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Los procesos sustractivos juegan un papel central e indispensable en el mundo de la fabricación, donde los planos de diseño se transforman en piezas sólidas. Actúan como precisión "cuchillos de talla", eliminando sistemáticamente el material para dar metales, plásticos y otras materias primas, formas, tamaños y características de la superficie precisas. Ya sea que sea nuevo en el mundo de la construcción de máquinas o en un ingeniero experimentado que busca optimizar su producción, es esencial una comprensión profunda de girar, molienda, perforación, molienda, aburrido, broche, aserrado, EDM y corte con láser. El corte EDM y el láser son nueve procesos fundamentales y críticos que son las piedras angulares de las capacidades de fabricación de núcleo y rutas de producción óptimas. Exploremos estas cuchillas de proceso que han dado forma a la cara de la industria moderna y aprendemos sobre sus principios, beneficios y aplicaciones.
Torneado
1. Definición central
Girar es un proceso de mecanizado en el que se gira la pieza de trabajoy se utiliza una herramienta fija para cortar, principalmente para mecanizar piezas rotativas (cilíndrica, cónica, cara final, roscas, etc.).
2. Escenarios de aplicación típicos
Industria automotriz: piezas rotativas como ejes de transmisión, pistones, cubos de ruedas, etc.
Fabricación de maquinaria: husillos de máquina herramienta, tornillos, anillos de rodamiento
Industria energética: ejes de turbinas, barriles de cilindro hidráulico
Aeroespacial: ejes de motor, componentes del tren de aterrizaje
3. Ventajas del núcleo
- Alta eficiencia: adecuada para la producción en masa, la sujeción única puede completar múltiples procesos (por ejemplo, cilíndricos, rostros finales, surcos, roscado).
- Alta precisión: precisión subiendo hasta el grado IT6 (tolerancia ± 0.01 mm), RA 0.4-1.6 μm.
- Bajo costo: en comparación con la fresado/molienda, el costo de la herramienta de giro es más bajo, adecuado para el mecanizado económico.
- Adaptable: puede procesar metales (acero, aluminio, titanio), plásticos, materiales compuestos, etc.
4. Clasificación de giro
| Clasificación | Tipo | Características |
|---|---|---|
| Características de procesamiento | Giro externo | Procesar la superficie externa de las piezas del eje |
| Giro interno (aburrido) | Procesamiento de mangas y orificios de cilindros | |
| Girando la cara | Procesar la cara final (plano) de la pieza de trabajo | |
| Giro de hilo | Procesamiento de roscas como pernos y tornillos | |
| Nivel de automatización | Torno | Operación manual, adecuada para lotes pequeños |
| Torno de CNC | Alta precisión, automatización, adecuada para la producción en masa | |
| Centro de giro y fresado | Giro integrado + fresado para reducir los errores de sujeción |
5. Parámetros del proceso clave
Velocidad de corte (VC): la herramienta de carburo girando las piezas de acero generalmente 100-300m/min
Alimento (f): giro rugoso 0.2-0.4 mm/r, giro fino 0.05-0.1 mm/r
Profundidad de corte (AP): giro rugoso 1-5 mm, termina de girar 0.1-0.5 mm
6. Tendencias de desarrollo
Giro de alta velocidad (HST): velocidad del huso 10,000-20,000 rpm para mejorar la eficiencia
Turning duro: alternativa al rectificado, mecanizado directo de acero endurecido (HRC 60+)
Giro inteligente: monitoreo integrado de desgaste de herramientas de IA (por ejemplo, Sandvik Coroplus®)
Ejemplo: los eje de transmisión automotriz se giran con CNC con desbordamiento (IT10, RA 3.2μm) y luego terminando (IT7, RA 0.8μm), con un tiempo de mecanizado de aproximadamente 5 minutos por pieza, que es un aumento del 30% en la eficiencia sobre la molienda convencional.
Molienda
La fresación es un proceso de fabricación para cortary piezas de trabajo de mecanizado al girar herramientas de flota múltiple, que se usa ampliamente para el mecanizado de precisión de superficies planas, superficies curvas, ranuras y otras características. La siguiente es una explicación de sus puntos clave:
(1) Definición del núcleo
Utiliza una herramienta múltiple giratoria (cortador de fresado) para cortar el diente de la pieza de trabajo por diente, eliminar el material a través del movimiento relativo de la herramienta y la pieza de trabajo, y permite el mecanizado de superficies planas, superficies curvas, engranajes, hilos y otras formas geométricas complejas. A diferencia del giro, al fresar la herramienta gira, mientras que la pieza de trabajo suele estar estacionaria o en movimiento de alimentación.
(2) Escenarios de aplicación típicos
Electrónica de consumo:Mecanizado de precisión de CNCde carcasas metálicas para teléfonos celulares, que requieren alta calidad de superficie (AR 0.8 μm o menos).
Fabricación de moho y troqueles: mecanizado de superficie de cavidades (por ejemplo, moldes de inyección, moldes de fundición de troqueles), dependiendo de la molienda simultánea de múltiples eje
Aeroespacial: fresado eficiente de piezas estructurales de aeronaves (vigas de ala de titanio)
Industria automotriz: fresado de superficie de bloque de motor, procesamiento de engranajes de la caja de cambios
3. Precisión y calidad de la superficie
Precisión dimensional: grado IT7-IT10 (tolerancia IT7 aproximadamente ± 0.015 mm, IT10 aproximadamente ± 0.1 mm)
Aspereza de la superficie: RA 0.8-3.2 μm, fresado de precisión de alta velocidad hasta RA 0.4μm
Factores de influencia: Fuente de herramientas (<0.005 mm), rigidez de la máquina, optimización de parámetros de corte
4. Tipo de subdivisión del proceso
| Clasificación | Tipo de ejemplo | Características |
|---|---|---|
| Características de la superficie | Molienda de avión | Use el cortador de fresado de la cara, alta eficiencia |
| Molienda de contorno | Perfiles de formas complejas | |
| Dirección de alimentación | Molienda de ascenso | Buena calidad de superficie, larga vida útil de herramientas |
| Molienda convencional | Corte estable, adecuado para materiales duros | |
| Movimiento de herramientas | Molienda de tres ejes | Procesamiento básico, bajo costo |
| Fresación de enlaces de cinco ejes | Puede procesar superficies complejas como impulsores |
5. Parámetros técnicos clave
Velocidad de corte (VC):Mecanizado de herramientas de carburo Aleación de aluminiohasta 300-800m/min
Alimentamiento por diente (FZ): terminando generalmente 0.01-0.05 mm/diente
Profundidad axial de corte (AP): desgarrador del 5-10% del diámetro de la herramienta, que termina 0.1-0.5 mm
6. Tendencias de la industria
Molienda de alta velocidad(HSM): velocidades de huso de 20,000-60,000 rpm, aumentando la eficiencia en 3-5 veces
Micro-Milling: para dispositivos médicos de precisión, diámetro de la herramienta <0.1 mm
Mecanizado inteligente: el uso de la herramienta de monitor de sensores de fuerza integrados en tiempo real (por ejemplo, sistema de Marpos)
Caso: el marco de Titanium Center del iPhone 14 Pro se molió usandoFresado CNC de 5 ejes, pasando por tres procesos: molienda áspera (IT10), fresado semi-acabado (IT9) y fresado de acabado (IT7), y finalmente dando cuenta de una superficie similar a un espejo con AR 0.6μm, con un tiempo de mecanizado de una sola pieza de aproximadamente 25 minutos.
Perforación
1. Definición central y características del proceso
La perforación es un proceso de fabricación que utiliza una herramienta de corte giratoria(Tring, taladro de paso, etc.) Para mecanizar un orificio circular en un material sólido. Es un proceso sustractivo. Sus características centrales son:
Corte axial: la fuerza de corte principal está a lo largo del eje del taladro
Extracción de chips limitado: los chips deben ser descargados a través del surco de taladro, lo cual es fácil de causar bloqueo
Disipación de calor difícil: aproximadamente el 50% del calor es eliminado por los chips, y el resto se transfiere a la pieza de trabajo/herramienta
2. Aplicaciones industriales típicas
| Industria | Caso | Requisitos especiales |
|---|---|---|
| Fabricación de automóviles | Orificio de aceite del cilindro del motor (φ3-10 mm) | Agujero profundo (L/D = 15-20) Alta rectitud |
| Industria electrónica | PCB Microhole (φ0.1-0.3 mm) | Tolerancia al diámetro del orificio ± 0.01 mm |
| Aeroespacial | Orificio de reducción de peso del ala de la aeronave (φ5-20 mm) | Procesamiento de aleación de titanio, sin requisitos de rebabas |
| Equipo de energía | Autor de enfriamiento de la tubería principal de energía nuclear (φ50-100 mm) | Procesamiento de agujeros profundos de acero inoxidable |
3. Limitaciones de tecnología clave y programas de avance
Limitaciones:
Limitaciones en la relación de profundidad a diámetro: taladro de giro convencional L/D ≤ 10 (exceder el límite conducirá a la desviación, la vibración de la herramienta)
Defectos de calidad de los agujeros: salga de rebabas (rebabas), marca de pared de la pared (marca de charla)
Desgaste de la herramienta: mal centrado debido al desgaste de la cuchilla cruzada
Soluciones avanzadas:
Tecnología de mecanizado de agujeros profundos:
Perforación de pistola (L/D ≤ 100): diseño asimétrico con enfriamiento de aceite de alta presión de punta única (7-20 MPa)
Talinería BTA (L/D≤250): Eliminación de chips de tipo carcasa, la eficiencia de mecanizado aumentó en 3 veces
Tecnología de procesamiento de microholes:
Perforación láser (φ0.01-0.5 mm): para el hoyo de paso de PCB (láser CO₂)
Perforación EDM (φ0.3-3 mm): agujeros de enfriamiento para moldes de carburo
4. Optimización de los parámetros del proceso de perforación
| Parámetros | Perforación normal | Perforación de alta velocidad | Micro-drilling |
|---|---|---|---|
| Velocidad de corte VC | 20-50m/min （HSS） | 80-150m/min (carburo) | 30-60m/min (carburo) |
| Alimento por revolución f | 0.1-0.3 mm/r | 0.05-0.15 mm/r | 0.01-0.05 mm/r |
| Método de enfriamiento | Enfriamiento externo (emulsión) | Enfriamiento interno (8MPA) | Enfriamiento de niebla (MQL) |
5. Tecnología de precisión y mejora de la calidad
Tecnología de orientación:
Guía de manga de perforación (precisión de posición ± 0.02 mm)
Sistema de configuración de herramientas láser (error de posicionamiento <0.005 mm)
Proceso de postprocesamiento:
Reaming (grado IT7, RA 0.8 μm)
Extrusión de perfeccionamiento (desgaste, mejora de la AR del 50%)
El proceso se está desarrollando hacia agujeros ultra profundos (L/D ＞ 300), microporos a nanoescala y procesamiento adaptativo inteligente, y tiene aplicaciones innovadoras en el procesamiento de piezas de la pole de la batería nueva, envasado de chips y otros campos.
Molienda
1. Definición central y características del proceso
La molienda es un proceso de mecanizado ultra precisión que utiliza una rueda de molienda de giro de alta velocidad(ABRISS ABRASIVOS + BOND) Para hacer microcortes en piezas de trabajo, y sus características centrales incluyen:
Corte múltiple: cada arena es equivalente a un borde de microcortes (tamaño de arena #80- #3000)
Profundidad extremadamente delgada de corte: 0.1-10 μm de profundidad de corte con una sola arena.
Corte en frío: el 60% del calor es llevado por los chips (mejor disipación de calor que girar).
2. Aplicaciones industriales típicas
| Campos de aplicación | Casos típicos | Indicadores clave |
|---|---|---|
| Rodamientos de precisión | Llevación de Raceway (HRC62) de rodar (HRC62) | Ronda ≤ 0.5 μm, RA 0.05 μm |
| Equipo médico | Molienda de espejo de cuchilla quirúrgica | Radio de cuchilla ≤ 0.01 μm, sin rebabas |
| Componentes ópticos | Lente de vidrio superficie curva formando molienda | Precisión de la forma de la superficie λ/4 (λ = 632.8 nm) |
| Aeroespacial | Groove de espiga de turbina Gritamiento de precisión | Tolerancia de perfil ± 0.003 mm |
3. Clasificación del proceso de molienda
| Dimensión de clasificación | Tipo de proceso | Características |
|---|---|---|
| Características de la superficie de procesamiento | Molienda de superficie | Agua electromagnética de sujeción, rueda de molienda en forma de V (RA 0.1 μm) |
| Molienda cilíndrica externa | Posicionamiento central, puede procesar ejes delgados (φ0.1 mm) | |
| Molienda cilíndrica interna | Pequeña rueda de molienda (φ3-20 mm), movimiento planetario | |
| Tipo de rueda de molienda | Rueda de molienda de corundum (al₂o₃) | Tipo general, procesamiento de piezas de acero |
| Rueda de molienda CBN (nitruro de boro cúbico) | Procesamiento de material duro (HRC ＞ 55), 10 veces más larga vida | |
| Rueda de molienda de diamantes | Procesamiento de cerámica/carburo, tamaño de partícula hasta #8000 |
4. Parámetros del proceso clave
Velocidad de la línea de la rueda de molienda:
Molilla ordinaria: 30-45m/s
Molilla de alta velocidad (HSG): 80-200m/s (requerida rueda especial)
Velocidad de la pieza de trabajo:
Rolador de precisión: 0.1-1m/min
Molilla profunda de alta eficiencia (HEDG): hasta 100 m/min
Profundidad de control de corte:
Molienda áspera: 5-20 μm/accidente cerebrovascular
Molienda fina: 0.1-1 μm/accidente cerebrovascular
5. Control de calidad de la superficie
Rango de rugosidad:
Molilla ordinaria: RA 0.4-0.8 μm
Molilla de precisión: RA 0.1-0.4 μm (superficie del espejo)
Molilla de ultra precisión: RA <0.05 μm (requeridos las ruedas de molienda afiladas electrolíticas)
Control de la capa metamórfica:
Grosor de la capa blanca <2 μm (quemaduras evitadas por enfriamiento optimizado)
6. Desarrollos tecnológicos avanzados
Molilla de ultra precisión:
Huso aerostático (agitación radial <0.05 μm)
Tecnología de aderezo en línea (precisión del aderezo láser ± 1 μm)
Molienda inteligente:
Monitoreo de energía sistemas anticollision (por ejemplo, sistema de monitoreo de Studer)
Parámetros de optimización gemela digital (predicción de la vida en la rueda)
Mecanizado compuesto:
Mecanizado combinado de molienda electrolítica (mecanizado sin grietas de materiales duros y frágiles)
7. Ejemplo de mecanizado típico
Mecanizado de carreras de rodaje:
Uso de ruedas de molienda CBN (grano#800)
Velocidad lineal 60m/s, velocidad de trabajo de 500 rpm
Logrado RA 0.05 μm, redondez 0.3 μm
Molilla esférica articular articular:
Máquina de molienda de enlace de 5 ejes
Precisión de contorno ± 0.005 mm, pulido de grado estéril de superficie
La tecnología de molienda se está desarrollando hacia la precisión a nivel nano, el control adaptativo inteligente y el procesamiento verde, y continúa rompiendo los límites de precisión en áreas como obleas semiconductores y sistemas microelectromecánicos (MEM).
Aburrido
El perfor es un proceso de mecanizado que utiliza una herramienta de perforación giratoria para recortar los agujeros prefabricados con precisión. Se usa principalmente para mejorar la precisión dimensional (hasta ± 0.005 mm) y la tolerancia de la forma de los agujeros. Por lo general, se usa en el procesamiento de agujeros de precisión del cuerpo de la válvula hidráulica, la corrección del rifling de barril de artillería, etc. Este proceso puede corregir efectivamente las desviaciones de la posición del orificio, lograr una redondez alta (<0.002 mm) y baja rugosidad (RA 0.4 μm), y es uno de los medios centrales para el acabado de agujeros, especialmente adecuado para las necesidades de acabado de agujeros de nivel grande y aguas profundas y bosques especiales.
Brochante
Broaching es una tecnología de procesamiento eficiente que utiliza una broch de dientes múltiples para formar directamente contornos internos complejos en una sola carrera lineal. Por lo general, se usa en el procesamiento por lotes de estructuras de forma especial, como ejes de spline automotriz y ranuras de disparo de pistola. Su ventaja central se encuentra en su capacidad de formación única, que puede garantizar simultáneamente la precisión a nivel de IT7 (± 0.02 mm) y la calidad de la superficie RA 1.6μm. Aunque el costo de las herramientas personalizadas es relativamente alto, el costo de procesamiento de una sola pieza es significativamente más bajo que los procesos de moldeo/forma de engranaje cuando la producción en masa excede las 5.000 piezas, lo que es particularmente adecuado para las necesidades del procesamiento de surco de forma especial de precisión a gran escala.
Aserradura
El aserrado es un proceso que utiliza una herramienta de corte con dientes de sierra para dividir materiales. Se utiliza principalmente para cortar perfiles de metal (como perfiles de aluminio) y división de stock de acero. En comparación con el corte de sierra circular, el corte de sierra de banda tiene importantes ventajas de ahorro de energía, lo que puede reducir el consumo de energía en un 40% mientras se mantiene una alta eficiencia de corte. Es especialmente adecuado para el procesamiento rugoso y el pretratamiento de grandes cantidades de materiales metálicos.
Mecanizado de descarga eléctrica
Electrospark Machining (EDM) es una tecnología de procesamiento especial sin contacto que utiliza la descarga de pulso para corroer materiales conductores. Es particularmente adecuado para procesar materiales sobrealimentados (como carburo cementado) y caries complejas (como texturas de molde de inyección) que son difíciles de procesar con el corte tradicional. Este proceso puede lograr una precisión extremadamente alta de ± 0.005 mm (cable lento) controlando con precisión la energía de descarga, y no está limitado por la dureza del material. Es insustituible en el procesamiento de componentes clave en los campos de la fabricación de moho, aeroespacial, etc.
Corte con láser
El corte con láser es un proceso avanzado que utiliza haces láser de alta energía para realizar el corte de materiales de precisión sin contacto. Es particularmente adecuado para el blanking de alta eficiencia de las piezas de chapa automotriz (como el corte de contorno de la puerta) y el hueco fino de las joyas y otros escenarios de procesamiento de precisión. Con su alta densidad de energía, este proceso puede alcanzar una velocidad de 10 m/min al cortar placas de acero inoxidable de 3 mm mientras se mantiene una precisión de procesamiento de ± 0.1 mm. Tiene las ventajas de alta eficiencia y alta flexibilidad, y se ha convertido en uno de los métodos de procesamiento central de la fabricación moderna de precisión.
Resumen
Desde el arte rotativo del giro tradicional hasta la cuchilla de energía de luz de la cortes láser, estos nueve procesos de mecanizado forman el esqueleto tecnológico central de la fabricación moderna. Cada proceso es como una herramienta exclusiva en una caja de herramientas de precisión: girar de manera eficiente forma a los cuerpos giratorios, la fresación conquista de forma flexible conquista superficies complejas, EDM supera suavemente la rigidez y las esculturas de corte láser sin contacto tienen su propio papel e innovación colaborativa. Con el desarrollo de la tecnología de mecanizado compuesto y la fabricación inteligente digital, los límites de estos procesos se están desenfanando y fusionando (por ejemplo, los centros compuestos de giro de molino pueden sincronizar el 80% de los procesos).
Comprender sus diferencias esenciales y los escenarios de aplicaciones no solo ayuda a los ingenieros a elegir el programa de mecanizado óptimo, sino que también promueve la innovación de procesos y los avances en los límites de fabricación. En el futuro, estos procesos clásicos continuarán siendo profundamente combinados con nuevos materiales y tecnología de IA, y se revitalizarán en campos de vanguardia como la fabricación de micro-nano y las piezas espaciales.
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Preguntas frecuentes
1. ¿Para qué partes se vuelven adecuadas? ¿Por qué es la primera opción para las piezas rotativas?
El giro es el mecanizado eficiente de piezas rotacionalmente simétricas, como ejes, discos y bujes (por ejemplo, roscas, coníneas) por medio de rotación de la pieza de trabajo + alimento lineal de la herramienta. Su ventaja radica en la finalización del mecanizado multifarteros (círculo externo, cara final, surco) en una sola sujeción, y la precisión dimensional puede alcanzar ± 0.01 mm, rugosidad de la superficie RA 1.6 μm, especialmente adecuada para ejes de accionamiento automotriz, accesorios hidráulicos y otra producción de masa.
2. ¿Cuál es la diferencia central entre la molienda y el giro? ¿Cuándo elegir la fresación?
La fresado es la rotación de herramientas + movimiento de la pieza de trabajo, adecuado para planos de mecanizado, superficies curvas, contornos con forma (como cavidades de moho); Mientras giraba es rotación de la pieza de trabajo, especializada en el cuerpo rotativo. La ventaja de la fresación es el enlace de múltiples eje (como el impulsor del complejo de fresado de cinco ejes), pero la eficiencia es menor que la giro. Base de selección: piezas asimétricas elige fresado, cuerpo rotativo elige girar.
3. ¿Por qué aburrido (aburrido) que la perforación (perforación) es más adecuado para el procesamiento de agujeros de precisión?
La perforación solo puede garantizar IT10 ~ IT12 Nivel de precisión (± 0.1 mm), mientras que aburren a través de la herramienta de perforación ajustable para corregir el tamaño de los agujeros prefabricados, la redondez, el grado de posición, la precisión del nivel de hasta 6 (± 0.005 mm). Por ejemplo, los agujeros del cuerpo de la válvula hidráulica deben aburrirse para garantizar la coaxialidad de cada sistema de agujeros, mientras que la perforación solo se usa para desgarrar.
4. Corte láser (corte láser) en comparación con el proceso de corte tradicional ¿Qué ventajas subversivas?
El corte láser corta metal/no metal sin contacto o tensión mecánica, con un ancho de kerf de solo 0.1 mm (el corte de plasma es de aproximadamente 1 mm), y a velocidades muy altas (10 m/min para acero inoxidable de 3 mm). Su flexibilidad admite contornos complejos (por ejemplo, agujeros en forma de metal de chapa automotriz), pero el alto costo del equipo lo hace adecuado para productos de alto valor agregado.
