Обработка

Процесс удаления материала; производственный процесс

Новая Гвинея в 1943 году. Мобильный механический цех армии США со машинистами, работающими над автомобильными деталями.

Механическая обработка — это производственный процесс, при котором желаемая форма или деталь достигается путем контролируемого удаления материала из более крупного куска сырья путем резки; чаще всего выполняется из металлического материала. Эти процессы в совокупности называются субтрактивным производством ^[1] , в котором используются станки , в отличие от аддитивного производства (например, 3D-печати ), в котором используется контролируемое добавление материала.

Механическая обработка является основным процессом производства многих металлических изделий , но ее также можно использовать для обработки других материалов, таких как дерево , пластик , керамика и композиты . ^[2] Человека, специализирующегося на механической обработке, называют машинистом . В качестве коммерческого предприятия механическая обработка обычно выполняется в механическом цехе , который состоит из одного или нескольких цехов, в которых установлены основные станки. Хотя механический цех может быть самостоятельным предприятием, многие предприятия имеют собственные механические цеха или инструментальные цеха, которые удовлетворяют специализированные потребности бизнеса. Большая часть современной обработки выполняется с помощью компьютерного числового управления (ЧПУ), в котором компьютеры используются для управления движением и работой фрез, токарных станков и других режущих станков. Это повышает эффективность, поскольку станок с ЧПУ работает без обслуживающего персонала, что снижает трудозатраты в механических цехах. К настоящему времени даже разработаны фрезерные станки с ЧПУ, сочетающие в себе токарную и фрезерную обработку, называемые токарно-фрезерными составными центрами с ЧПУ. ^[3]

История и терминология

Точное значение термина « механическая обработка» изменилось за последние полтора столетия по мере развития технологий во многих отношениях. В 18 веке слово « механик» означало человека, который строил или ремонтировал машины . Работа этого человека в основном выполнялась вручную с использованием таких процессов, как резьба по дереву , а также письменная ковка и ручная обработка металла. В то время под это определение подходили слесари-монтажники и строители новых видов двигателей (то есть более или менее машин любого типа), такие как Джеймс Уотт или Джон Уилкинсон . Существительного «станок» и глагола «механизировать » ( обрабатывать, обрабатывать ) еще не существовало.

Последние слова были придуманы примерно в середине 20 века, когда описываемые ими концепции получили широкое распространение. Таким образом, в эпоху машин механическая обработка относилась к (то, что мы сегодня могли бы назвать) «традиционными» процессами механической обработки, такими как токарная обработка , растачивание , сверление , фрезерование , протяжка , распиловка , формование , строгание , абразивная резка , развертывание и нарезание резьбы . ^[4] В этих «традиционных» или «обычных» процессах обработки станки , такие как токарные станки , фрезерные станки , сверлильные станки и другие, используются с острым режущим инструментом для удаления материала для достижения желаемой геометрии. ^[5]

С появлением новых технологий в эпоху после Второй мировой войны, таких как электроэрозионная обработка , электрохимическая обработка , электронно-лучевая обработка , фотохимическая обработка и ультразвуковая обработка , ретроним «традиционная обработка» может использоваться для дифференциации этих классических технологий от самые новые. В настоящее время «механическая обработка» без квалификации обычно подразумевает традиционные процессы механической обработки.

В течение десятилетий 2000-х и 2010-х годов, когда аддитивное производство (АП) вышло за рамки прежних лабораторных условий и контекстов быстрого прототипирования и начало становиться стандартом на всех этапах производства, термин субтрактивное производство стал обычным ретронимом в логическом контрасте с АМ, охватывая по существу любые процессы удаления, ранее также охватываемые термином «механическая обработка» . Эти два термина фактически являются синонимами , хотя давно устоявшееся использование термина « механическая обработка» продолжается. Это сравнимо с идеей о том, что глагол «чувство контакта» развился из-за распространения способов связаться с кем-то (телефон, электронная почта, мгновенные сообщения, SMS и т. д.), но не полностью заменил более ранние термины, такие как «позвонить» , «поговорить» , или напишите в .

«Машинист отделения обработки с числовым программным управлением» контролирует изготавливаемую деталь самолета B-1B .

Обзор механической обработки

Механические операции

Механическая обработка — это любой процесс, при котором режущий инструмент удаляет материал с заготовки (заготовку часто называют «работой»). При традиционной механической обработке между устройством и заготовкой для удаления материала требуется относительное движение; в нетрадиционных процессах обработки используются другие методы удаления материала, например, электрический ток в электроэрозионной обработке (электроэрозионная обработка). Это относительное движение достигается в большинстве операций обработки путем перемещения (путем бокового вращения или бокового движения) либо инструмента, либо заготовки. Форма инструмента, относительное движение и его проникновение в работу создают желаемую форму получаемой рабочей поверхности.

основное действие называется «скорость резания» и вторичное движение называется «подача». ^[6]

Операции механической обработки можно разделить на традиционные и нетрадиционные операции. В рамках традиционных операций существует две категории механической обработки в зависимости от формы, которую они обрабатывают; круглые формы, которые включают в себя; токарная обработка, растачивание, сверление, развертывание, нарезание резьбы и многое другое, а также различные/прямые формы, включая; фрезерование, протяжка, распиловка, шлифование и формовка.

Режущий инструмент

Режущий инструмент имеет одну или несколько острых режущих кромок и изготовлен из более твердого материала, чем рабочий материал. Режущая кромка служит для отделения стружки от основного рабочего материала. С режущей кромкой соединены две поверхности инструмента:

• Грабли лица; и
• Фланг.

Передняя поверхность, которая направляет поток новообразованной стружки, ориентирована под определенным углом и называется передним углом «α». Измеряется относительно плоскости, перпендикулярной рабочей поверхности. Передний угол может быть положительным или отрицательным. Боковая часть инструмента обеспечивает зазор между инструментом и вновь сформированной рабочей поверхностью, тем самым защищая поверхность от истирания, которое может ухудшить качество отделки. Этот угол между рабочей и боковой поверхностями называется задним углом. Существует два основных типа режущих инструментов:

• Одноточечный инструмент; и
• Многофункциональный инструмент

Одноточечный инструмент имеет одну режущую кромку для точения, растачивания и строгания. Во время обработки острие устройства проникает ниже исходной рабочей поверхности детали. Факт иногда округляется до определенного радиуса, называемого радиусом при вершине.

Несколько режущих инструментов имеют более одной режущей кромки и обычно перемещаются относительно обрабатываемой детали за счет вращения. При сверлении и фрезеровании используют токарные многорежущие инструменты. Хотя формы этих инструментов отличаются от одноточечных устройств, многие элементы геометрии инструментов схожи.

Формирователь Cincinnati со расточной оправкой, прикрепленной к хлопушке.

Традиционная обработка

Операции круговой обработки

• Токарные операции включают вращение внешней части заготовки против невращающегося режущего инструмента, который вдвигается в заготовку. Вращение заготовки — это метод создания относительного движения относительно инструмента. Токарные станки являются основным станком, используемым при токарной обработке.
• Растачивание включает в себя обработку внутренней поверхности отверстия для увеличения его диаметра. Это можно выполнить либо путем поворота заготовки на токарном станке (также называемом внутренним точением), либо на фрезерном станке, где инструмент вращается по окружности отверстия.
• Операции сверления - это операции, при которых отверстия производятся или очищаются путем использования вращающегося режущего инструмента (часто с использованием сверла) с режущими кромками на нижней поверхности и кромке, которые вводятся в осевой контакт с заготовкой. Операции сверления можно выполнять на токарном, фрезерном или сверлильном станке или даже вручную.
• Нарезание резьбы или нарезание резьбы включает в себя нарезание определенной спирали ( резьбы ) в отверстии (нарезание резьбы или нарезание резьбы) или на вал (нарезание резьбы) с постоянным шагом и определенной геометрией, предназначенной для приема противоположной резьбы и объекта при поворотном движении для закрепления. предметы вместе (например, гайка и болт)

Обработка различной формы

• Распиловка направлена ​​на создание меньших отрезков материала прутка с использованием пилы или отрезного станка, который пропускает вращающееся (циркулярная пила) или линейное (ленточная пила) зубчатое лезвие по материалу, чтобы отрезать в материале прорезь (толщину) до он разрезается на две части. В зависимости от материала может потребоваться определенная скорость полотна (в метрах в минуту или футах в минуту), измеряемая как линейная скорость зубьев, от 200 до 1000 футов в минуту.
• Фрезерными операциями называют операции, при которых режущий инструмент с режущими кромками по цилиндрической поверхности прижимают к заготовке для удаления материала в профиле вала и нижней кромки вращающегося инструмента. ^[7] Фрезерные станки являются основным станком, используемым при фрезеровании. Усовершенствованные станки с ЧПУ могут совмещать токарные и фрезерные операции.

• Протяжка может относиться к двум операциям: линейному протягиванию, когда многозубый инструмент продавливается через отверстие для вырезания желаемой формы (например, шлицевой, квадратной или шестигранной формы) или вдоль поверхности, делая все более крупные разрезы за счет увеличения размера зубьев. протяжки; или ротационное протягивание, при котором вытянутый инструмент вращается в специальной оправке, которая раскачивает инструмент вокруг оси и смещает его, инструмент и заготовку и соединяется вместе во время обработки, чтобы вырезать желаемую форму. При выполнении на токарном станке заготовка и режущий инструмент вращаются вместе, а державка инструмента остается неподвижной в задней бабке; при фрезеровании режущий инструмент останавливается при контакте с заготовкой, только покачиваясь вокруг оси смещения, при этом державка инструмента вращается во фрезерном станке.
• Операции формообразования — это операции, при которых материал удаляется из заготовки посредством линейного движения невращающегося режущего инструмента, который перемещается по поверхности заготовки и предназначен для резки плоской геометрии. Формирователи часто используют инструменты из быстрорежущей стали, схожие по форме и геометрии с инструментами токарных станков. Формирование аналогично точению, но по линейной оси, а не по круговой. Операции формования выполняются с помощью станка Shaper, который перемещается вперед и назад, но режет только в одном направлении. Ящик с хлопушкой используется для подъема инструмента над заготовкой так, чтобы он мог двигаться назад.
• Операции шлифования включают в себя пропускание быстро движущегося/вращающегося абразивного материала, такого как камень, оксид алюминия или алмаз, по заготовке для удаления материала путем шлифования материала с помощью абразивной поверхности инструмента.

Различные виды электроэрозионных станков для сверления отверстий или обработки поверхности.

Нетрадиционная обработка

• Плазменная обработка
• Гидроабразивная обработка включает в себя резку заготовки с помощью струи воды (обычно также содержащей абразивный материал, такой как гранат) для разрезания заготовки на всю толщину. Гидроабразивный резак может быть двухосным для изготовления двухмерных фигур или пятиосным для изготовления практически любой трехмерной формы.
• Операции электроэрозионной обработки (ЭЭО) включают удаление материала с заготовки с помощью электрически заряженного металлического стержня или проволоки (проволочная электроэрозионная обработка), которая испаряет материал из заготовки. Его можно использовать для обработки отверстий или вырезания определенной формы из другой детали. Преимущество электроэрозионной обработки заключается в том, что она может иметь очень маленький пропил , а проволоку можно пропускать через всю, что позволяет вырезать из детали сложные формы, не прорезая край заготовки, что позволяет изготовить вилку и розетку. которые идеально сочетаются друг с другом.

У незавершенной заготовки, требующей механической обработки, необходимо удалить часть материала, чтобы создать готовое изделие. Готовым продуктом будет заготовка, которая соответствует спецификациям, установленным для этой заготовки техническими чертежами или чертежами . Например, для заготовки может потребоваться определенный внешний диаметр. Токарный станок — это станок, который может создать этот диаметр, вращая металлическую заготовку так, чтобы режущий инструмент мог резать металл, создавая гладкую круглую поверхность, соответствующую требуемому диаметру и чистоте поверхности. Сверлом можно удалить металл в форме цилиндрического отверстия. Другими инструментами, которые можно использовать для удаления металла, являются фрезерные станки, пилы и шлифовальные станки . Многие из этих же методов используются в деревообработке .

Обработка требует внимания ко многим деталям, чтобы заготовка соответствовала спецификациям, указанным в технических чертежах или чертежах. Помимо очевидных проблем, связанных с правильными размерами, существует проблема достижения правильной отделки или гладкости поверхности заготовки. Плохое качество обработанной поверхности заготовки может быть вызвано неправильным зажимом , тупым инструментом или неподходящим расположением устройства. Часто это плохое качество поверхности, известное как вибрация, проявляется в виде волнистой или регулярной шероховатости волн на обработанных поверхностях заготовки.

Условия резания

Изготовление крышки корабельного люка в механическом цехе авианосца USS John C. Stennis .

Для выполнения операции обработки требуется относительное движение между инструментом и заготовкой. Основное действие осуществляется на определенной скорости резания . Кроме того, устройство необходимо перемещать вбок поперек работы. Это гораздо более медленное движение, называемое подачей. Оставшийся размер разреза — это проникновение режущего инструмента ниже исходной рабочей поверхности и достижение глубины разреза. Скорость, подача и глубина резания называются условиями резания. ^[8] Они образуют три измерения процесса механической обработки, и для определенных операций их продукт можно использовать для определения скорости съема материала для процесса:

${\displaystyle {R}_{MR}=vfd\,\!}$

где

• ${\displaystyle {R}_{MR}\,\!}$– скорость съема материала в мм ³ /с , ( в ³ /с ),
• ${\displaystyle v\,\!}$– скорость резания в мм/с , ( дюйм/мин ),
• ${\displaystyle f\,\!}$– подача в мм , ( дюйм ),
• ${\displaystyle d\,\!}$– глубина резания в мм , ( дюйм ).

Примечание. Все единицы должны быть преобразованы в соответствующие десятичные единицы (или USCU ).

Этапы резки металла

Операции механической обработки обычно делят на две категории, различающиеся по назначению и условиям резания:

• Черновая обработка
• Чистовая резка

Черновые проходы используются для максимально быстрого удаления большого количества материала из исходной детали, т. е. со значительной скоростью съема материала (MRR), для получения формы, близкой к желаемой форме, но с оставлением некоторого количества материала на детали для последующая отделочная операция. Чистовая резка завершает деталь и обеспечивает окончательные размеры, допуски и качество поверхности. При производственных операциях по механической обработке обычно выполняется один или несколько черновых проходов, за которыми следуют один или два чистовых прохода. Операции черновой обработки выполняются с большими подачами и глубинами: типичны подачи 0,4–1,25 мм/об (0,015–0,050 дюймов/об) и глубины 2,5–20 мм (0,100–0,750 дюйма), но фактические значения зависят от материала заготовки. . Чистовые операции выполняются при малых подачах и глубинах: типичны обеды 0,0125–0,04 мм/об (0,0005–0,0015 дюйма/об) и глубины 0,75–2,0 мм (0,030–0,075 дюйма). ^{[ нужна ссылка ]} Скорость резания при черновой обработке ниже, чем при чистовой обработке.

Смазочно -охлаждающая жидкость часто применяется в процессе обработки для охлаждения и смазки режущего инструмента. Определение необходимости использования смазочно-охлаждающей жидкости и, если да, выбор подходящей смазочно-охлаждающей жидкости обычно входит в объем условий резания.

Сегодня все большую популярность приобретают другие виды резки металла. Примером этого является гидроабразивная резка. Гидроабразивная резка предполагает использование воды под давлением более 620 МПа (90 000 фунтов на квадратный дюйм) и позволяет резать металл и получать готовый продукт. Этот процесс называется холодной резкой, которая исключает повреждения, вызванные зоной термического влияния, в отличие от лазерной и плазменной резки .

Связь субтрактивных и аддитивных методов

С недавним распространением технологий аддитивного производства традиционная механическая обработка в мыслях и на языке была классифицирована как субтрактивный метод производства . В узких контекстах аддитивные и субтрактивные методы могут конкурировать друг с другом. В широком контексте целых отраслей их отношения дополняют друг друга. Каждый метод имеет свои преимущества перед другим. Хотя методы аддитивного производства могут создавать очень сложные конструкции прототипов, которые невозможно воспроизвести путем механической обработки, выбор прочности и материала может быть ограничен. ^[9]

Смотрите также

• Абразивная обработка
• Абразивно-струйная обработка
• Биообработка
• Резка
• Проектирование технологичности для обработки на станках с ЧПУ
• Образование стружки
• Обрабатываемость
• Станки
• Механический цех
• Обработка вибраций
• Управление инструментом

Рекомендации

1. "MAS.863/4.140J-P7" . fab.cba.mit.edu . Массачусетский Институт Технологий . Проверено 22 августа 2016 г.
2. «Страница обработки». Архивировано из оригинала 08 сентября 2018 г. Проверено 5 октября 2011 г.
3. ЗУРАН8. «Токарно-фрезерный состав с ЧПУ и различия в обработке с ЧПУ». все о ЧПУ .{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
4. Обработка: Введение
5. Аддитивное производство делает еще один шаг
6. «Обработка». www.public.iastate.edu . Проверено 22 августа 2016 г.
7. Фу, Гоюй; Хо, Дэхун; Шиха, Ислам; Панчоли, Кетан; Сахарудин, Мохд Шахнил (июль 2019 г.). «Экспериментальное исследование микроизмельчения нанокомпозитов полиэфир/галлуазит-наноглина». Наноматериалы . 9 (7): 917. дои : 10.3390/nano9070917 . ISSN  2079-4991. ПМК 6669872 . ПМИД  31247963. 
8. «Скорости и подачи» . Staff.mica.edu . Проверено 22 августа 2016 г.
9. АДДИТИВНОЕ/СУБТРАКТИВНОЕ ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

Библиография

• Альберт, Марк (17 января 2011 г.), «Вычитание плюс добавка равно больше, чем (- + + = >)», Марк: My Word, Modern Machine Shop , Цинциннати, Огайо, США: Gardner Publications Inc, 83 (9) : 14.

дальнейшее чтение

• Грувер, Микелл П. (2007), «Теория обработки металлов», Основы современного производства (3-е изд.), John Wiley & Sons, Inc., стр. 491–504, ISBN 978-0-471-74485-6
• Оберг, Эрик; Джонс, Франклин Д.; МакКоли, Кристофер Дж.; Хилд, Рикардо М. (2004), Справочник машинного оборудования (27-е изд.), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
• «Практика станков», 6-е издание, RR; Киббе, Дж. Э.; Нили, Р.О.; Мейер и В.Т.; Уайт, ISBN 0-13-270232-0 , 2-е издание, авторские права Прентис Холла 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 и 1979 годов. 

Внешние ссылки

• www.nmri.go.jp/eng, Начальные знания в области металлообработки.
• Видео о механической обработке опубликовано Institut für den Wissenschaftlichen Film. Доступно на AV-портале Национальной библиотеки науки и технологий Германии .
• Обработка коленчатого вала