Beskrivning
Metallbearbetning har utvecklats från traditionell manuell metallskärning till mikrobearbetning med laser. Maskinbearbetning är en bred term som hänvisar till ett brett spektrum av processer och tekniker som används i produktion.
Att lära sig grunderna i metallbearbetning är viktigt för nya företagare och blivande leverantörer av metalldelar. Material avlägsnas från ett arbetsstycke under bearbetningsprocessen. Metall formas till önskad design med hjälp av elverktyg för att tillverka metalldelar eller komponenter i en mängd olika tillämpningar. Bearbetning kan också utföras på vilken befintlig del som helst, såsom smide eller investeringsgjutning.
I den här artikeln får du lära dig mer om metallbearbetningsprocessen så att du kan använda den för att välja de bästa tillverkningsprocedurerna för dina produkter och tillgodose dina kunders behov och preferenser.
Vad är Metallbearbetning
Metallbearbetning är en industriell teknik för att tillverka metallkomponenter, verktyg och maskiner. Det innebär ett antal steg för att producera rätt form, håldiameter, storlek, textur och finish på slutprodukten.
Dessutom ingår användning av maskinverktyg för att forma ett arbetsstycke till en specifik form. Under tillverkningsprocessen kräver de flesta, om inte alla, komponenter och metallföremål någon form av bearbetning. Andra material, såsom plast, gummi, trä och pappersprodukter, bearbetas ofta.
Typer av bearbetningsteknik
Brännande bearbetningsteknik
Tänk om vi berättade för dig att det finns flera olika former av brännbearbetningsteknik? Bränn- och svetsmaskiner används för att värma upp arbetsstycket för att forma det. De är kända för att bränna igenom olika material.
· Laserskärningsteknik
Laserskärare smälter, bränner eller avdunstar material genom att avge en högenergisk, smal ljusstråle. Denna metod är idealisk för att etsa mönster eller forma stål till ett solitt konstverk. Laserskärning erbjuder fördelar som extrem komposition och högkvalitativa ytbehandlingar.
· Oxyfuel-skärteknik
För att skära och smälta bort material använder denna typ av bearbetning en kombination av syre och bränslegas. Eftersom propan-, väte-, bensin- eller acetylenmolekyler är extremt brandfarliga används de vanligtvis i denna process.
· Plasmaskärningsteknik
Detta verktyg fungerar genom att avfyra ett plasmaflöde i en elektrisk båge. Som ett resultat omvandlas inerta gaser till plasma. Naturligtvis kan plasma bli extremt varmt vid beröring.
Erosionsbearbetningsteknik
Även om brinnande verktyg använder värme för att avlägsna överskottsmaterial, använder erosionsmaskiner elektricitet eller vatten för att avlägsna material från arbetsstycket.
· Vattenstråleskärningsteknik
Vattenskärare använder en högtrycksvattenstråle för att skära igenom en mängd olika material. För att bryta ner material snabbare än någonsin tidigare, blanda helt enkelt någon form av slipmedel i vattenstrålen. Vattenskärare används vanligtvis på material som har deformerats eller skadats till följd av värmeexponering.
· Elektrisk urladdningsbearbetningsteknik
För att skapa små kratrar används urladdningsbearbetningsverktyg för att urladda elektriska bågar. Detta förbättrar hastigheten på "fullständiga snitt". Urladdningsbearbetning används också i applikationer som kräver komplexa former.
Elektriska urladdningsbearbetningsverktyg kan också användas för att skära igenom svåra material. Elektriska urladdningsbearbetningsverktyg begränsar antalet järnlegeringar genom att använda ett basmaterial för att leda elektricitet.
Metallbearbetningstekniker
- Vrida
- Fräsning
- Slipning
- Boring
- Borrning
- Sågning
- Bruten
- ECM/EDM
Vrida
Svarvning är den enklaste maskinoperationen, inklusive att fastspänna ett arbetsstycke ordentligt på en roterande platta eller dorn. Skärverktyget hålls mot arbetsstycket i en fixtur monterad på en rörlig slid medan det roterar. Sliden kan flyttas upp och ner längs arbetsstyckets längd samt närmare och längre bort från mittlinjen. Dessa enkla bearbetningsmetoder är perfekta för att effektivt avlägsna stora mängder material. En borrkrona monterad på dubbdockan kan också borra exakta hål längs arbetsstyckets mittlinje.
På den yttre cirkeln av ett runt föremål används svarvar för att skapa koncentriska former. Många runda eller cirkulära detaljer tillverkas i en svarv, inklusive spår, ringspår, stegade skuldror, inre och utre gängor, cylindrar och axlar. De kan också generera ytfinisher som är anmärkningsvärt släta och homogena.
Fräsning
Fräsning skiljer sig från svarvning genom att arbetsstycket förblir stilla medan skärverktyget roterar på en spindel. I de flesta fall hålls arbetsstycket horisontellt i ett maskinskruvstycke som rör sig i X- och Y-riktningarna. Spindeln rör sig i X-, Y- och Z-axlarna och bär en mängd olika skärverktyg.
En fräs kan borra hål och hål, men den är bäst på att ta bort material från mer komplexa och asymmetriska delar. Fräsar används för att tillverka fyrkantiga/platta ytor, skåror, fasningar, kanaler, profiler, kilspår och andra funktioner som är vinkelberoende. Majoriteten av CNC-maskinoperationer utförs genom att fräsa och svarva tillsammans. Skärvätska används för att kyla arbetsstycket och skärverktyget, smörja det och spola bort metallpartiklar i alla metallbearbetningsoperationer.
Slipning
Slipning är en bearbetningsprocess som innebär att man avlägsnar en liten mängd material från ett arbetsstycke med en slipande svarvskiva för att uppnå en fin yta. Slipning kan också användas för att texturera föremålet eller göra lätta snitt.
· Ytslipning
För många tillämpningar är en mycket slät yta på metallföremål avgörande, och den bästa metoden för att uppnå detta är med en slipmaskin. Slipmaskinen består av en roterande skiva täckt med grovt slipmedel. Arbetsstycket monteras på ett bord och flyttas antingen fram och tillbaka i sidled under slipskivan eller hålls stilla medan skivan roterar. Naturligtvis kan denna procedur endast användas på ytor som inte blockeras av utskjutande delar som sticker ut från ytan.
Beroende på vilket material som slipas används olika typer av slipmedel. Eftersom värmen och den mekaniska påfrestningen från slipningsprocessen kan skada arbetsstycket är det viktigt att hålla verktygets hastighet och temperatur under kontroll.
· Cylindrisk slipning
I denna process används ytslipning och svarvning. En cirkulär eller cylindrisk slipskiva snurras normalt mot arbetsstyckets yta medan den hålls stilla. Cylindriska slipmaskiner kan användas längs hela arbetsstyckets längd eller på delvisa djup.
Denna procedur har fördelen att den producerar extremt exakta och exakta toleranser med en mycket jämn ytstruktur.
· Optisk slipning
I denna process används ytslipning och svarvning. En cirkulär eller cylindrisk slipskiva snurras normalt mot arbetsstyckets yta medan den hålls stilla. Cylindriska slipmaskiner kan användas längs hela arbetsstyckets längd eller på delvisa djup.
Denna procedur har fördelen att den producerar extremt exakta och exakta toleranser med en mycket jämn ytstruktur.
Boring
Borrning är processen att expandera redan borrade eller gjutna hål. Linjeborrning (en av båda ändarna stödd av en svarvstång), bakborrning (borrning av ett hål i den bakre halvan av arbetsstycket) och svarvborrning är alla exempel på borrning (förstoring av ett hål med ett enpunktsskärverktyg för att skapa koniska eller fyrkantiga hål).
Borrning kan också betecknas som en metod för att förstora tidigare skurna hål i ett arbetsstycke. Borrning kan användas för att göra de första hålen. Borrning, till skillnad från borrning, använder ett enpunktsskärande instrument.
Borrning
Borrning är en bearbetningsmetod som använder borrkronor för att skapa cylindriska hål i solida material; det är en av de viktigaste bearbetningsteknikerna eftersom de skapade hålen ofta används för att underlätta montering. Borrpressar används oftast, men svarvar kan också användas. Borrning är en förbehandlingsfas i de flesta tillverkningsoperationer som resulterar i färdiga hål som sedan gängas, brotschas, borras eller på annat sätt modifieras för att producera gängade hål eller få håldimensioner inom acceptabla toleranser. Borrkronor skär i allmänhet hål större än sin nominella storlek och hål som inte nödvändigtvis är raka eller runda på grund av borrkronans flexibilitet och önskan att söka minsta motståndets väg. Som ett resultat specificeras borrning vanligtvis underdimensionerad, med bearbetning för att få hålet till sin slutliga storlek.
Borrkronorna som användes hade två spiralformade spår som löpte upp längs skaftet. "Rillorna" transporterar bitarna, eller spånorna, ut ur hålet när borrkronan går in i materialet. Varje materialtyp har en rekommenderad borrhastighet och matning.
Sågning
Metaller sågas vanligtvis med kapmaskiner för att göra kortare längder från stänger, extruderade former och andra material. Bandsågar, både vertikala och horisontella, mejslar bort materialet med kontinuerliga öglor av tandade band. Bandets hastighet varierar beroende på materialet, där vissa högtemperaturlegeringar kräver långsamma 30 fot/min och mjukare material som aluminium kräver 1000 fot/min eller mer. Elektriska hacksågar, sliphjulssågar och cirkelsågar är exempel på andra kapmaskiner.
Lasergrave
Lasergravering är bäst för högprecisionsmärkning eller märkning, eftersom den använder laserteknik för permanent märkning, flexibilitet, snabba cykeltider och integration med produktionslinjer. Det är en billig metod för att märka metallföremål.
Laserteknik möjliggör precisionsprägling av metall via lasergravering. Märkning av metallprodukter med lämpliga serienummer, identitetskoder, varumärken och modellnummer kan göras med precision och enhetlighet med hjälp av precisionsprägling av metall. Användning av laserteknik kommer att imponera på dina kunder och investerare.
Bruten
Brotschning används för att bland annat göra fyrkantiga hål, kilspår och splineshål. Brotschen består av flera tänder som är placerade i ett filliknande mönster, där varje tand är något större än den föregående. Brotschen gör en serie djupare snitt när den dras eller trycks genom ett förberett ledarhål (eller bortom en yta). Vertikala pressmaskiner används ofta för tryckbrotschning. Dragbrotschning utförs vanligtvis med vertikala eller horisontella anordningar som vanligtvis är hydrauliskt drivna. Skärhastigheterna för höghållfasta metaller varierar från 5 till 50 fpm för mjukare metaller.
ECM/EDM
· ECM
Elektrokemisk bearbetning är en typ av omvänd elektroplätering som resulterar i gradfria hål med utmärkt ytfinish. Arbetsstycket utsätts inte för något termiskt tryck eftersom det är en kallbearbetningsteknik.
· EDM
Dessa är icke-mekaniska materialborttagningsmetoder som förlitar sig på frätande gnistor eller kemikalier. Elektrisk urladdningsbearbetning innebär att en gnista skickas från en elektrod till ytan av ett ledande arbetsstycke genom en dielektrisk vätska. Hål med liten diameter, formhåligheter och andra fina egenskaper kan tillverkas med denna teknik. Metallens termiska egenskaper och konduktivitet, snarare än hårdhet, påverkar urladdningshastigheten.
När man väljer CNC-maskiner för skärning finns det faktorer att beakta
Material och egenskaper hos arbetsstycket
Arbetsstyckets material har stor inverkan på verktygsvalet. Aluminium, segjärn och gråjärnsgjutgods är de mest bearbetade materialen hos Stecker Machine. För varje material har vi favoritverktyg för CNC-bearbetning av metallskärande material. Ingenjörer gillar att börja med beprövade standardiserade verktyg, vilket minskar risker, lager och kostnader.
Borrar, fräsar och gängtappar används för att bearbeta olika funktioner, och standardverktyg finns tillgängliga för varje verktygstyp och material. Stecker erbjuder till exempel tre grundläggande 90° fyrkantiga planfräsar: en för skärning av aluminium, en för bearbetning av segjärn och en för bearbetning av gråjärn. Aluminium har den högsta bearbetbarheten av dessa material, vilket gör att aluminiumverktyg har högre standarder för ytfot per minut (SFM), vilket gör att de kan arbeta snabbare.
Produktionsvolym
Generellt sett kräver projekt med hög volym specialiserade, avancerade skärverktyg, medan projekt med låg volym använder mer ekonomiska verktyg. Allt handlar om skalfördelar, där den enorma volymen komponenter som ska produceras motiverar den dyra kostnaden för avancerade, funktionsspecifika verktyg.
Möjligheter för kombinationer
Vid CNC-bearbetning kan verktyg med flera funktioner spara mycket pengar och tid. När flera operationer – tre, fyra eller fler – kan utföras av ett enda verktyg ökar cykeltiden medan tiden för verktygsbyte minskar.
Till exempel kan ett välkonstruerat insatsverktyg borra och fasa på tre olika sätt, vilket gör att arbetet slutförs i ett svep med ett verktyg istället för sex (och sex svep). Visst, det specialtillverkade multifunktionsverktyget kan kosta dig 3 000 dollar, men besparingarna hopar sig snabbt och täcker priset, särskilt vid projekt med hög volym.
Maskinernas kapacitet
De flesta skärverktyg är kompatibla med CNC-maskiner. Detta innebär dock inte alltid att dessa maskiner är de mest effektiva. Ingenjörer och operatörer förstår att en maskin med högre hästkrafter (med större kona) gör det möjligt för dem att använda multifunktionella kombinationsverktyg.
Mindre gjutgods kräver inte användning av lyftanordningar för att flytta dem, medan större gjutgods måste. Att utveckla en fixtur som kan köra två eller tre små komponenter samtidigt på en större maskin kan ge potential för ökad effektivitet. Detta är ett exempel på hur en enorm maskin inte alltid innebär massivt gjutgods.
Verktygets material
Samma skärverktyg kan tillverkas av en mängd olika material, av vilka vissa är mer hållbara (och därför dyrare) än andra.
Solid hårdmetall är ett skärverktygsmaterial som är extremt hållbart. Ett PCD-belagt verktyg uppnår däremot en annan nivå av hållbarhet. Det hårdaste nuvarande skärverktyget är PCD, eller polykristallin diamant, som skapas genom att sintra diamantpartiklar med ett metalliskt bindemedel.
Ett PCD-belagt borrverktyg har en livslängd på cirka 4 gånger så lång som ett solidt hårdmetallverktyg (2 500 bitar mot 10 000), men det kan också arbeta 25 % snabbare. Kostnadsskillnaden mellan de två (cirka 180 dollar för hårdmetall mot 960 dollar för PCD) motverkas av skillnaden i produktion (högre spindelhastighet, extra matningshastighet OCH arbetskraft, uppställning och andra besparingar).
Strategi
Ingenjörer utformar ofta ett bästa tänkbara scenario (bästa verktyg, aggressiva cykeltider, avancerad fixturering) och ett "plan B"-scenario när de bestämmer hur ett nytt projekt ska slutföras i verkstaden (billigare verktyg, mindre kraftfulla maskiner etc.). Frestelsen är att hålla nere kostnaderna genom att välja en billigare lösning, men detta innebär vanligtvis att verktygen blir lidande.
Bristen i det argumentet är att det inte tar hänsyn till potentiella verktygsproblem, vilka inte bara kostar lika mycket som i det initiala bästa tänkbara scenariot, utan också ökar kostnaden för bortkastad tid i projektet.
Erfarenhet är ovärderlig
Vissa CNC-maskinföretag har mer kunniga anställda än andra. Ingenting kan mäta sig med den kunskap som samlats in under årtionden av framgångsrika CNC-maskinprojekt. Dessa ledande aktörer har erfarenhet av att hantera projekt från idé till färdigställande, och de har de nödvändiga processerna på plats såväl som många av de nödvändiga verktygen.
Så, hur kommer en nykomling in i en erfaren CNC-verkstad? Trots allt lär inte ens de bästa CNC-programmen och utbildningarna på högre nivå ut verktygsval. Det är ett exempel på stamkunskap i det här fallet: färdigheter som förs vidare från ingenjör till ingenjör, vanligtvis i avancerade CNC-verkstäder.
Sammanfattning
Du har nu en bättre förståelse för de olika typerna av bearbetning och processer som är inblandade. Bearbetning innebär användning av olika utrustningar och processer, beroende på vilket arbetsstycke eller material som används, samt det önskade produktresultatet. Mekaniska, slipande, termiska eller kemiska metoder för att avlägsna material kan användas i bearbetningsprocessen för att uppnå bästa möjliga produktdesign och egenskaper.
Att förstå metallbearbetning hjälper dig att planera oavsett om du är en nybörjare eller någon som vill tillverka och leverera metalldelar till fordons-, elektronik- och andra industrier. Även om det finns mycket att lära sig kan det hjälpa dig att uppnå dina mål att prata med en professionell metallbearbetningsexpert.
