Механическая обработка: определение, процесс и ключевые инструменты

Механическая обработка — это производственный термин, охватывающий широкий спектр технологий и техник. Её можно примерно определить как процесс удаления материала с заготовки с помощью электроинструментов для придания ей предполагаемой формы.

Большинство металлических компонентов и деталей требуют какой-либо формы механической обработки в процессе производства. Другие материалы, такие как пластик, резина и бумажная продукция, также обычно изготавливаются процессами механической обработки. Давайте подробно узнаем, что такое механическая обработка, её процесс, инструменты и технологии.

Что такое механическая обработка?

Механическая обработка — это процесс прототипирования и производства, создающий желаемую конечную форму путем удаления лишнего материала из более крупного куска материала. В этих процессах деталь создается путем удаления материала, этот процесс также известен как субтрактивное производство, в противовес аддитивному производству, в котором используется контролируемое добавление материала.

То, что подразумевает «контролируемая» часть определения, может варьироваться, но обычно подразумевает использование станков.

Механическая обработка является частью производства многих металлических продуктов, но она также может использоваться на других материалах, таких как дерево, пластик, керамика и композитные материалы. Человек, специализирующийся на механической обработке, называется механиком (токарь, фрезеровщик и т.д.).

Помещение, здание или компания, где выполняется механическая обработка, называется цехом (мастерской). Большая часть современной механической обработки выполняется с помощью компьютерного числового управления (CNC), в котором компьютеры используются для управления движением и работой фрезерных, токарных и других режущих станков. Это повышает эффективность, так как станок с ЧПУ работает без оператора, тем самым снижая затраты на труд для цехов.

Каковы различные типы механической обработки?

Три основных процесса механической обработки классифицируются как токарная, сверление и фрезерование. Другие операции, попадающие в различные категории, включают строгание, планирование, растачивание, строгание проходными резами и пиление. Они:

• Токарная обработка (Turning) — Токарная обработка или точение включает вращение заготовки на станке, в то время как однолезвийный режущий инструмент остается неподвижным. Режущий инструмент медленно движется параллельно оси вращения заготовки, удаляя материал по мере продвижения.
• Сверление (Drilling) — Сверление приводит к созданию круглого отверстия вращением цилиндрического инструмента параллельно оси вращения заготовки. Созданное отверстие равно по диаметру используемому инструменту.
• Фрезерование (Milling) — Фрезерование — это процесс удаления материала с помощью вращающихся резаков с заготовки в движении подачи, перпендикулярном оси вращения режущего инструмента. Это одна из самых распространенных форм механической обработки сегодня.
• Различные операции — это операции, которые строго говоря могут не быть операциями механической обработки в том смысле, что они могут не производить стружку, но эти операции выполняются на типичном станке. Полировка (burnishing) — пример дополнительной операции. Полировка не производит стружку, но может выполняться на токарном, фрезерном или сверлильном станке.

Как работает механическая обработка?

Незаконченная заготовка, требующая механической обработки, должна иметь некоторый материал, удаленный для создания готового продукта. Готовый продукт — это заготовка, соответствующая спецификациям, заданным для этой заготовки инженерными чертежами или чертежами.

Например, заготовка может требовать определенного внешнего диаметра. Токарный станок — это станок, который может использоваться для создания этого диаметра путем вращения металлической заготовки так, что режущий инструмент может срезать металл, создавая гладкую, круглаю поверхность, соответствующую требуемому диаметру и шероховатости поверхности.

Сверло может использоваться для удаления металла в форме цилиндрического отверстия. Другие инструменты, которые могут использоваться для различных типов удаления металла — фрезерные станки, пилы и шлифовальные станки. Многие из тех же техник используются в столярном деле.

Более современные, передовые технологии механической обработки включают высокоточную обработку на станках с ЧПУ, электроэрозионную обработку (EDM), электрохимическую обработку (ECM), лазерную резку или водорезку для формовки металлических заготовок.

В современной разработке продуктов механическая обработка чаще всего выполняется с использованием станка с ЧПУ, что означает Computer Numeric Control (компьютерное числовое управление). По сути, станок использует компьютерное программное обеспечение для взятия CAD-моделей проектирования и построения траекторий инструмента, превращая дизайны в 3D-обработанные детали. Станок с ЧПУ может создавать детали из широкого спектра материалов, в различных типах отделки, с допусками, созданными до ближайших 0,001 дюйма (0,025 мм) из цельного материала.

В отличие от быстрого прототипирования, детали обрабатываются реальными материалами, отражающими плотность, отделку и пористость готового дизайна. Обработанные детали могут использоваться для представительного тестирования, моделей, включающих скользящие компоненты, где трение является фактором, и для герметичных компонентов, требующих прокладочных колец и поверхностей прокладок.

Теперь мы знаем, что такое механическая обработка и как она делается, мы знаем, что обработка выполняется инструментами обработки, так давайте узнаем о различных инструментах обработки и их применении.

Что такое инструмент механической обработки (станок)?

Станок — это машина для обработки или механической обработки металла или других жестких материалов, обычно путем резания, сверления, шлифования, срезания или других форм деформации. Станки используют какой-то режущий инструмент, который выполняет резание или формовку.

Все станки имеют некоторые средства закрепления заготовки и обеспечивают направленное движение частей машины. Таким образом, относительное движение между заготовкой и режущим инструментом (которое называется траекторией инструмента) контролируется или ограничивается станком по крайней мере в некоторой степени, а не является полностью «ручным» или «свободным».

Это приводная металлорежущая машина, которая помогает управлять необходимым относительным движением между режущим инструментом и заготовкой, изменяя размер и форму материала заготовки.

Точное определение термина «станок» варьируется среди пользователей, как обсуждалось ниже. Хотя все станки — это «машины, помогающие людям делать вещи», не все заводские машины являются станками.

Сегодня станки обычно приводятся не мышечной силой человека (например, электрически, гидравлически или через вал), используются для производства изготовленных деталей (компонентов) различными способами, включающими резание или определенные другие виды деформации. Благодаря своей присущей точности станки обеспечили экономичное производство взаимозаменяемых деталей.

Различные типы инструментов механической обработки и технологий

Типы инструментов механической обработки

Существует много типов инструментов механической обработки, и они могут использоваться отдельно или в сочетании с другими инструментами на различных этапах производственного процесса для достижения предполагаемой геометрии детали. Основные категории инструментов механической обработки:

• Расточные инструменты: Обычно используются как финишное оборудование для расширения ранее выточенных отверстий в материале.
• Режущие инструменты: Устройства, такие как пилы и ножницы, типичные примеры режущих реализаций. Они часто используются для резки материала с заданными размерами, такого как листовой металл, в желаемую форму.
• Сверлильные инструменты: Эта категория состоит из двухлезвийных вращающихся устройств, создающих круглые отверстия параллельно оси вращения.
• Шлифовальные инструменты: Эти инструменты применяют вращающееся колесо для достижения тонкой отделки или для выполнения легких срезов на заготовке.
• Фрезерные инструменты: Фрезерный инструмент использует вращающуюся режущую поверхность с несколькими лезвиями для создания некруглых отверстий или вырезания уникальных конструкций из материала.
• Токарные инструменты: Эти инструменты вращают заготовку на своей оси, пока режущий инструмент формирует её форму. Токарные станки — самый распространенный тип токарного оборудования.

Типы термических технологий обработки (сгорание)

Сварочные и термические станки используют тепло для формовки заготовки. Наиболее распространенные типы сварочных и термических технологий обработки включают:

• Лазерная резка: Лазерный станок излучает узкий высокоэнергетический луч света, который эффективно плавит, испаряет или сжигает материал. CO2 и Nd:YAG лазеры — наиболее распространенные типы, используемые в обработке. Процесс лазерной резки хорошо подходит для формовки стали или выгравирования узоров на куске материала. Его преимущества включают высококачественную поверхностную отделку и экстремальную точность резки.
• Кислородно-топливная резка (Оxy-fuel cutting): Также известная как газорезка, этот метод обработки использует смесь топливных газов и кислорода для плавления и удаления материала. Ацетилен, бензин, водород и пропан часто служат газовыми средами благодаря своей высокой горючести. Преимущества этого метода включают высокую переносимость, низкую зависимость от первичных источников питания и способность резать толстые или твердые материалы, такие как крепкие марки стали.
• Плазменная резка: Плазменные горелки выпускают электрическую дугу для преобразования инертного газа в плазму. Эта плазма достигает экстремально высоких температур и применяется к заготовке на высокой скорости для плавления нежелательного материала. Процесс часто используется на электрически проводимых металлах, требующих точной ширины реза и минимального времени подготовки.

Типы эрозионных технологий обработки

В то время как термические инструменты применяют тепло для плавления лишнего материала, эрозионные устройства обработки используют воду или электричество для эрозии материала с заготовки. Два основных типа эрозионных технологий обработки:

• Водорезка (Water jet cutting): Этот процесс использует высоконапорный поток воды для резки через материал. Абразивный порошок может добавляться в водяной поток для облегчения эрозии. Водорезка обычно используется на материалах, которые могут страдать повреждением или деформацией от зоны термического воздействия.
• Электроэрозионная обработка (EDM): Также известная как искровая обработка, этот процесс использует электрические разряды дуги для создания микрократеров, которые быстро приводят к полным срезам. EDM используется в приложениях, требующих сложных геометрических форм в твердых материалах и с близкими допусками. EDM требует, чтобы основной материал был электрически проводимым, что ограничивает его использование ферритыми сплавами.

Обработка на станках с ЧПУ (CNC Machining)

Обработка с компьютерным числовым управлением (CNC machining) — это компьютерно-помогаемая техника, которую можно использовать в сочетке с широким спектром оборудования. Она требует программного обеспечения и программирования, обычно на языке G-код, для направления инструмента обработки в формовке заготовки в соответствии с предустановленными параметрами.

В отличие от ручных методов, обработка на станках с ЧПУ — это автоматизированный процесс. Некоторые из его преимуществ включают:

• Высокие производственные циклы: После того как станок с ЧПУ был правильно запрограммирован, он обычно требует минимального обслуживания или простоя, позволяя более быстрый темп производства.
• Низкие затраты на производство: Благодаря своей скорости оборота и низким требованиям к ручному труду, обработка на ЧПУ может быть затратоэффективным процессом, особенно для крупносерийного производства.
• Единообразное производство: Обработка на ЧПУ обычно точна и дает высокий уровень согласованности дизайна среди своих продуктов.

Высокоточная обработка (Precision Machining)

Любой процесс механической обработки, требующий необычно малых допусков на резание (между 0,013 мм и 0,0005 мм, как правило) или шероховатости поверхности тоньше 32T (Ra ~0,8 мкм), может рассматриваться как форма высокоточной обработки. Как обработка на ЧПУ, высокоточная обработка может применяться к широкому числу методов производства и инструментов.

Факторы, такие как жесткость, демпфирование и геометрическая точность, могут влиять на точность среза высокоточного инструмента. Управление движением и способность машины отвечать на высокие скорости подачи также важны в приложениях высокоточной обработки.

Каковы преимущества механической обработки?

У механической обработки есть несколько преимуществ:

1. Надежность

Процесс механической обработки происходит непрерывно без поломок независимо от времени или дня недели. стружка и сырье преобразуются в готовые продукты и выпускаются на рынок как высококачественные инструменты. Поломки очень минимальны, они могут возникнуть только при необходимости обслуживания или во время ремонта. Станки работают надежно; неважно, будний день, выходной или праздник.

2. Требует меньше человеческого труда

Благодаря развитию технологий, механическая обработка в производственных отраслях автоматизирована. Процесс в основном контролируется компьютерами или роботами, которые обычно снижают затраты на производство, устраняя человеческий труд. Во время контролируемого добавления материала процесс требует минимального надзора и контроля для целей обслуживания.

3. Высокая производительность

Процесс обеспечивает высокую производительность, потому что они обычно выполняют огромный объем работы, такое как сверление, лучшая отделка поверхности, фрезерование и шлифование за относительно короткий период.

4. Идентичные продукты

Готовые продукты, такие как режущие металлы, однородны и имеют очень мало или никаких ошибок несмотря на высокую скорость производства. В результате продукты становятся рыночными благодаря своему улучшенному качеству.

5. Увеличение прибыли и снижение усилий

Еще одна отличная причина, почему вам нужно обрабатывать ваши металлические приборы — помочь увеличить прибыль и снизить усилия. Некоторые люди могут удивляться, как механическая обработка относится к увеличению прибыли? Факт в том, что обработка делает приборы немного дороже, но с другой стороны, это очень полезно.

С металлом, прошедшим обработку, вы не только снизите стоимость производства, но также сэкономите много времени и усилий. Несмотря на это преимущество, всегда желательно, если вы хотите приобрести один, убедиться, что станок правильный и лишен ошибок при работе.

6. Повышенная эффективность

Механическая обработка — один из лучших способов повысить эффективность ваших металлов. При обработке металлов они всегда оснащены внутренними детекторами качества. Это приносит много эффективности в плане увеличения скорости производства металлов и обеспечения хорошего использования сырья.

Больше того, механическая обработка всегда считается замечательным способом обеспечения высоких стандартов металлообработки и изготовления деталей. Помимо повышенной эффективности, механическая обработка считается одним из способов сокращения затрат на расходы.

Это связано с ее способностью снижать затраты на потребление; следовательно, уменьшая потерю денег. Короче, она сокращает расходы; таким образом, добавляя к преимуществам проведения процесса механической обработки.

7. Повышенная точность

Большинство металлов, проходящих обработку, используются в производственных отраслях. Это включает места, требующие ручного точения и фрезерования. Они также могут использоваться в здравоохранении, но момент, который нужно отметить здесь — все эти сектора требуют большой точности.

На этом они обращаются к металлам, прошедшим обработку, из-за их уровня точности. Это четкое доказательство того, как механическая обработка необходима для обеспечения повышенной точности ваших металлов, что переводится в точность выполнения ваших задач.