generalmente taglieranno fori più grandi della loro dimensione nominale e fori che non sono necessariamente dritti o rotondi a causa della flessibilità della punta e del desiderio di cercare il percorso di minor resistenza. Di conseguenza, la foratura è in genere specificata sottodimensionata, con lavorazione per ottenere il foro alla sua dimensione finale.
Le punte da trapano utilizzate avevano due scanalature elicoidali che correvano lungo l'albero. La "scanalatura" trasporta i pezzi, o trucioli, fuori dal foro quando la punta entra nel materiale. Ogni tipo di materiale ha una velocità di foratura e un avanzamento consigliati.
segare
I metalli vengono solitamente segati utilizzando troncatrici per ottenere lunghezze più corte da barre, forme estruse e altri materiali. Le seghe a nastro, sia verticali che orizzontali, scalpellano il materiale con anelli continui di nastri dentati. La velocità del nastro varia a seconda del materiale, con alcune leghe ad alta temperatura che richiedono una lenta velocità di 30 fpm e materiali più morbidi come l'alluminio che richiedono 1000 fpm o più. Seghe elettriche, seghe a disco abrasivo e seghe circolari sono esempi di altre troncatrici.
Incisione laser
L'incisione laser è la migliore per l'etichettatura o la marcatura ad alta precisione, poiché utilizza la tecnologia laser per la marcatura permanente, flessibilità, tempi di ciclo rapidi e integrazione della linea di produzione. È un metodo a basso costo per la marcatura di articoli metallici.
La tecnologia laser consente lo stampaggio di metalli di precisione tramite incisione laser. L'etichettatura dei prodotti metallici con numeri di serie, codici identificativi, nomi di marchi e numeri di modello appropriati può essere eseguita con precisione e uniformità utilizzando lo stampaggio di precisione del metallo. L'utilizzo della tecnologia laser impressionerà i tuoi clienti e investitori.
Brocciatura
La brocciatura viene utilizzata, tra le altre cose, per realizzare fori quadrati, sedi per chiavetta e fori scanalati. La broccia è composta da diversi denti disposti a forma di lima, con ciascun dente leggermente più grande di quello precedente. La broccia esegue una serie di tagli più profondi mentre viene tirata o spinta attraverso un foro guida preparato (o oltre una superficie). Le presse verticali vengono spesso utilizzate per la brocciatura a spinta. La brocciatura a trazione viene comunemente eseguita con dispositivi verticali o orizzontali generalmente azionati idraulicamente. Le velocità di taglio per i metalli ad alta resistenza vanno da 5 a 50 fpm per i metalli più morbidi.
ECM/EDM
· ECM
La lavorazione elettrochimica è un tipo di galvanica inversa che produce fori senza bave con eccellenti finiture superficiali. Il pezzo non è sottoposto ad alcuna pressione termica poiché si tratta di una tecnica di lavorazione a freddo.
· EDM
Si tratta di metodi di rimozione dei materiali non meccanici che si basano su scintille o sostanze chimiche corrosive. La lavorazione con elettroerosione prevede l'invio di una scintilla da un elettrodo alla superficie di un pezzo conduttivo attraverso un fluido dielettrico. Con questa tecnologia è possibile realizzare fori di piccolo diametro, cavità di stampi e altri dettagli fini. Le caratteristiche termiche e la conduttività del metallo, piuttosto che la durezza, influenzano la velocità di scarica.
Quando si scelgono gli utensili da taglio per macchine CNC, ci sono alcuni fattori da considerare
Materiale e caratteristiche del pezzo
Il materiale del pezzo ha un grande impatto sulla scelta dell'utensile. Le fusioni di alluminio, ghisa duttile e ghisa grigia sono i materiali lavorati più spesso dalla Stecker Machine. Per ogni materiale, abbiamo utensili per il taglio dei metalli con lavorazione CNC preferiti. Agli ingegneri piace iniziare con strumenti standardizzati collaudati, che riducono rischi, inventario e spese.
Punte, frese e maschi vengono utilizzati per lavorare varie caratteristiche e sono disponibili utensili standard per ciascun tipo di utensile e materiale. Stecker, ad esempio, offre tre frese base per spallamento retto a 90°: una per il taglio dell'alluminio, una per la lavorazione della ghisa sferoidale e una per la lavorazione della ghisa grigia. L'alluminio ha la più alta lavorabilità tra questi materiali, quindi gli utensili in alluminio hanno standard di superficie in piedi al minuto (SFM) più elevati, consentendo loro di funzionare più velocemente.
Volume di produzione
In generale, i progetti ad alto volume richiedono utensili da taglio specializzati e di fascia alta, mentre quelli a basso volume utilizzano utensili più economici. Tutto si riduce a economie di scala, con l’enorme volume di componenti da produrre che giustifica il costo elevato di utensili di fascia alta e specifici per funzionalità.
Possibilità di combinazioni
Nella lavorazione CNC, gli utensili con funzionalità multiple possono far risparmiare molto tempo e denaro. Quando più operazioni (tre, quattro o più) possono essere eseguite da un singolo utensile, la durata del ciclo aumenta mentre il tempo di cambio utensile diminuisce.
Ad esempio, un utensile combinato inseribile ben progettato può forare e smussare in tre modi distinti, completando il lavoro in una passata con un utensile anziché sei (e sei passate). Sì, quello strumento multifunzionalità personalizzato potrebbe farti risparmiare $ 3,000, ma i risparmi si accumulano rapidamente per coprire il prezzo, soprattutto su un progetto di volume elevato.
Capacità delle macchine
La maggior parte degli utensili da taglio sono compatibili con le macchine CNC. Tuttavia, ciò non implica sempre che tali macchine siano le più efficienti. Ingegneri e operatori comprendono che una macchina con una potenza maggiore (con un cono più grande) consente loro di utilizzare strumenti combinati multifunzionali.
I getti più piccoli non richiedono l'uso di paranchi per spostarli, mentre i getti più grandi sì. In effetti, lo sviluppo di un dispositivo in grado di far funzionare due o tre piccoli componenti contemporaneamente su una macchina più grande può offrire il potenziale per una maggiore efficienza. Questo è un esempio di come una macchina enorme non sempre implichi una fusione massiccia.
Materiale dello strumento
Lo stesso utensile da taglio può essere prodotto con una varietà di materiali, alcuni dei quali sono più durevoli (e quindi più costosi) di altri.
Il metallo duro integrale è un materiale per utensili da taglio estremamente durevole. Un utensile con punta in PCD, invece, raggiunge un altro livello di durabilità. L'utensile da taglio attuale più duro è il PCD, o diamante policristallino, che viene creato sinterizzando particelle di diamante con un legante metallico.
Un utensile di foratura con punta in PCD ha una durata pari a circa 4 volte quella di un utensile in metallo duro integrale (2,500 pezzi contro 10,000), ma può anche funzionare il 25% più velocemente. La differenza di costo tra i due (circa 180 dollari per il metallo duro contro 960 dollari per il PCD) è controbilanciata dalla differenza nella produzione (velocità del mandrino più elevata, velocità di avanzamento extra, manodopera, setup e altri risparmi).
Online
Gli ingegneri di solito progettano uno scenario migliore (migliori utensili, tempi di ciclo aggressivi, attrezzature di alta qualità) e uno scenario "Piano B" quando determinano come un nuovo progetto verrà completato in officina (utensili meno costosi, macchine meno potenti, ecc.). La tentazione è di mantenere bassi i costi scegliendo una soluzione meno costosa, ma questo di solito implica che gli utensili ne risentano.
Il difetto di questa argomentazione è che non tiene conto dei potenziali problemi legati agli strumenti, che non solo costano quanto lo scenario migliore iniziale, ma aggiungono anche il costo della perdita di tempo al progetto.
L'esperienza è preziosa
Alcune aziende di macchine CNC hanno dipendenti più esperti di altre. Niente può eguagliare la conoscenza raccolta in decenni di progetti di macchine CNC di successo. Questi pionieri hanno esperienza nella gestione di progetti dall’ideazione al completamento e dispongono dei processi necessari e di molti degli strumenti necessari.
Quindi, come fa un nuovo arrivato a entrare in un'officina CNC esperta? Dopotutto, anche i migliori programmi di istruzione superiore e le sessioni di formazione CNC non insegnano la selezione degli utensili. In questo caso è un esempio di conoscenza tribale: abilità tramandata da ingegnere a ingegnere, in genere in officine CNC di fascia alta.
Sintesi
Ora hai una migliore comprensione dei vari tipi di lavorazione e processi coinvolti. La lavorazione comporta l'uso di diverse attrezzature e processi, a seconda del pezzo o del materiale utilizzato, nonché del risultato del prodotto desiderato. Nel processo di lavorazione è possibile utilizzare metodi meccanici, abrasivi, termici o chimici per rimuovere il materiale per ottenere il miglior design e le migliori caratteristiche del prodotto.
Comprendere la lavorazione dei metalli ti aiuterà a pianificare, che tu sia un imprenditore alle prime armi o qualcuno che desidera produrre e fornire parti metalliche per l'industria automobilistica, elettronica e altre. Sebbene ci sia molto da imparare, parlare con un professionista della lavorazione dei metalli può aiutarti a raggiungere i tuoi obiettivi.
