Bearbetning - Machining

Nya Guinea 1943. Mobil maskinbil från den amerikanska armén med maskinister som arbetar med bildelar

Bearbetning är en process där ett material (ofta metall) skärs till önskad slutlig form och storlek genom en kontrollerad materialborttagningsprocess. De processer som har detta gemensamma tema kallas kollektivt subtraktiv tillverkning , till skillnad från additiv tillverkning , som använder kontrollerad tillsats av material. Exakt vad den "kontrollerade" delen av definitionen innebär kan variera, men det brukar innebära användning av verktygsmaskiner .

Bearbetning är en del av tillverkningen av många metallprodukter , men det kan också användas på andra material som trä , plast , keramik och kompositmaterial . En person som specialiserat sig på bearbetning kallas maskinist . Ett rum, en byggnad eller ett företag där bearbetning sker kallas en maskinverkstad . Mycket av dagens bearbetning utförs med dator numerisk styrning (CNC), där datorer används för att styra rörelser och drift av kvarnen, svarvarna och andra skärmaskiner. Detta ökar effektiviteten, eftersom CNC -maskinen körs obemannad, vilket minskar arbetskostnaderna för maskinaffärer.

Historia och terminologi

Den exakta innebörden av termen bearbetning har utvecklats under de senaste ett och ett halvt seklet i takt med att tekniken har utvecklats. På 1700 -talet betydde ordet maskinist helt enkelt en person som byggde eller reparerade maskiner . Denna persons arbete gjordes mestadels för hand, med hjälp av processer såsom carving av trä och handsmide och hand arkivering av metall. Vid den tiden skulle millwrights och byggare av nya typer av motorer (vilket betyder mer eller mindre maskiner av något slag), som James Watt eller John Wilkinson , passa definitionen. Substantivet maskinverktyg och verbet att bearbeta ( bearbetat, bearbetning ) fanns ännu inte.

Omkring mitten av 1900 -talet myntades de senare orden när de begrepp som de beskrev utvecklades till en utbredd existens. Därför under Machine Age , bearbetning avses (det vi idag kan kalla) de "traditionella" bearbetningsprocesser, såsom svarvning , borrning , borrning , fräsning , brotschning , sågning , forma , hyvling , brotschning och gäng . I dessa "traditionella" eller "konventionella" bearbetningsprocesser används verktygsmaskiner , såsom svarvar , fräsmaskiner , borrpressar eller andra, med ett skarpt skärverktyg för att avlägsna material för att uppnå önskad geometri.

Sedan tillkomsten av ny teknik under tiden efter andra världskriget, såsom elektrisk urladdningsbearbetning , elektrokemisk bearbetning , elektronstrålebearbetning , fotokemisk bearbetning och ultraljudsbearbetning , kan retronymen "konventionell bearbetning" användas för att skilja den klassiska tekniken från de nyare. I dagens användning innebär termen "bearbetning" utan kvalifikation vanligtvis de traditionella bearbetningsprocesserna.

Under årtiondena av 2000- och 2010 -talen, eftersom additiv tillverkning (AM) utvecklades bortom sina tidigare laboratorium och snabba prototyper och började bli vanligt under alla tillverkningsfaser, blev termen subtraktiv tillverkning vanligt retronymt i logisk kontrast till AM, som huvudsakligen täckte alla borttagningsprocesser som tidigare också omfattades av termen bearbetning . De två termerna är faktiskt synonyma , även om den sedan länge etablerade användningen av termen bearbetning fortsätter. Detta är jämförbart med tanken att verbet känsla av kontakt utvecklats på grund av spridningen av sätt att kontakta någon (telefon, e -post, snabbmeddelanden, SMS och så vidare) men inte helt ersatte de tidigare termerna som samtal , prata med , eller skriva till .

Bearbetning

Att göra en fartygs brunnslock i verkstaden av hangarfartyget USS John C. Stennis .

De tre huvudsakliga bearbetningsprocesserna klassificeras som svarvning , borrning och fräsning . Andra operationer som faller i diverse kategorier inkluderar formning, hyvling, tråkning , broching och sågning.

  • Vändningsoperationer är operationer som roterar arbetsstycket som den primära metoden för att flytta metall mot skärverktyget. Svarvar är det huvudsakliga verktygsmaskinen som används vid svarvning.
  • Fräsoperationer är operationer där skärverktyget roterar för att bringa skärkanterna mot arbetsstycket. Fräsmaskiner är det främsta maskinverktyget som används vid fräsning.
  • Borrningsoperationer är operationer där hål produceras eller förädlas genom att bringa en roterande fräs med skärkanter i nedre extremiteten i kontakt med arbetsstycket. Borrning sker främst i borrpressar men ibland på svarvar eller kvarn.
  • Diverse operationer är operationer som strikt taget kanske inte är bearbetningsoperationer genom att de inte är spånproducerande operationer men dessa operationer utförs med ett typiskt verktygsmaskin. Burnishing är ett exempel på en diverse operation. Burnishing producerar inget spån men kan utföras vid en svarv, kvarn eller borrpress.

Ett oavslutat arbetsstycke som kräver bearbetning måste ha bort något material för att skapa en färdig produkt. En färdig produkt skulle vara ett arbetsstycke som uppfyller specifikationerna för det arbetsstycket genom ritningar eller ritningar . Till exempel kan ett arbetsstycke behöva ha en specifik ytterdiameter. En svarv är ett verktygsmaskin som kan användas för att skapa den diametern genom att rotera ett metallobjekt, så att ett skärverktyg kan skära bort metall, vilket skapar en slät, rund yta som matchar önskad diameter och ytfinish. En borr kan användas för att ta bort metall i form av ett cylindriskt hål. Andra verktyg som kan användas för olika typer av metallborttagning är fräsmaskiner, sågar och slipmaskiner . Många av samma tekniker används vid träbearbetning .

Nyare, avancerade bearbetningstekniker inkluderar precisions- CNC-bearbetning , elektrisk urladdningsbearbetning (EDM), elektrokemisk bearbetning (ECM), laserskärning eller skärning av vattenstråle för att forma metallarbeten.

Som ett kommersiellt företag utförs i allmänhet bearbetning i en maskinverkstad , som består av ett eller flera arbetsrum som innehåller stora verktygsmaskiner. Även om en maskinhandel kan vara en fristående verksamhet, har många företag interna maskinbutiker som stöder företagets specialbehov.

Bearbetning kräver uppmärksamhet på många detaljer för att ett arbetsstycke ska uppfylla specifikationerna i konstruktionsritningarna eller ritningarna. Förutom de uppenbara problemen relaterade till korrekta dimensioner finns problemet med att uppnå korrekt finish eller ytjämnhet på arbetsstycket. Den sämre finishen som finns på den bearbetade ytan på ett arbetsstycke kan orsakas av felaktig fastspänning , ett tråkigt verktyg eller en olämplig presentation av ett verktyg. Ofta är denna dåliga ytfinish, så kallad chatter, tydlig genom en böljande eller oregelbunden finish och vågornas utseende på arbetsstyckets bearbetade ytor.

Grundläggande bearbetningsprocess.

Översikt över bearbetningsteknik

Bearbetning är varje process där ett skärverktyg används för att ta bort små flisar av material från arbetsstycket (arbetsstycket kallas ofta "arbetet"). För att utföra operationen krävs relativ rörelse mellan verktyget och arbetet. Denna relativa rörelse uppnås i de flesta bearbetningsoperationer med hjälp av en primärrörelse, kallad "skärhastighet" och en sekundär rörelse som kallas "matning". Verktygets form och dess penetration i arbetsytan, i kombination med dessa rörelser, ger önskad form av den resulterande arbetsytan.

Bearbetning

Det finns många typer av bearbetningsoperationer, som alla kan generera en viss delgeometri och ytstruktur.

Vid svarvning används ett skärverktyg med en enda skärkant för att ta bort material från ett roterande arbetsstycke för att generera en cylindrisk form. Den primära rörelsen tillhandahålls genom att rotera arbetsstycket, och matningsrörelsen uppnås genom att förskjuta skärverktyget långsamt i en riktning parallell med arbetsstyckets rotationsaxel.

Borrning används för att skapa ett runt hål. Det åstadkoms med ett roterande verktyg som vanligtvis har två eller fyra spiralformade skär. Verktyget matas i en riktning parallell med sin rotationsaxel in i arbetsstycket för att bilda det runda hålet.

Vid tråkning avanceras ett verktyg med en enda böjd spetsig spets till ett grovhål i ett snurrande arbetsstycke för att förstora hålet något och förbättra dess noggrannhet. Det är en fin efterbehandling som används i slutskedet av produkttillverkningen.

Brotschning är en av dimensioneringsoperationerna som tar bort en liten mängd metall från ett redan borrat hål.

Vid fräsen flyttas ett roterande verktyg med flera skärkanter långsamt i förhållande till materialet för att generera ett plan eller en rak yta. Matningsrörelsens riktning är vinkelrät mot verktygets rotationsaxel. Hastighetsrörelsen tillhandahålls av den roterande fräsen. De två grundläggande formerna för fräsning är:

  • Perifer fräsning
  • Ansiktsfräsning.

Andra konventionella bearbetningsoperationer inkluderar formning, hyvling, broaching och sågning. Slipning och liknande slipoperationer ingår också ofta inom kategorin bearbetning.

Skärverktyg

Huvudartikel: Skärverktyg (bearbetning)
En "numeriskt styrd bearbetningscellmaskinist" övervakar en B-1B- flygplansdel som tillverkas.

Ett skärverktyg har en eller flera vassa skär och är tillverkat av ett material som är hårdare än arbetsmaterialet. Spetskanten tjänar till att separera chip från det överordnade arbetsmaterialet. Verktygets två ytor är anslutna till framkanten:

  • Krattans ansikte; och
  • Flanken.

Rakytan som styr flödet av nybildat chip, är orienterad i en viss vinkel kallas rakvinkeln "α". Det mäts i förhållande till planet vinkelrätt mot arbetsytan. Rake -vinkeln kan vara positiv eller negativ. Verktygets flank ger ett utrymme mellan verktyget och den nybildade arbetsytan, vilket skyddar ytan från nötning, vilket skulle försämra ytan. Denna vinkel mellan arbetsytan och flankytan kallas avlastningsvinkel. Det finns två grundläggande typer av skärverktyg:

  • Enpunktsverktyg; och
  • Flertalet banbrytande verktyg

Ett enda punktverktyg har en framkant och används för svarvning, tråkning och hyvling. Under bearbetningen tränger verktygets punkt in under arbetspartens ursprungliga arbetsyta. Punkten rundas ibland till en viss radie, kallad näsradie.

Flera nyskapande verktyg har mer än en framkant och uppnår vanligtvis sin rörelse i förhållande till arbetsdelen genom att rotera. Borrning och fräsning använder roterande verktyg för flera spetsar. Även om formen på dessa verktyg skiljer sig från ett enpunktsverktyg, är många element i verktygsgeometri lika.

Skärvillkor

Relativ rörelse krävs mellan verktyget och arbetet för att utföra en bearbetning. Den primära rörelsen uppnås med en viss skärhastighet . Dessutom måste verktyget flyttas i sidled över arbetet. Detta är en mycket långsammare rörelse, kallad matning. Den återstående dimensionen av snittet är skärverktygets penetrering under den ursprungliga arbetsytan, kallad skärdjup. Sammantaget kallas hastighet, matning och skärdjup skärförhållandena. De bildar bearbetningsprocessens tre dimensioner, och för vissa operationer kan deras produkt användas för att erhålla materialborttagningshastighet för processen:

var

  • - avlägsnande av material i mm 3 /s , ( i 3 /s ),
  • - skärhastigheten i mm/s , ( in/min ),
  • - matningen i mm , ( tum ),
  • - skärdjupet i mm , ( tum ).
Obs! Alla enheter måste konverteras till motsvarande decimaler (eller USCU ).

Steg i metallskärning

Bearbetningsoperationer brukar delas in i två kategorier, kännetecknade av syfte och skärningsförhållanden :

  • Grovskärningar
  • Avsluta snitt

Grovskärningar används för att ta bort stora mängder material från startarbetsdelen så snabbt som möjligt, dvs med en stor materialborttagningshastighet (MRR), för att få fram en form nära den önskade formen, men lämna lite material på biten för en efterföljande efterbehandling. Efterbehandlingar används för att slutföra delen och uppnå den slutliga dimensionen, toleranser och ytfinish. Vid produktionsbearbetningsarbeten utförs vanligtvis en eller flera grovskärningar på arbetet, följt av en eller två efterskärningar. Grovbearbetning utförs vid höga matningar och djup - matningar på 0,4–1,25 mm/varv (0,015–0,050 tum/varv) och djup på 2,5–20 mm (0,100–0,750 tum) är typiska, men de faktiska värdena beror på arbetsstyckets material . Efterbehandling utförs vid låga matningar och djup - matningar på 0,0125–0,04 mm/varv (0,0005–0,0015 tum/varv) och djup på 0,75–2,0 mm (0,030–0,075 tum) är typiska. Klipphastigheterna är lägre vid grovbearbetning än vid efterbehandling.

En skärvätska appliceras ofta på bearbetningen för att kyla och smörja skärverktyget. Att avgöra om en skärvätska ska användas, och i så fall välja rätt skärvätska, ingår vanligtvis inom räckvidden för skärningsförhållandet.

Idag blir andra former av metallskärning alltmer populära. Ett exempel på detta är skärning av vattenstråle. Vattenstråleskärning innebär tryckvatten överstigande 620 MPa (90 000 psi) och kan skära metall och få en färdig produkt. Denna process kallas kallskärning, vilket eliminerar skador som orsakas av en värmepåverkad zon, i motsats till laser- och plasmaskärning .

Förhållande mellan subtraktiva och additiva tekniker

Med den senaste spridningen av additiv tillverkningsteknik har konventionell bearbetning retronymt klassificerats, i tanke och språk, som en subtraktiv tillverkningsmetod . I smala sammanhang kan additiva och subtraktiva metoder konkurrera med varandra. I hela branschens sammanhang kompletterar deras relation. Varje metod har sina egna fördelar framför den andra. Även om additiva tillverkningsmetoder kan producera mycket invecklade prototypdesigner som är omöjliga att replikera genom bearbetning, kan styrka och materialval vara begränsat.

Se även

Referenser

Bibliografi

Vidare läsning

  • Groover, Mikell P. (2007), "Theory of Metal Machining", Fundamentals of Modern Manufacturing (3: e upplagan), John Wiley & Sons, Inc., s. 491–504, ISBN 0-471-74485-9
  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D .; McCauley, Christopher J .; Heald, Ricardo M. (2004), Machinery's Handbook (27: e upplagan), Industrial Press , ISBN 978-0-8311-2700-8.
  • "Machine Tool Practices", sjätte upplagan, av RR; Kibbe, JE; Neely, RO; Meyer & WT; White, ISBN  0-13-270232-0 , andra tryckningen, copyright 1999, 1995, 1991, 1987, 1982 och 1979 av Prentice Hall.

externa länkar