Традиционная и нетрадиционная обработка: технологии, применение и преимущества

Введение

Существует множество способов механической обработки, которые делятся на традиционные и нетрадиционные. Производство можно определить как процессы создания добавленной стоимости: сырье с низкой полезностью преобразуется в продукты с высокой полезностью, точными размерами, формой и отделкой, придающими функциональные свойства.

Статья подробно рассматривает традиционные и нетрадиционные типы процессов механической обработки и их операции.

Типы процессов механической обработки

Процессы делятся на две категории: традиционные и нетрадиционные.

Традиционная обработка

Традиционная обработка выполняется классическими методами без сложных технологий. Используются острые режущие инструменты (например, конусообразные резьбы на токарных станках). Основные виды:

Токарные станки

Горизонтально-токарный станок (винторезной) — фундаментальный станок, принципы которого заложены в многих других. Выполняет токарную, лицевую, сверлильную операции однолезвичным резецом. Операции: точение прямых и конических цилиндров, канавок, уступов, резьбы, обработка торцов, внутренние операции (сверление, растачивание, зенкование, нарезку резьбы).

Шлифовальные станки

Вращающийся абразивный круг или лента удаляют микрослои. Самый точный базовый метод. Точность ±0,0001 дюйма (0,0025 мм). Виды: круглолистовошлифовальные, внутреннешлифовальные, бессентровые, плоскошлифовальные, ручные, специальные, абразивно-ленточные.

Строгальные и строго-планерные станки

Одноразовые резацы для плоских поверхностей, канавок, уступов, Т-пазов, угловых поверхностей. Крупнейшие строгали: длина детали до 900 мм, ход 900 мм. Планерные станки похожи, но обрабатывают более длинные детали (до 15 м). Заготовка движется под неподвижным резцом.

Фрезерные станки

Заготовка подается против вращающейся фрезы. Разнообразные фрезы для плоскостей, канавок, уступов, скосов, хвостовиков, Т-пазов, зубьев шестерен. Классификация: консольно-колонные (горизонтальные и вертикальные), станки с крестовиной, специальные.

Сверлильные станки

Сверлильные станки (вертикально-сверлильные) используют спиральные сверла. Также выполняют растачивание, зенкование, нарезку резьбы.

Прессы

Операции: срезание, выемка, штамповка, вытягивание, гибание, ковка, монетование, усадка, обкатка, прессование, молотковая ковка. Подвижный пуансон действует на سندку. Привод: гравитация, механика, гидравлика, пневматика.

Нетрадиционная обработка

Традиционные методы требуют инструмента тверже заготовки. Но никелевые и титановые сплавы в авиации слишком тверды/хрупки. Это привело к развитию нетрадиционных методов, особенно электрофизических.

Электронно-лучевая обработка (EBM)

Пучок высокоскоростных электронов в вакуумной камере. Кинетическая энергия → тепло → испарение материала. В вакууме электроны не рассеиваются. Отверстия Ø0,001 дюйма (0,025 мм), щели 0,001 дюйма в материале толщиной до 0,25 дюйма (6,25 мм). Применение в полупроводниках вместо фотолитографии.

Электроэрозионная обработка (EDM)

Разрушение проводящих материалов (закаленная сталь, твердые сплавы) высокочастотными искровыми разрядами от графитового/металлического электрода. Электрод и заготовка в диэлектрике, зазор 0,0005–0,020 дюйма (0,013–0,5 мм). Частицы вымываются, электрод продвигается. Формы любой сложности. Точно, но медленно.

Электрохимическая обработка (ECM)

Обратный электролиз: металл растворяется от заготовки (анода) постоянным током в электролите. Зазор 0,001–0,030 дюйма (0,025–0,75 мм). Электролит вымывает растворенный металл. Нет износа инструмента, можно обрабатывать более твердые материалы мягким катодом. Применение: авиация, автопром — зачистка, микроотверстия, лопатки турбин.

Ионно-лучевая обработка (IBM)

Пучок ионов аргона в вакууме бомбардирует заготовку, сбивая атомы (0,1–10 атомов на удар). Полупроводники, асферические линзы: текстурирование, атомарно чистые поверхности (зеркала лазеров), управление толщиной тонких пленок.

Лазерная обработка (LM)

Плавление и испарение интенсивным лазером. Микроотверстия 0,005–0,05 дюйма (0,13–1,3 мм) в твердых материалах. Энергозатратно. Применения: сверление алмазов для филер, керамика и подложки микросхем, авиационные детали на ЧПУ-лазерах.

Плазменно-дуговая обработка (PAM)

Плазменная дуга (20 000–50 000 °F / 11 000–28 000 °C) режет большинство металлов. Тяжелые горелки: алюминий до 150 мм, нержавейка до 100 мм. Применения: контурная резка листов, канавки в нержавейке, обработка закаленных сталей на токарных станках.

Другие методы:

• Ультразвуковая (USM): вибрирующие абразивы в водяной суспензии, частота 19–40 кГц. Твердые хрупкие материалы (германий, стекло, керамика, драгоценные камни). Ультразвуковое сверление: отверстия до 80 мкм.
• Химическая (CHM): контролируемое химическое растворение. Маскировка защищаемых зон. Химическое выемание и фрезирование.
• Фотокимческая (PCM): фотолитография + химическое травление. Нержавейка и другие металлы.
• Водоструйная: вода под высоким давлением режет полимеры, камень, бумагу. Нет теплового влияния, нет деформации, можно начинать от любой точки, минимальные заусенцы. Абразив ускоряет процесс. Оффшор — морская вода.

Обзор технологий традиционной и нетрадиционной обработки завершен. Надеемся, материал был полезен — делитесь им!