Kompleksowe usługi w zakresie cięcia metali: obrócenie, wiercenie, nudny, planowanie, poruszanie, i mielenie. Precyzyjna obróbka niestandardowych przemysłowych części metalowych.
Przeszliśmy od ręcznych frezarek i tokarek do pięcioosiowych centrów CNC i produkcji przyrostowej.
Ale przez to wszystko, Sześć procesów pozostało podstawą obróbki metalu: obrócenie, wiercenie, nudny, planowanie, poruszanie, i mielenie.
Każda inna metoda – EDM, laser, waterjet – jest specjalistą. Tych sześciu to generaliści. Opanuj je, i możesz zrobić prawie wszystko.
W tym artykule, Przeprowadzę Cię przez podstawową zasadę każdego procesu, precyzja, jakiej możesz realistycznie oczekiwać, i zastosowania, w których każdy z nich błyszczy.
Podzielę się także z trudem zdobytymi lekcjami z warsztatu — takich rzeczy, których uczysz się dopiero po złomowaniu kilku części.
1. Obrócenie: Podstawowy proces dla komponentów obrotowych
Obrócenie jest jednym z najczęściej stosowanych procesów obróbki skrawaniem przy wytwarzaniu elementów obrotowych.
Podczas toczenia konwencjonalnego, przedmiot obrabiany obraca się, podczas gdy nieruchome narzędzie tnące porusza się wzdłuż kierunku osiowego lub promieniowego w celu usunięcia materiału.
Dzięki temu rozwiązaniu toczenie jest szczególnie efektywne w przypadku wałów, tuleje, rękawy, szpilki, oraz inne elementy o cechach cylindrycznych lub stożkowych.
Zasada działania i wspólne operacje
Narzędzie tnące usuwa materiał z obracającego się przedmiotu obrabianego, aby wytworzyć wymaganą powierzchnię.
Poprzez zmianę geometrii narzędzia i kierunku posuwu, tokarka może wykonać kilka operacji:
- Zewnętrzne obracanie: Tworzy cylindryczne lub schodkowe powierzchnie zewnętrzne.
- Toczenie wewnętrzne: Powiększa lub wykańcza istniejący otwór.
- Okładzina: Tworzy płaską powierzchnię czołową prostopadłą do osi obrotu.
- Toczenie stożkowe: Tworzy powierzchnie stożkowe.
- Rowkowanie i rozstanie: Tworzy rowki lub oddziela komponent od półfabrykatu.
- Gwintowanie: Generuje gwinty wewnętrzne lub zewnętrzne przy użyciu odpowiedniego narzędzia i posuwu synchronicznego.
- Toczenie formy: Wykonuje określone profile za pomocą odpowiednio ukształtowanego narzędzia.
Toczenie można wykonywać na tokarkach konwencjonalnych, Centra tokarskie CNC, i tokarko-frezarki.
Sprzęt CNC jest szczególnie cenny, gdy komponenty mają wiele średnic, rowki, wątki, i precyzyjne funkcje, które muszą utrzymywać spójne relacje.
Kontrola trzymania i dokładności
Sposób mocowania ma bezpośredni wpływ na dokładność toczenia. Trójszczękowy uchwyt samocentrujący zapewnia szybki załadunek i nadaje się do wielu okrągłych elementów.
Niezależny uchwyt z czterema szczękami umożliwia indywidualną regulację szczęk i jest przydatny w przypadku nieregularnych przedmiotów obrabianych lub zastosowań wymagających precyzyjnego ustawienia.
Toczenie międzyosiowe jest często preferowane w przypadku długich wałów, gdy utrzymanie współosiowości wielu sekcji ma kluczowe znaczenie.
Do cienkościennych tulejek lub otworów precyzyjnych, nadmierna siła mocowania może zdeformować obrabiany przedmiot.
W takich przypadkach, odpowiednio zaprojektowany trzpień rozprężny, miękkie szczęki, lub inny układ o rozproszonym mocowaniu może zapewnić lepszą stabilność wymiarową.
Typowa precyzja i zastosowania
Toczenie konwencjonalne zwykle pozwala na osiągnięcie w odpowiednich warunkach stopni tolerancji wymiarowej IT7–IT8.
Precyzyjne toczenie CNC pozwala uzyskać węższe tolerancje, w zależności od maszyny, tworzywo, trzymanie pracy, narzędzie tnące, i sposób kontroli.
Typowe zastosowania obejmują:
- Wały, osie, szpilki, i gwintowane elementy złączne
- Tuleje, rękawy, i gniazda łożyskowe
- Cylindry hydrauliczne i elementy zaworów
- Obracające się części urządzeń i precyzyjne okucia
Toczenie jest zazwyczaj pierwszym wyborem, gdy dominującymi cechami są obroty.
Do elementów o dużych płaskich powierzchniach, otwory poprzeczne, lub złożoną trójwymiarową geometrię, frezowanie lub kombinowana obróbka tokarsko-frezarska może być bardziej wydajna.
Wskazówka dotycząca sklepu:
Nie lekceważ znaczenia geometrii narzędzia. Dodatni kąt natarcia zmniejsza siły skrawania i poprawia wykończenie powierzchni aluminium.
Dla stali, niewielkie ujemne nachylenie może wydłużyć żywotność narzędzia. I zawsze sprawdzaj wysokość środka – przekroczenie kilku tysięcznych spowoduje zwężenie i słabe wykończenie.
2. Wiercenie i wytaczanie: Dwa podstawowe procesy obróbki otworów
Obróbka otworów ma fundamentalne znaczenie w produkcji mechanicznej. Wiercenie i wytaczanie są często stosowane razem, ale służą różnym celom.
Wiercenie przede wszystkim tworzy otwór, podczas wytaczania powiększa i koryguje istniejący otwór, aby poprawić jego rozmiar, geometria, i związek pozycyjny.
Wiercenie: Tworzenie otworów w materiale pełnym
Wiercenie wykorzystuje wiertło obrotowe, powszechnie wiertło kręte, do wytworzenia otworu w materiale pełnym. Wiertło obraca się w trakcie osiowego wnikania w obrabiany przedmiot.
Jest to wydajny proces wytwarzania otworów na śruby, kanały olejowe, otwory montażowe, oraz otwory wstępne do późniejszej obróbki.
Jednakże, wiercenie nie daje automatycznie bardzo dokładnego otworu.
Wiertło może się przemieszczać z powodu nierównych krawędzi skrawających, słabe centrowanie, nachyloną powierzchnię wejściową, niewystarczająca sztywność, lub nierówne siły skrawania. Wraz ze wzrostem głębokości otworu coraz trudniejsze staje się także odprowadzanie wiórów.
W praktycznej produkcji, kilka środków pomaga poprawić wydajność wiercenia:
- W razie potrzeby zwróć się w stronę powierzchni wejściowej lub wypunktuj ją.
- Aby ustalić pozycję wejścia, użyj odpowiedniego wiertła centralnego lub wiertła punktowego.
- Upewnij się, że obie krawędzie tnące są prawidłowo oszlifowane i wyważone.
- Wybierz prawidłową geometrię wiertła, prędkość cięcia, i podawanie materiału.
- Zapewniają skuteczną ewakuację wiórów, szczególnie w przypadku głębokich otworów.
- Jeśli dokładność pozycjonowania wymaga dodatkowej kontroli, należy zastosować przyrząd do wiercenia lub sondę maszynową.
Stopnie precyzji:
Zwykle osiąga się otwory po wierceniu IT10 do IT12 z Ra 12,5–6,3 µm. Otwór może być zbyt duży, poza okrągłą, i nie idealnie proste. Do prac precyzyjnych, wiercenie to tylko pierwszy krok.
Klasyczna sekwencja wiercenia i rozwiercania:
Do otworów wymagających IT7–IT8 i Ra 1,6–0,8 µm, po wierceniu rozwiertakiem. Jeszcze większa precyzja (IT6 i Ra 0.4 µm), użyj wiercenia → wytaczania → rozwiercania, lub wiercenie → szlifowanie wewnętrzne.
Wskazówka dotycząca sklepu:
Wiertło wędrowne jest wrogiem. Zawsze najpierw wykonaj nawiercenie punktowe za pomocą krótkiej wiertarki, sztywne wiertło centrujące. Do głębokich otworów, użyj cyklu wiercenia głębokiego, aby usunąć wióry.
I utrzymuj wiertło ostre – tępe wiertło utwardza powierzchnię i utrudnia późniejszą obróbkę.
Nudny: Poprawianie rozmiaru otworu, Geometria, i Pozycja
Wytaczanie usuwa materiał z wewnętrznej powierzchni istniejącego otworu za pomocą jednopunktowego narzędzia wytaczarskiego lub odpowiedniego systemu wieloostrzowego. Inaczej o wierceniu, zwykle nie tworzy otworu bezpośrednio z materiału stałego.
Wytaczanie jest szczególnie przydatne, gdy otwór musi spełniać rygorystyczne wymagania wymiarowe lub utrzymywać kontrolowany związek z innymi cechami.
Jest szeroko stosowany do obudów silników, pompowanie ciał, przypadki transmisji, ciała zaworów, i inne komponenty zawierające precyzyjne otwory.
Do głównych zalet wytaczania należą:
- Korekta wymiarowa: Dopasowuje istniejący otwór do wymaganej średnicy.
- Poprawa geometryczna: Pomaga kontrolować okrągłość, cylindryczność, i prostolinijność.
- Dokładność pozycji: Ustala otwór względem kontrolowanych punktów odniesienia maszyny lub osprzętu.
- Możliwość zastosowania dużej średnicy: Wykonuje otwory, których bezpośrednie wiercenie jest niepraktyczne.
Stopnie precyzji:
Nudne można osiągnąć IT7 do IT6 I Ra 1,6–0,4 µm. Z pływającą głowicą wytaczającą, możesz utrzymać rozmiar i okrągłość w granicach kilku mikronów. Doskonale nadaje się również do korygowania błędów pozycjonowania powstałych w wyniku wiercenia.
Wskazówka dotycząca sklepu:
Wytaczaki są podatne na ugięcie, zwłaszcza gdy jest zawieszony. Użyj największego paska, który pasuje, ogranicz zwis do minimum, i do wykańczania użyj płytki węglikowej lub cermetalowej o małym promieniu naroża.
Do głębokich otworów, użyj wytaczaka z tłumieniem (antywibracyjny) technologia — to rewolucja.
3. Struganie: Ekonomiczne rozwiązanie dla dużych płaskich powierzchni
Struganie to konwencjonalny proces obróbki, w którym wykorzystuje się względny liniowy ruch posuwisto-zwrotny pomiędzy narzędziem tnącym a przedmiotem obrabianym.
W zależności od konfiguracji maszyny, albo narzędzie, albo przedmiot obrabiany wykonuje główny skok skrawania.
Materiał jest usuwany podczas suwu cięcia, podczas gdy skok powrotny na ogół nie powoduje cięcia.
Chociaż struganie jest mniej powszechne w nowoczesnej produkcji wielkoseryjnej, pozostaje przydatny w przypadku dużych przedmiotów, czynności konserwacyjne, oraz zastosowania, w których dedykowany sprzęt o wysokiej wydajności nie jest uzasadniony.
Zasada działania i wyposażenie
Typowe strugarki obejmują:
- Kształtujący: Narzędzie tnące wykonuje ruch posuwisto-zwrotny na stosunkowo małym przedmiocie obrabianym.
- Strugarka: Przedmiot obrabiany zazwyczaj przemieszcza się pod narzędziem tnącym, dzięki czemu maszyna nadaje się do dużych i ciężkich elementów.
- Sloterzy: Pionowe narzędzie posuwisto-zwrotne wytwarza wewnętrzne rowki wpustowe, szczeliny, oraz niektóre profile wewnętrzne.
Struganie może wytwarzać płaskie powierzchnie, kroki, rowki, i wybrane powierzchnie kątowe.
Jest to szczególnie przydatne, gdy element jest zbyt duży lub niewygodny w ekonomicznej obróbce przy użyciu konwencjonalnego sprzętu frezującego.
Precyzja i ograniczenia procesu
Strugarki mają stosunkowo proste oprzyrządowanie i mogą pomieścić szeroką gamę obrabianych przedmiotów.
Jednakże, ruch posuwisto-zwrotny wprowadza przyspieszanie i zwalnianie, podczas gdy skok powrotny nie usuwa żadnego materiału. Czynniki te ograniczają prędkość skrawania i ogólną produktywność.
Typowe operacje strugania mogą osiągnąć stopnie wymiarowe IT9 – IT11, z lepszymi wynikami możliwymi w sprzyjających warunkach.
Chropowatość powierzchni zwykle mieści się w granicach Ra 1,6–6,3 μm, w zależności od geometrii narzędzia, karmić, tworzywo, i stan maszyny.
Struganie nadaje się do:
- Duże łoża maszynowe i powierzchnie prowadzące
- Ciężkie elementy konstrukcyjne
- Płaskie powierzchnie i proste rowki
- Prace naprawcze i konserwacyjne
- Produkcja jednoczęściowa i małoseryjna
Wskazówka dotycząca sklepu:
Struganie jest powolne i ma jałowy skok powrotny, więc produkcja rzadko jest opłacalna. Ale w przypadku jednorazowego łoża maszynowego, które jest za duże dla młyna, często jest to jedyna opcja.
Upewnij się, że narzędzie jest ostre i skrzynka klapy działa – jeśli narzędzie ciągnie podczas skoku powrotnego, zniszczysz powierzchnię.
4. Broaching: Wysokowydajna obróbka powtarzalnych profili
Przeciąganie to proces obróbki, w którym wykorzystuje się specjalistyczne narzędzie wielozębne zwane przeciągaczem.
Zęby stopniowo zwiększają swoją wysokość, umożliwiając kolejnym zębom usuwanie niewielkich ilości materiału, aż do uzyskania wymaganego profilu.
W przeciwieństwie do konwencjonalnego frezowania lub strugania, co może wymagać kilku przebiegów w celu wygenerowania funkcji, przeciąganie może często zakończyć cały profil jednym pociągnięciem lub ciągłym przejściem.
Zasada pracy
Każdy ząb przeciągacza usuwa kontrolowaną część naddatku na obróbkę.
Pierwsze zęby wykonują zgrubne cięcie, zęby pośrednie usuwają dodatkowy materiał, a ostateczne zęby ustalają gotowe wymiary i powierzchnię.
Przeciąganie można podzielić na dwie główne kategorie:
- Przeciąganie wewnętrzne: Tworzy wewnętrzne rowki wpustowe, Splajny, otwory wielokątne, i inne profile. Przedmiot obrabiany zazwyczaj wymaga wstępnego otworu, przez który może przejść przeciągacz.
- Przeciąganie zewnętrzne: Produkuje profile zewnętrzne, mieszkania, rowki, i złożone kontury na zewnątrz komponentu.
Proces jest szczególnie skuteczny, gdy wymagana geometria powtarza się w dużych partiach produkcyjnych.
Kwestie związane z precyzją i oprzyrządowaniem
Przeciąganie zwykle osiąga stopnie tolerancji IT7 – IT9, z IT7–IT8 osiągalne dla odpowiednich zastosowań i dobrze kontrolowanych narzędzi.
Możliwa jest chropowatość powierzchni w okolicach Ra 0,4–1,6 μm, w zależności od materiału, projekt narzędzia, i warunki procesu.
Jego główną zaletą jest powtarzalność. Raz przeciągnięcie, osprzęt, a parametry maszyny są prawidłowo ustalone, proces ten może zapewnić spójne wymiary przy stosunkowo krótkich czasach cyklu.
Jednakże, broszki są drogie, a każde narzędzie jest zaprojektowane dla określonego profilu i wymagań wymiarowych.
Projekt narzędzia, produkcja, konserwacja, dlatego też podczas planowania procesu należy uwzględnić koszty wymiany.
Powszechnie stosuje się przeciąganie:
- Wypusty wewnętrzne i zewnętrzne
- Rowki wpustowe i otwory wielokątne
- Części przekładniowe i samochodowe
- Powtarzalna produkcja profili precyzyjnych
- Komponenty wymagające spójnej geometrii w dużych partiach
Wskazówka dotycząca sklepu:
Przeciąganie jest kosztowne, ponieważ narzędzie jest wykonywane na zamówienie dla każdego profilu. Ma to sens tylko w przypadku produkcji na dużą skalę (tysiące części).
Jeśli potrzebujesz rowka wpustowego w jednorazowym wale, użyj szczelinomierza lub przeciągacza na tokarce – jest to wolniejsze, ale znacznie tańsze.
5. Przemiał: Najbardziej wszechstronny proces cięcia metalu
Przemiał jest jednym z najczęściej stosowanych procesów we współczesnej produkcji. Obrotowy frez wieloostrzowy usuwa materiał, podczas gdy obrabiany przedmiot lub stół maszyny zapewnia wymagany ruch posuwu.
Na centrach obróbczych CNC, skoordynowany ruch w wielu osiach umożliwia produkcję złożonych powierzchni i geometrii.
Frezowanie nadaje się do szerokiej gamy materiałów, w tym stopy aluminium, stal nierdzewna, stal ze stopu, tytan, mosiądz, i inżynieryjne tworzywa sztuczne.
Jednakże, geometria narzędzia, Parametry cięcia, trzymanie pracy, i strategię podawania chłodziwa należy dostosować do materiału.
Typowe operacje frezowania
Frezowanie może dać szeroką gamę funkcji:
- Frezowanie czołowe: Tworzy płaskie powierzchnie prostopadłe do osi frezu.
- Frezowanie obwodowe: Wykorzystuje obwód frezu do obróbki powierzchni i szczelin.
- Frezowanie końcowe: Tworzy kieszenie, plecy, profile, i wąskie cechy.
- Frezowanie rowków: Tworzy rowki wpustowe, Rowki T, i inne rowki przy użyciu odpowiednich frezów.
- Frezowanie profilowe: Podąża za określonym konturem, aby wygenerować geometrię dwuwymiarową lub trójwymiarową.
- Frezowanie zagłębień: Usuwa materiał z kieszeni i skomplikowanych elementów wewnętrznych.
- Frezowanie gwintów: Generuje gwinty wewnętrzne lub zewnętrzne przy użyciu odpowiedniej ścieżki narzędzia frezującego.
Nowoczesne centra obróbcze CNC mogą łączyć te operacje w jednym ustawieniu, redukując obsługę i pomagając utrzymać relacje pozycyjne między funkcjami.
Frezowanie konwencjonalne, Frezowanie wspinaczkowe, i zaangażowanie narzędzi
Przy frezowaniu konwencjonalnym, znane również jako frezowanie w górę, grubość wióra wzrasta od w przybliżeniu zera do maksimum, gdy krawędź skrawająca wchodzi w obrabiany przedmiot.
Podczas frezowania współbieżnego, lub frezowanie współbieżne, Grubość wióra zwykle zaczyna się od maksimum i maleje do zera.
Frezowanie współbieżne często zapewnia lepsze wykończenie powierzchni i może zmniejszyć tarcie w odpowiednich warunkach.
Jest powszechnie preferowany na nowoczesnych maszynach CNC ze skuteczną kontrolą luzów i odpowiednią sztywnością.
Jednakże, frezowanie współbieżne nie jest automatycznie najlepszym wyborem dla każdej konfiguracji. Stan maszyny, sztywność przedmiotu obrabianego, skala lub stan powierzchni, włączenie noża, i stabilność osprzętu muszą być brane pod uwagę.
Typowa precyzja i zastosowania
Frezowanie konwencjonalne zwykle pozwala uzyskać stopnie IT8 – IT10, podczas gdy kontrolowane operacje frezowania i wykańczania CNC mogą osiągnąć tolerancje IT7 lub węższe w przypadku odpowiednich funkcji.
Chropowatość powierzchni w okolicach Ra 1,6–3,2 μm jest powszechna w wielu zastosowaniach wykończeniowych, chociaż możliwe są lepsze wykończenia.
Frezowanie jest szeroko stosowane:
- Płaskie powierzchnie, kroki, i powierzchnie montażowe
- Kieszenie, szczeliny, i złożone ubytki
- Elementy form i matryc
- Precyzyjne obudowy i wsporniki
- Silnik, pompa, i elementy zaworów
- Komponenty wielostronne wymagające obróbki CNC
Jego największą zaletą jest wszechstronność. Gdy komponent zawiera kilka różnych funkcji, Frezowanie CNC pozwala często połączyć je w kontrolowaną sekwencję, ograniczając zmiany konfiguracji i poprawiając ogólną wydajność produkcji.
Wskazówka dotycząca sklepu:
Sztywność jest wszystkim. Narzędzie powinno być możliwie najkrótsze, użyj frezu o największej średnicy, który pasuje do danej funkcji, i nie oszczędzaj na trzymaniu pracy.
Widziałem więcej problemów z drganiami rozwiązanych poprzez ulepszenie mocowania niż przez wymianę frezu.
Ostatnie przemyślenia: Właściwe narzędzie do właściwej pracy
Nie ma „najlepszego” procesu skrawania metalu. Jest tylko ten najbardziej odpowiedni. Wał należy obrócić, nie frezowane. Precyzyjny otwór powinien być wytaczany, nie wiercone.
Należy przełamać złożony rowek wpustowy z tysiąca części, nie frezowane. Jeśli nie masz wystarczająco dużego młyna, należy strugać jednorazowe łoże maszynowe.
Doświadczony mechanik wie, że wybór dotyczy wyważenia geometria, precyzja, tom, i koszt.
Na frezarce nie można wykonać części cylindrycznej tak efektywnie, jak na tokarce. Nie możesz utrzymać mikrona na wiertarce. Nie da się ekonomicznie poruszyć jednorazowej części.
Następnym razem, gdy spojrzysz na rysunek, zapytaj siebie: Jaka jest powierzchnia pierwotna? Jakiej precyzji potrzebuję? Ile części? Jakie mam maszyny? Odpowiedzi wskażą Ci właściwy proces.
I pamiętaj — najlepszy proces to ten, który dobrze wykonuje zadanie, o czasie, i za rozsądną cenę. Po to tu jesteśmy.
FAQ
Jaka jest różnica między wierceniem a wytaczaniem?
Wiercenie tworzy otwór w materiale pełnym za pomocą wiertła wielopunktowego.
Wytaczanie powiększa i udoskonala istniejący otwór za pomocą narzędzia jednopunktowego. Wytaczanie jest bardziej precyzyjne i pozwala skorygować lokalizację i wyrównanie.
Kiedy należy zastosować struganie zamiast frezowania??
Struganie jest najlepsze w przypadku dużych, powierzchni płaskich przy jednorazowych lub naprawczych pracach, gdzie frezarka nie jest wystarczająco duża. Rzadko jest to opłacalne w produkcji.
Jakiej precyzji mogę się spodziewać po standardowym toczeniu?
IT7–IT8, o chropowatości powierzchni Ra 3,2–1,6 µm. Toczenie wykańczające może wytrzymać IT6 i Ra 0.8 µm.
Jak zapobiec błądzeniu wiertła?
Najpierw nawierć punktowo, użyj sztywnego, krótkiego wiertła, upewnij się, że wiertło jest ostre i symetryczne, i użyj szablonu wiertniczego do produkcji.
Czy wytaczanie może osiągnąć lepszą precyzję niż rozwiercanie??
Nudne mogą skorygować pozycję, wyrównanie, i rozmiar, dzięki czemu jest bardziej uniwersalny w przypadku dużych i skomplikowanych otworów. Rozwiercanie jest szybsze w przypadku małych, proste otwory.
Jaki jest najlepszy proces w przypadku rowka wpustowego w wale?
Dla dużej głośności, poruszanie. Jednorazowo lub do naprawy, użyj szczelinomierza lub wyfrezuj rowek wpustowy.
