Maskinbearbetning

Nya Guinea 1943. Den amerikanska arméns mobila verkstadsbil med maskinister som arbetar med bildelar

Maskinbearbetning är en process där ett material (ofta metall) skärs till önskad slutlig form och storlek genom en kontrollerad materialborttagningsprocess. Processerna som har detta gemensamma tema kallas gemensamt för subtraktiv tillverkning , som använder verktygsmaskiner , i motsats till additiv tillverkning (3D-utskrift), som använder kontrollerad addition av material.

Bearbetning är en del av tillverkningen av många metallprodukter , men den kan också användas på andra material som trä , plast , keramik och kompositmaterial . En person som är specialiserad på bearbetning kallas maskinist . Ett rum, en byggnad eller ett företag där bearbetning utförs kallas en maskinverkstad . Mycket av dagens bearbetning utförs med datornumerisk styrning (CNC), där datorer används för att styra rörelsen och driften av kvarnar, svarvar och andra skärmaskiner. Detta ökar effektiviteten, eftersom CNC-maskinen körs obemannad vilket minskar arbetskostnaderna för maskinverkstäder.

Historia och terminologi

Den exakta innebörden av termen bearbetning har utvecklats under de senaste ett och ett halvt århundradet 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 utfördes mestadels för hand, med hjälp av processer som snidning av trä och handsmidning och handfilning av metall . På den tiden skulle millwrights och byggare av nya typer av motorer (vilket betyder mer eller mindre maskiner av alla slag), som James Watt eller John Wilkinson , passa in i definitionen. Substantivt maskinverktyg och verbet att bearbeta ( bearbetad, bearbetning ) existerade ännu inte.

Runt mitten av 1900-talet myntades de senare orden då de begrepp som de beskrev utvecklades till en utbredd existens. Därför, under maskinåldern , avsåg bearbetning (vad vi idag kan kalla) de "traditionella" bearbetningsprocesserna, såsom svarvning , borrning , borrning , fräsning , broschning , sågning , formning , hyvling , slipande skärning , brotschning och gängning . I dessa "traditionella" eller "konventionella" bearbetningsprocesser används verktygsmaskiner , såsom svarvar , fräsmaskiner , borrpressar eller andra, med ett skarpt skärverktyg för att ta bort material för att uppnå en önskad geometri.

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

Under decennierna av 2000- och 2010-talen, när additiv tillverkning (AM) utvecklades bortom dess tidigare laboratorie- och snabba prototypkontexter och började bli vanligt i alla tillverkningsfaser, blev termen subtraktiv tillverkning vanlig retronomt i logisk kontrast med AM, och täckte i huvudsak eventuella borttagningsprocesser som även tidigare omfattats av begreppet bearbetning . De två termerna är faktiskt synonyma , även om den sedan länge etablerade användningen av termen bearbetning fortsätter. Detta är jämförbart med tanken att verbets känsla av kontakt utvecklades på grund av spridningen av sätt att kontakta någon (telefon, e-post, IM, SMS och så vidare) men inte helt ersatte de tidigare termerna som ring , prata med , eller skriv till .

Bearbetningsoperationer

Att göra ett manhålslock ombord i maskinverkstaden på hangarfartyget USS John C. Stennis .

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

  • Svarvningsoperationer är de som roterar arbetsstycket som den primära metoden för att flytta metall mot skärverktyget. Svarvar är det huvudsakliga maskinverktyget som används vid svarvning.
  • Fräsningsoperationer är operationer där skärverktyget roterar för att få skäreggar att anligga mot arbetsstycket. Fräsmaskiner är de viktigaste verktygsmaskinerna som används vid fräsning.
  • Borrningsoperationer är sådana där hål produceras eller förfinas genom att bringa en roterande fräs med skäreggar i den nedre delen i kontakt med arbetsstycket. Borrning utförs främst i borrpressar men ibland på svarvar eller kvarnar.
  • Diverse operationer kanske inte är strikt bearbetning, eftersom de kanske inte producerar spån , men ändå utförs på en typisk verktygsmaskin. Polering är ett exempel; den producerar inga spån men kan utföras vid en svarv, kvarn eller borrpress.

Ett oavslutat arbetsstycke som kräver bearbetning kommer att behöva skäras bort något material för att skapa en färdig produkt. En färdig produkt skulle vara ett arbetsstycke som uppfyller specifikationerna för det arbetsstycket genom tekniska ritningar eller ritningar . Till exempel kan ett arbetsstycke krävas för att ha en specifik ytterdiameter. En svarv är en verktygsmaskin som kan användas för att skapa den diametern genom att rotera ett metallarbetsstycke, så att ett skärverktyg kan skära bort metall och skapa 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 i träbearbetning .

Som en kommersiell satsning utförs bearbetning i allmänhet i en maskinverkstad , som består av ett eller flera arbetsrum som innehåller större verktygsmaskiner. Även om en maskinverkstad kan vara en fristående verksamhet, har många företag interna maskinverkstäder som stödjer företagets specialiserade behov.

Bearbetning kräver uppmärksamhet på många detaljer för att ett arbetsstycke ska uppfylla de specifikationer som anges i tekniska ritningar eller ritningar. Förutom de uppenbara problemen relaterade till korrekta dimensioner, finns det problemet med att uppnå rätt finish eller ytjämnhet på arbetsstycket. Den sämre finishen som finns på den bearbetade ytan av ett arbetsstycke kan orsakas av felaktig fastspänning , ett matt verktyg eller olämplig presentation av ett verktyg. Ofta är denna dåliga ytfinish, känd som chatter, uppenbar genom en böljande eller oregelbunden finish, och uppkomsten av vågor på arbetsstyckets bearbetade ytor.

Grundläggande bearbetningsprocess.

Översikt över bearbetningsteknik

Bearbetning är vilken process som helst där ett skärverktyg används för att ta bort små spån 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 primär rörelse, som kallas "skärhastighet" och en sekundär rörelse som kallas "matning". Verktygets form och dess penetration i arbetsytan, i kombination med dessa rörelser, ger den önskade formen på den resulterande arbetsytan.

Bearbetningsoperationer

Det finns många typer av bearbetningsoperationer, som var och en kan generera en viss detaljgeometri och ytstruktur.

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

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

Vid borrning förs ett verktyg med en enda böjd spetsig spets in i ett grovt gjort hål 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 fräsning flyttas ett roterande verktyg med flera skäreggar långsamt i förhållande till materialet för att skapa en plan eller rak yta. Matningsrörelsens riktning är vinkelrät mot verktygets rotationsaxel. Hastighetsrörelsen tillhandahålls av den roterande fräsen. De två grundläggande formerna av fräsning är:

  • Periferisk fräsning
  • Planfräsning.

Andra konventionella bearbetningsoperationer inkluderar formning, hyvling, broschning och sågning. Även slipning och liknande slipoperationer ingår ofta i kategorin bearbetning.

Skärverktyg

Huvudartikel: Skärverktyg (bearbetning)
En "numerical controlled machining cell machinist" övervakar en B-1B flygplansdel som tillverkas.

Ett skärverktyg har en eller flera vassa skäreggar och är tillverkat av ett material som är hårdare än arbetsmaterialet. Skäreggen tjänar till att separera spån från det ursprungliga arbetsmaterialet. De två ytorna på verktyget är anslutna till skäreggen:

  • Krattatan; och
  • Flanken.

Spånytan som styr flödet av nybildad spån, är orienterad i en viss vinkel kallas spånvinkeln "α". Den mäts i förhållande till planet vinkelrätt mot arbetsytan. Spånvinkeln kan vara positiv eller negativ. Verktygets flanker ger ett spel mellan verktyget och den nyformade arbetsytan, vilket skyddar ytan från nötning, vilket skulle försämra finishen. Denna vinkel mellan arbetsytan och flankytan kallas reliefvinkeln. Det finns två grundläggande typer av skärverktyg:

  • Enpunktsverktyg; och
  • Flera banbrytande verktyg

Ett enspetsverktyg har en skäregg och används för svarvning, borrning och hyvling. Under bearbetningen tränger verktygets spets in under arbetsdelens ursprungliga arbetsyta. Punkten är ibland avrundad till en viss radie, kallad nosradie.

Flera skärande verktyg har mer än en skäregg och uppnår vanligtvis sin rörelse i förhållande till arbetsdelen genom att rotera. Borrning och fräsning använder roterande verktyg med flera skärande eggar. Även om formerna på dessa verktyg skiljer sig från ett enpunktsverktyg, är många delar av verktygsgeometrin lika.

Kapningsförhållanden

Relativ rörelse krävs mellan verktyget och arbetet för att utföra en bearbetningsoperation. Den primära rörelsen utförs med en viss skärhastighet . Dessutom måste verktyget flyttas i sidled över verket. Detta är en mycket långsammare rörelse, som kallas matningen. Den återstående dimensionen av skärningen är skärverktygets penetration under den ursprungliga arbetsytan, kallat skärdjupet. Sammantaget kallas hastighet, matning och skärdjup för skärförhållanden. De utgör de tre dimensionerna av bearbetningsprocessen, och för vissa operationer kan deras produkt användas för att erhålla materialavlägsningshastigheten för processen:

var

  • – materialavlägsningshastigheten i mm 3 /s , ( i 3 /s ),
  • – skärhastigheten i mm/s , ( in/min ),
  • – matningen i mm , ( in ),
  • – skärdjupet i mm , ( in ).
Obs: Alla enheter måste konverteras till motsvarande decimalenheter (eller USCU ).

Stadier i metallskärning

Bearbetningsoperationer delas vanligtvis in i två kategorier, särskiljda av syfte och skärförhållanden :

  • Grovskärningar
  • Avslutande snitt

Grovsnitt används för att ta bort stora mängder material från startarbetsdelen så snabbt som möjligt, dvs med en hög materialavlägsnandehastighet (MRR), för att få en form nära den önskade formen, men lämnar en del material på biten för en efterföljande efterbehandling. Efterbehandlingssnitt används för att färdigställa delen och uppnå den slutliga dimensionen, toleranserna och ytfinishen. I produktionsbearbetningsjobb utförs vanligtvis ett eller flera grovskär på arbetet, följt av ett eller två finskärningar. 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 faktiska värden beror på arbetsstyckets material . Finbearbetning 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. [ citat behövs ] Skärhastigheterna är lägre vid grovbearbetning än vid finbearbetning.

En skärvätska appliceras ofta på bearbetningsoperationen för att kyla och smörja skärverktyget. Att bestämma om en skärvätska ska användas, och i så fall val av rätt skärvätska, ingår vanligtvis i skärtillståndets omfång.

Idag blir andra former av metallskärning allt mer populära. Ett exempel på detta är vattenstråleskärning. Vattenstråleskärning innebär trycksatt vatten över 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 .

Förhållandet mellan subtraktiva och additiva tekniker

Med den senaste tidens spridning av additiv tillverkningsteknik har konventionell bearbetning retroonymt klassificerats, i tanke och språk, som en subtraktiv tillverkningsmetod. I snäva sammanhang kan additiva och subtraktiva metoder konkurrera med varandra. I det breda sammanhanget av hela branscher är deras relation kompletterande. Varje metod har sina egna fördelar framför den andra. Även om additiva tillverkningsmetoder kan producera mycket intrikata prototypdesigner som är omöjliga att replikera genom bearbetning, kan styrka och materialval vara begränsat.

Se även

Bibliografi

Vidare läsning

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Machining&oldid=1141672967 "