Введение
Обработка металлов прошла путь от традиционной ручной резки металла к микрообработке с помощью лазеров. Механическая обработка — это широкий термин, который относится к широкому спектру процессов и технологий, используемых в производстве.
Изучение основ обработки металлов имеет важное значение для новых владельцев бизнеса и начинающих поставщиков металлических деталей. В процессе обработки материал удаляется с заготовки. Металлу придают желаемую форму с помощью механических станков для изготовления металлических деталей или компонентов для различных применений. Механическая обработка также может выполняться на любой существующей детали, например поковке или литье по выплавляемым моделям.
В этой статье вы узнаете больше о процессе обработки металла, чтобы использовать его при выборе наилучших производственных процессов для вашей продукции и удовлетворении потребностей и предпочтений ваших клиентов.
Что такое Металлообработка
Механическая обработка металлов — это промышленная технология изготовления металлических деталей, инструментов и механизмов. Это включает в себя ряд шагов для получения правильной формы, диаметра отверстия, размера, текстуры и отделки конечного продукта.
Кроме того, включает в себя использование станков для придания заготовке определенной формы. В процессе производства большинство, если не все, компонентов и металлических изделий требуют той или иной механической обработки. Другие материалы, такие как пластмассы, резина, дерево и бумажные изделия, часто подвергаются механической обработке.
Типы технологий обработки
Технология обжига
Что, если мы скажем вам, что существует несколько различных форм технологии обработки обжигом? Для нагрева заготовки и придания ей формы используются станки для обжига и сварки. Известно, что они прожигают различные материалы.
· Технология лазерной резки
Лазерные резаки плавят, сжигают или испаряют материалы, излучая высокоэнергетический узкий световой луч. Этот метод идеально подходит для гравировки узоров или формирования из стали цельного произведения искусства. Лазерная резка предлагает такие преимущества, как экстремальный состав и высокое качество отделки.
· Технология кислородной резки
Для резки и плавления материалов при этом виде обработки используется комбинация кислорода и топливного газа. Поскольку молекулы пропана, водорода, бензина или ацетилена чрезвычайно огнеопасны, их обычно используют в этом процессе.
· Технология плазменной резки
Этот инструмент работает, создавая электрическую дугу из потока плазмы. В результате инертные газы превращаются в плазму. Конечно, при работе с плазмой она может стать очень горячей на ощупь.
Технология эрозионной обработки
Хотя инструменты для обжига используют тепло для удаления лишнего материала, эрозионные машины используют электричество или воду для удаления материала с заготовки.
· Технология гидроабразивной резки
Водоструйные резаки используют струю воды под высоким давлением для разрезания различных материалов. Чтобы разложить материалы быстрее, чем когда-либо прежде, просто добавьте абразивную крошку в струю воды. Гидроабразивные резаки обычно используются для обработки материалов, которые были деформированы или повреждены в результате воздействия тепла.
· Технология электроэрозионной обработки
Для создания крошечных кратеров используются электроэрозионные инструменты для разряда электрических дуг. Это повышает скорость «полных резов». Электроэрозионная обработка также применяется в приложениях, где требуются сложные формы.
Электроэрозионные станки также можно использовать для резки сложных материалов. Инструменты для электроэрозионной обработки ограничивают количество ферросплавов за счет использования основного материала для проведения электричества.
Методы обработки металлов
- Поворот
- Фрезерование
- Дробление:
- Сверление
- Бурение
- Распиловка
- Протяжные
- ECM/EDM
Поворот
Токарная обработка — самая простая операция на станке, включающая прочное зажатие заготовки на вращающейся пластине или оправке. Режущий инструмент удерживается напротив заготовки в приспособлении, установленном на подвижном салазке, пока она вращается. Салазки можно перемещать вверх и вниз по длине заготовки, а также приближать и удалять от центральной линии. Эти простые методы обработки идеально подходят для эффективного удаления большого количества материала. Сверло, установленное на задней бабке, также может сверлить точные отверстия по центральной линии заготовки.
На внешнем круге круглого объекта используются токарные станки для создания концентрических форм. На токарном станке изготавливаются многие круглые или круглые детали, включая пазы, кольцевые канавки, ступенчатые выступы, внутреннюю и внешнюю резьбу, цилиндры и валы. Они также могут создавать особенно гладкую и однородную поверхность.
Фрезерование
Фрезерование отличается от токарной обработки тем, что заготовка остается неподвижной, пока режущий инструмент вращается на шпинделе. В большинстве случаев заготовка удерживается горизонтально в тисках, которые перемещаются в направлениях X и Y. Шпиндель перемещается по осям X, Y и Z и оснащен различными режущими инструментами.
Фреза может сверлить отверстия и отверстия, но лучше всего она удаляет заготовку из более сложных и асимметричных деталей. Фрезы используются для изготовления квадратных/плоских граней, выемок, фасок, каналов, профилей, шпоночных пазов и других элементов, зависящих от угла. Большинство операций на станках с ЧПУ выполняются путем совместного фрезерования и токарной обработки. Смазочно-охлаждающая жидкость используется для охлаждения заготовки и режущего инструмента, их смазки и удаления металлических частиц во всех операциях обработки металлов.
Дробление:
Шлифование — это процесс механической обработки, который включает в себя удаление небольшого количества материала с заготовки с помощью абразивного вращающегося круга для достижения идеальной отделки. Шлифование также можно использовать для текстурирования объекта или выполнения легких надрезов.
· Плоское шлифование
Во многих случаях очень гладкая поверхность металлических предметов имеет решающее значение, и лучший способ добиться этого — использовать шлифовальную машину. Шлифмашина представляет собой вращающийся диск, покрытый крупнозернистым абразивом. Заготовка устанавливается на столе и либо перемещается вперед и назад под абразивным кругом, либо удерживается неподвижно во время вращения круга. Естественно, эту процедуру можно использовать только на лицах, которым не мешают выступающие из поверхности выступы.
В зависимости от шлифуемого материала используются различные типы абразивов. Поскольку тепло и механическое напряжение процесса шлифования могут повредить заготовку, важно контролировать скорость и температуру инструмента.
· Круглое шлифование
В этом процессе используются шлифование поверхности и токарная обработка. Круглый или цилиндрический шлифовальный круг обычно вращается по поверхности заготовки, пока она неподвижна. Как на внутренних, так и на внешних диаметрах цилиндрические шлифовальные станки могут использоваться по всей длине детали или на частичных глубинах.
Преимущество этой процедуры заключается в получении чрезвычайно точных и точных допусков с очень гладкой текстурой поверхности.
· Оптическое шлифование
В этом процессе используются шлифование поверхности и токарная обработка. Круглый или цилиндрический шлифовальный круг обычно вращается по поверхности заготовки, пока она неподвижна. Как на внутренних, так и на внешних диаметрах цилиндрические шлифовальные станки могут использоваться по всей длине детали или на частичных глубинах.
Преимущество этой процедуры заключается в получении чрезвычайно точных и точных допусков с очень гладкой текстурой поверхности.
Сверление
Растачивание – это процесс расширения уже просверленных или отлитых отверстий. Линейное растачивание (один из обоих концов поддерживается расточной оправкой), обратное растачивание (расточка отверстия в задней половине заготовки) и токарное растачивание — все это примеры растачивания (увеличение отверстия с помощью одноточечного режущего инструмента для создания конические или квадратные отверстия)
Растачивание также можно назвать методом увеличения ранее прорезанных отверстий в заготовке. Для изготовления первых отверстий можно использовать сверление. При растачивании, в отличие от сверления, используется одноточечный режущий инструмент.
Бурение
Сверление — это метод обработки, при котором сверла используются для создания цилиндрических отверстий в твердых материалах; это один из важнейших методов обработки, поскольку созданные отверстия часто используются для облегчения сборки. Чаще всего используются сверлильные станки, но также могут использоваться токарные станки. Сверление — это этап предварительной обработки в большинстве производственных операций, в результате которого получаются готовые отверстия, которые затем подвергаются нарезанию резьбы, рассверливанию, растачиванию или иным образом модифицируются для получения резьбовых отверстий или приведения размеров отверстий в допустимые пределы. Сверла обычно вырезают отверстия большего размера, чем их номинальный размер, и отверстия, которые не обязательно являются прямыми или круглыми из-за гибкости сверла и его стремления искать путь наименьшего сопротивления. В результате сверление обычно указывается как меньшего размера, а механическая обработка позволяет получить отверстие до его окончательного размера.
Используемые сверла имели две спиральные канавки, идущие вверх по валу. «Канализация» выводит куски или стружку из отверстия, когда сверло входит в материал. Для каждого типа материала существует рекомендуемая скорость сверления и подача.
Распиловка
Металлы обычно распиливают с помощью отрезных станков для получения более коротких отрезков из прутков, экструдированных форм и других материалов. Ленточные пилы, как вертикальные, так и горизонтальные, долбят материал непрерывными петлями зубчатых лент. Скорость ленты варьируется в зависимости от материала, некоторые высокотемпературные сплавы требуют вялых 30 футов в минуту, а более мягкие материалы, такие как алюминий, требуют 1000 футов в минуту или больше. Электрические ножовки, абразивные круговые пилы и циркулярные пилы являются примерами других отрезных станков.
Лазерная гравировка
Лазерная гравировка лучше всего подходит для высокоточной маркировки или маркировки, поскольку она использует лазерную технологию для постоянной маркировки, гибкости, быстрого цикла и интеграции в производственную линию. Это недорогой метод маркировки металлических изделий.
Лазерная технология позволяет выполнять точную штамповку металла посредством лазерной гравировки. Маркировка металлических изделий соответствующими серийными номерами, идентификационными кодами, торговыми марками и номерами моделей может быть выполнена с точностью и единообразием с помощью точной штамповки металла. Использование лазерных технологий произведет впечатление на ваших клиентов и инвесторов.
Протяжные
Протяжка используется, среди прочего, для изготовления квадратных отверстий, шпоночных и шлицевых отверстий. Протяжка состоит из нескольких зубов, расположенных в виде напильника, причем каждый зуб немного больше предыдущего. Протяжка делает серию более глубоких надрезов, когда ее протягивают или проталкивают через подготовленное направляющее отверстие (или за пределы поверхности). Вертикальные прессы часто используются для протяжки с нажимом. Протягивание обычно выполняется с помощью вертикальных или горизонтальных устройств, которые обычно имеют гидравлический привод. Скорость резки высокопрочных металлов варьируется от 5 до 50 футов в минуту для более мягких металлов.
ECM/EDM
· ECM
Электрохимическая обработка — это тип обратного гальванопокрытия, в результате которого получаются отверстия без заусенцев с превосходным качеством поверхности. Заготовка не подвергается термическому давлению, поскольку это метод холодной обработки.
· EDM
Это немеханические методы удаления материалов, основанные на использовании коррозийных искр или химикатов. Электроэрозионная обработка включает в себя отправку искры от электрода на поверхность проводящей заготовки через диэлектрическую жидкость. С помощью этой технологии можно изготавливать отверстия малого диаметра, полости матрицы и другие мелкие детали. На скорость разряда влияют не твердость, а термические характеристики и проводимость металла.
При выборе режущего инструмента для станков с ЧПУ следует учитывать факторы.
Материал и особенности заготовки
Материал заготовки оказывает большое влияние на выбор инструмента. Отливки из алюминия, ковкого чугуна и серого чугуна являются наиболее часто обрабатываемыми материалами на Stecker Machine. Для каждого материала у нас есть любимые режущие инструменты для обработки металла с ЧПУ. Инженеры предпочитают начинать с проверенных стандартизированных инструментов, что снижает риски, объемы инвентаря и расходы.
Сверла, фрезы и метчики используются для обработки различных деталей, а стандартный инструмент доступен для каждого типа инструмента и материала. Например, компания Stecker предлагает три основные фрезы с квадратным уступом 90°: одну для резки алюминия, одну для обработки ковкого чугуна и одну для обработки серого чугуна. Алюминий обладает самой высокой обрабатываемостью среди этих материалов, поэтому алюминиевые инструменты имеют более высокие стандарты поверхности в футах в минуту (SFM), что позволяет им работать быстрее.
Объем производства
Как правило, для крупносерийных проектов требуются специализированные высококачественные режущие инструменты, тогда как для мелкосерийных проектов требуется более экономичный инструмент. Все сводится к экономии за счет масштаба: огромный объем производимых компонентов оправдывает высокую стоимость высококачественных инструментов для конкретных функций.
Возможности для комбинаций
При обработке на станках с ЧПУ многофункциональные инструменты могут сэкономить много денег и времени. Когда одним инструментом может быть выполнено несколько операций — три, четыре и более — продолжительность цикла увеличивается, а время смены инструмента уменьшается.
Например, хорошо спроектированный вставной комбинированный инструмент может сверлить и снимать фаски тремя различными способами, выполняя работу за один проход одним инструментом, а не за шесть (и шесть проходов). Да, этот изготовленный на заказ многофункциональный инструмент может обойтись вам в 3,000 долларов, но экономия быстро накапливается, чтобы покрыть цену, особенно в крупномасштабном проекте.
Производительность машин
Большинство режущих инструментов совместимы со станками с ЧПУ. Однако это не всегда означает, что эти машины наиболее эффективны. Инженеры и операторы понимают, что машина более высокой мощности (с большей конусностью) позволяет им использовать многофункциональные комбинированные инструменты.
Отливки меньшего размера не требуют использования подъемников для их перемещения, тогда как отливки большего размера должны. Действительно, разработка приспособления, которое может одновременно работать с двумя или тремя крошечными компонентами на более крупной машине, может обеспечить потенциал для повышения эффективности. Это иллюстрация того, что огромная машина не всегда подразумевает массивное литье.
Материал инструмента
Один и тот же режущий инструмент может быть изготовлен из разных материалов, некоторые из которых более долговечны (и, следовательно, более дороги), чем другие.
Твердый сплав — это чрезвычайно прочный материал режущего инструмента. С другой стороны, инструмент с наконечником из PCD обеспечивает другой уровень долговечности. Самым твердым режущим инструментом является PCD, или поликристаллический алмаз, который создается путем спекания частиц алмаза с металлической связкой.
Сверлильный инструмент с напайкой из PCD имеет срок службы примерно в 4 раза выше, чем у твердосплавного инструмента (2,500 штук против 10,000 25), но он также может работать на 180% быстрее. Разница в стоимости между ними (около 960 долларов США за твердый сплав против XNUMX долларов США за PCD) компенсируется разницей в производстве (более высокая скорость шпинделя, дополнительная скорость подачи, а также экономия на трудозатратах, настройке и других аспектах).
Стратегии
Инженеры обычно разрабатывают наилучший сценарий (лучшие инструменты, агрессивное время цикла, высококачественные приспособления) и сценарий «План Б» при определении того, как новый проект будет завершен в цехе (менее дорогие инструменты, менее мощные машины и т. д.). Возникает соблазн снизить затраты, выбрав менее затратное решение, но это обычно означает, что страдает инструмент.
Недостаток этого аргумента заключается в том, что он не учитывает потенциальные проблемы с инструментами, которые не только стоят столько же, сколько первоначальный лучший сценарий, но и добавляют к проекту стоимость потерянного времени.
Опыт бесценен
В некоторых предприятиях, производящих станки с ЧПУ, работают более знающие сотрудники, чем в других. Ничто не может сравниться со знаниями, накопленными за десятилетия успешных проектов станков с ЧПУ. Эти лидеры имеют опыт управления проектами от замысла до завершения, у них есть необходимые процессы, а также множество необходимых инструментов.
Итак, как новичку попасть в опытный цех станков с ЧПУ? В конце концов, даже самые лучшие программы и тренинги по станкам с ЧПУ в высшем образовании не учат выбору инструмента. В данном случае это пример племенного знания: навык, передаваемый от инженера к инженеру, как правило, в цехах станков с ЧПУ высокого класса.
Резюме
Теперь вы лучше понимаете различные типы обработки и связанные с ней процессы. Механическая обработка предполагает использование различного оборудования и процессов, в зависимости от используемой заготовки или материала, а также желаемого результата продукта. В процессе механической обработки можно использовать механические, абразивные, термические или химические способы удаления материала для достижения наилучшего дизайна и характеристик изделия.
Понимание металлообработки поможет вам спланировать, являетесь ли вы начинающим предпринимателем или тем, кто хочет производить и поставлять металлические детали для автомобильной, электронной и других отраслей промышленности. Хотя здесь нужно многому научиться, общение с профессионалом в области металлообработки может помочь вам достичь ваших целей.
