Obróbka skrawaniem

Nowa Gwinea w 1943 r. Mobilna ciężarówka warsztatowa armii amerykańskiej z mechanikami pracującymi przy częściach samochodowych

Obróbka skrawaniem to proces, w którym materiał (często metal) jest cięty do pożądanego ostatecznego kształtu i rozmiaru w kontrolowanym procesie usuwania materiału. Procesy, które mają ten wspólny motyw, są zbiorczo nazywane produkcją subtraktywną , która wykorzystuje obrabiarki , w przeciwieństwie do produkcji addytywnej (drukowanie 3D), która wykorzystuje kontrolowane dodawanie materiału.

Obróbka skrawaniem jest częścią produkcji wielu wyrobów metalowych , ale może być również stosowana do innych materiałów, takich jak drewno , tworzywa sztuczne , ceramika i materiały kompozytowe . Osoba specjalizująca się w obróbce skrawaniem nazywana jest mechanikiem . Pomieszczenie, budynek lub firma, w której odbywa się obróbka, nazywa się warsztatem mechanicznym . Większość współczesnej obróbki skrawaniem odbywa się za pomocą komputerowego sterowania numerycznego (CNC), w którym komputery służą do sterowania ruchem i pracą frezarek, tokarek i innych maszyn skrawających. Zwiększa to wydajność, ponieważ maszyna CNC pracuje bezobsługowo, co zmniejsza koszty pracy warsztatów mechanicznych.

Historia i terminologia

Dokładne znaczenie terminu obróbka skrawaniem ewoluowało w ciągu ostatnich półtora wieku wraz z rozwojem technologii. W XVIII wieku słowo mechanik oznaczało po prostu osobę, która budowała lub naprawiała maszyny . Praca tej osoby była wykonywana głównie ręcznie, przy użyciu procesów takich jak rzeźbienie w drewnie oraz ręczne kucie i ręczne piłowanie metalu. W tamtym czasie młynarze i budowniczowie nowych rodzajów silników (czyli mniej więcej wszelkiego rodzaju maszyn), tacy jak James Watt lub John Wilkinson , pasowałby do definicji. Rzeczownik machine tool i czasownik to machine ( obrobiony, obróbka ) jeszcze nie istniał.

Mniej więcej w połowie XX wieku te ostatnie słowa powstały, gdy koncepcje, które opisują, ewoluowały w powszechne istnienie. Dlatego w epoce maszyn obróbka odnosiła się (co dziś moglibyśmy nazwać) do „tradycyjnych” procesów obróbki, takich jak toczenie , wytaczanie , wiercenie , frezowanie , przeciąganie , piłowanie , kształtowanie , struganie , cięcie ścierne , rozwiercanie i stukanie . W tych „tradycyjnych” lub „konwencjonalnych” procesach obróbki, obrabiarki , takie jak tokarki , frezarki , wiertarki lub inne, są używane z ostrym narzędziem skrawającym do usuwania materiału w celu uzyskania pożądanej geometrii.

Od czasu pojawienia się nowych technologii w okresie powojennym, takich jak obróbka elektroerozyjna , obróbka elektrochemiczna , obróbka wiązką elektronów , obróbka fotochemiczna i obróbka ultradźwiękowa , retronim „obróbka konwencjonalna” może być używany do odróżnienia tych klasycznych technologii od te nowsze. W obecnym użyciu termin „obróbka” bez określenia zwykle oznacza tradycyjne procesy obróbki.

W dziesięcioleciach 2000 i 2010, gdy produkcja addytywna (AM) ewoluowała poza wcześniejsze konteksty laboratoryjne i szybkiego prototypowania i zaczęła być powszechna na wszystkich etapach produkcji, termin produkcja subtraktywna stał się powszechny retronimicznie w logicznym przeciwieństwie do AM, obejmując zasadniczo wszelkie procesy usuwania, również wcześniej objęte terminem obróbka skrawaniem . Te dwa terminy są faktycznie synonimami , chociaż od dawna używane jest określenie obróbka skrawaniem . Można to porównać do pomysłu, że czasownik sens kontaktu ewoluował z powodu mnożenia się sposobów kontaktowania się z kimś (telefon, e-mail, komunikator internetowy, SMS itd.), ale nie zastąpił całkowicie wcześniejszych terminów, takich jak zadzwoń , porozmawiaj z lub napisz do .

Operacje obróbki skrawaniem

Wykonanie pokrywy włazu okrętowego w warsztacie maszynowym lotniskowca USS John C. Stennis .

Trzy główne procesy obróbki są klasyfikowane jako toczenie , wiercenie i frezowanie . Inne operacje należące do różnych kategorii obejmują kształtowanie, struganie, wytaczanie, przeciąganie i piłowanie.

  • Operacje toczenia to te, które obracają przedmiot obrabiany jako podstawową metodę przesuwania metalu względem narzędzia skrawającego. Tokarki są podstawową obrabiarką używaną w toczeniu.
  • Operacje frezowania to operacje, w których narzędzie skrawające obraca się, aby docisnąć krawędzie skrawające do przedmiotu obrabianego. Frezarki są głównymi obrabiarkami używanymi do frezowania.
  • Operacje wiercenia to takie, w których otwory są wytwarzane lub udoskonalane przez kontakt obracającego się frezu z krawędziami tnącymi na końcu dolnym z przedmiotem obrabianym. Operacje wiercenia są wykonywane głównie na wiertarkach, ale czasami na tokarkach lub frezarkach.
  • Różne operacje mogą nie być ściśle obróbką skrawaniem, ponieważ mogą nie wytwarzać wiórów , ale nadal są wykonywane na typowej obrabiarce. Przykładem jest polerowanie ; nie wytwarza wiórów, ale można go wykonać na tokarce, frezarce lub wiertarce.

Niedokończony przedmiot wymagający obróbki będzie wymagał wycięcia części materiału, aby stworzyć gotowy produkt. Gotowy produkt to przedmiot obrabiany, który spełnia specyfikacje określone dla tego przedmiotu na rysunkach technicznych lub planach . Na przykład może być wymagane, aby przedmiot obrabiany miał określoną średnicę zewnętrzną. Tokarka to obrabiarka, której można użyć do wytworzenia tej średnicy, obracając metalowy przedmiot obrabiany, tak aby narzędzie tnące mogło odciąć metal, tworząc gładką, okrągłą powierzchnię pasującą do wymaganej średnicy i wykończenia powierzchni. Wiertło może być użyte do usunięcia metalu w kształcie cylindrycznego otworu. Inne narzędzia, które mogą być używane do różnego rodzaju usuwania metalu, to frezarki, piły i szlifierki . Wiele z tych samych technik jest używanych w obróbce drewna .

Jako przedsięwzięcie komercyjne obróbka jest zwykle wykonywana w warsztacie mechanicznym , który składa się z jednego lub więcej pomieszczeń roboczych zawierających główne obrabiarki. Chociaż warsztat mechaniczny może być samodzielną operacją, wiele firm utrzymuje wewnętrzne warsztaty mechaniczne, które obsługują wyspecjalizowane potrzeby firmy.

Obróbka skrawaniem wymaga zwrócenia uwagi na wiele szczegółów, aby przedmiot obrabiany spełniał specyfikacje określone na rysunkach technicznych lub planach. Oprócz oczywistych problemów związanych z prawidłowymi wymiarami, pojawia się problem uzyskania prawidłowego wykończenia czy gładkości powierzchni przedmiotu obrabianego. Gorsze wykończenie obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego może być spowodowane nieprawidłowym mocowaniem , tępym narzędziem lub niewłaściwą prezentacją narzędzia. Często to złe wykończenie powierzchni, zwane karbowaniem, objawia się pofałdowanym lub nieregularnym wykończeniem oraz pojawieniem się fal na obrabianych powierzchniach przedmiotu obrabianego.

Podstawowy proces obróbki.

Przegląd technologii obróbki skrawaniem

Obróbka skrawaniem to dowolny proces, w którym narzędzie skrawające jest używane do usuwania drobnych wiórów materiału z przedmiotu obrabianego (często przedmiot ten nazywany jest „pracą”). Do wykonania operacji wymagany jest ruch względny między narzędziem a przedmiotem pracy. Ten ruch względny jest osiągany w większości operacji obróbki skrawaniem za pomocą ruchu podstawowego, zwanego „prędkością skrawania” i ruchu wtórnego, zwanego „posuwem”. Kształt narzędzia i jego penetracja w powierzchnię roboczą w połączeniu z tymi ruchami dają pożądany kształt wynikowej powierzchni roboczej.

Operacje obróbki skrawaniem

Istnieje wiele rodzajów operacji obróbki skrawaniem, z których każda jest w stanie wygenerować określoną geometrię części i teksturę powierzchni.

Podczas toczenia narzędzie skrawające z pojedynczą krawędzią skrawającą służy do usuwania materiału z obracającego się przedmiotu obrabianego w celu uzyskania cylindrycznego kształtu. Ruch podstawowy jest realizowany przez obracanie przedmiotu obrabianego, a ruch posuwowy jest uzyskiwany przez powolne przesuwanie narzędzia skrawającego w kierunku równoległym do osi obrotu przedmiotu obrabianego.

Wiercenie służy do wykonania okrągłego otworu. Osiąga się to za pomocą obracającego się narzędzia, które zazwyczaj ma dwie lub cztery spiralne krawędzie tnące. Narzędzie jest wprowadzane w kierunku równoległym do jego osi obrotu w obrabiany przedmiot, aby utworzyć okrągły otwór.

Podczas wytaczania narzędzie z pojedynczą zagiętą szpiczastą końcówką jest wprowadzane do zgrubnie wykonanego otworu w obracającym się przedmiocie, aby nieznacznie powiększyć otwór i poprawić jego dokładność. Jest to drobnoziarnista operacja wykańczająca stosowana w końcowych etapach wytwarzania produktu.

Rozwiercanie to jedna z operacji wymiarowania, która usuwa niewielką ilość metalu z już wywierconego otworu.

Podczas frezowania obracające się narzędzie z wieloma krawędziami skrawającymi porusza się powoli względem materiału, aby wytworzyć płaską lub prostą powierzchnię. Kierunek ruchu posuwu jest prostopadły do ​​osi obrotu narzędzia. Prędkość ruchu zapewnia obracający się frez. Dwie podstawowe formy frezowania to:

  • Frezowanie obwodowe
  • Frezowanie czołowe.

Inne konwencjonalne operacje obróbki skrawaniem obejmują kształtowanie, struganie, przeciąganie i piłowanie. Również szlifowanie i podobne operacje ścierne są często zaliczane do kategorii obróbki skrawaniem.

Narzędzie tnące

Główny artykuł: Narzędzie skrawające (obróbka)
„Mechanik stanowiska obróbczego sterowanego numerycznie” monitoruje wytwarzaną część samolotu B-1B .

Narzędzie skrawające ma jedną lub więcej ostrych krawędzi skrawających i jest wykonane z materiału twardszego niż materiał obrabiany. Krawędź skrawająca służy do oddzielania wióra od macierzystego materiału obrabianego. Z krawędzią skrawającą połączone są dwie powierzchnie narzędzia:

  • Prosta twarz; I
  • flanka.

Powierzchnia natarcia, która kieruje przepływem nowo utworzonego wióra, jest zorientowana pod pewnym kątem nazywanym kątem natarcia „α”. Mierzy się go względem płaszczyzny prostopadłej do powierzchni roboczej. Kąt natarcia może być dodatni lub ujemny. Bok narzędzia zapewnia prześwit między narzędziem a nowo uformowaną powierzchnią roboczą, chroniąc w ten sposób powierzchnię przed ścieraniem, które mogłoby pogorszyć wykończenie. Ten kąt między powierzchnią roboczą a powierzchnią boczną nazywa się kątem przyłożenia. Istnieją dwa podstawowe rodzaje narzędzi skrawających:

  • Narzędzie jednopunktowe; I
  • Narzędzie o wielu krawędziach tnących

Narzędzie jednoostrzowe ma jedną krawędź skrawającą i służy do toczenia, wytaczania i strugania. Podczas obróbki czubek narzędzia wnika pod pierwotną powierzchnię roboczą przedmiotu obrabianego. Punkt jest czasami zaokrąglany do pewnego promienia, zwanego promieniem nosa.

Narzędzia z wieloma krawędziami tnącymi mają więcej niż jedną krawędź tnącą i zwykle osiągają swój ruch względem przedmiotu obrabianego poprzez obracanie. Wiercenie i frezowanie wykorzystuje obrotowe narzędzia o wielu krawędziach tnących. Chociaż kształty tych narzędzi różnią się od narzędzi jednoostrzowych, wiele elementów geometrii narzędzia jest podobnych.

Warunki cięcia

Do wykonania operacji obróbki wymagany jest ruch względny między narzędziem a przedmiotem obrabianym. Główny ruch jest wykonywany przy określonej prędkości skrawania . Ponadto narzędzie musi być przesuwane poprzecznie w poprzek pracy. Jest to znacznie wolniejszy ruch, zwany posuwem. Pozostały wymiar skrawania to penetracja narzędzia skrawającego pod pierwotną powierzchnię roboczą, zwana głębokością skrawania. Prędkość, posuw i głębokość skrawania łącznie nazywane są warunkami skrawania. Tworzą one trzy wymiary procesu obróbki, a dla niektórych operacji ich produkt można wykorzystać do uzyskania szybkości usuwania materiału dla procesu:

Gdzie

  • - szybkość usuwania materiału w mm 3 / s ( w 3 / s ),
  • - prędkość skrawania w mm / s , ( in / min ),
  • - posuw w mm , ( w ),
  • - głębokość skrawania w mm , ( w ).
Uwaga: Wszystkie jednostki muszą być przeliczone na odpowiednie jednostki dziesiętne (lub USCU ).

Etapy obróbki skrawaniem metali

Operacje obróbki skrawaniem zwykle dzielą się na dwie kategorie, różniące się przeznaczeniem i warunkami skrawania :

  • Cięcia zgrubne
  • Cięcia wykończeniowe

Cięcia zgrubne służą do jak najszybszego usunięcia dużej ilości materiału z początkowej części obrabianej, tj. z dużą szybkością usuwania materiału (MRR), w celu uzyskania kształtu zbliżonego do pożądanego, ale pozostawienia części materiału na części do następną operację wykańczania. Cięcia wykańczające służą do ukończenia części i uzyskania ostatecznego wymiaru, tolerancji i wykończenie powierzchni. W zadaniach obróbki produkcyjnej zwykle wykonuje się jedno lub więcej cięć zgrubnych, po których następuje jedno lub dwa cięcia wykańczające. Operacje zgrubne są wykonywane z dużymi posuwami i głębokościami – posuwy 0,4–1,25 mm/obr (0,015–0,050 cala/obr.) i głębokości 2,5–20 mm (0,100–0,750 cala) są typowe, ale rzeczywiste wartości zależą od materiału obrabianego przedmiotu . Operacje wykańczające są przeprowadzane przy małych posuwach i głębokościach – typowe są posuwy 0,0125–0,04 mm/obr (0,0005–0,0015 cala/obrót) i głębokości 0,75–2,0 mm (0,030–0,075 cala). [ potrzebne źródło ] Prędkości skrawania są niższe przy obróbce zgrubnej niż przy obróbce wykańczającej.

Płyn obróbkowy jest często stosowany podczas obróbki skrawaniem w celu schłodzenia i smarowania narzędzia skrawającego. Określenie, czy należy zastosować chłodziwo, a jeśli tak, wybór odpowiedniego chłodziwa, zwykle wchodzi w zakres warunków skrawania.

Obecnie coraz większą popularnością cieszą się inne formy obróbki skrawaniem metali. Przykładem tego jest cięcie strumieniem wody. Cięcie strumieniem wody obejmuje wodę pod ciśnieniem przekraczającym 620 MPa (90 000 psi) i umożliwia cięcie metalu i uzyskanie gotowego produktu. Proces ten nazywany jest cięciem na zimno, które eliminuje uszkodzenia spowodowane strefą wpływu ciepła, w przeciwieństwie do cięcia laserem i plazmą .

Związek technik subtraktywnych i addytywnych

Wraz z niedawnym rozpowszechnieniem technologii wytwarzania przyrostowego , konwencjonalna obróbka skrawaniem została retronimicznie sklasyfikowana, w myśli i języku, jako subtraktywna metoda wytwarzania . W wąskich kontekstach metody addytywne i subtraktywne mogą ze sobą konkurować. W szerokim kontekście całych branż ich relacja jest komplementarna. Każda metoda ma swoje zalety w stosunku do innych. Podczas gdy metody wytwarzania addytywnego mogą wytwarzać bardzo skomplikowane projekty prototypów, których nie można odtworzyć za pomocą obróbki skrawaniem, wytrzymałość i wybór materiałów mogą być ograniczone.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura

Linki zewnętrzne

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Machining&oldid=1141672967 ”