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Les processus soustractifs jouent un rôle central et indispensable dans le monde de la fabrication, où les plans de conception sont transformés en parties solides. Ils agissent comme des «couteaux de sculpture» de précision, éliminant systématiquement le matériau pour donner des métaux, des plastiques et d'autres matières premières, des formes, des tailles et des caractéristiques de surface. Que vous soyez nouveau dans le monde de la construction de machines ou un ingénieur expérimenté qui cherche à optimiser votre production, une compréhension approfondie de la tournure, du fraisage, du forage, du broyage, de l'ennui, de la broche, du sciage, de la coupe EDM et du laser est essentielle. L'EDM et la coupe laser sont neuf processus fondamentaux et critiques qui sont les pierres angulaires des capacités de fabrication de base et des chemins de production optimaux. Explorons ces lames de processus qui ont façonné le visage de l'industrie moderne et découvrent leurs principes, avantages et applications.
Tournant
1. Définition de base
Le virage est un processus d'usinage dans lequel la pièce est tournéeet un outil fixe est utilisé pour la coupe, principalement pour l'usinage des pièces rotatives (cylindrique, conique, face finale, filetages, etc.).
2. Scénarios d'application typiques
Industrie automobile: pièces rotatives telles que les arbres d'entraînement, les pistons, les moyeux de roue, etc.
Fabrication de machines: broches de machines-outils, vis, anneaux de roulement
Industrie de l'énergie: arbres de turbine, barils de cylindre hydraulique
Aérospatial: arbres de moteur, composants du train d'atterrissage
3. Avantages de base
- Haute efficacité: adapté à la production de masse, un serrage unique peut effectuer plusieurs processus (par exemple, cylindrique, face finale, rainure, filetage).
- Précision élevée: la précision se déplaçant à la qualité IT6 (tolérance ± 0,01 mm), RA 0,4-1,6 μm.
- Faible coût: Comparé au broyage / broyage, le coût de l'outil de virage est inférieur, adapté à l'usinage économique.
- Adaptable: peut traiter les métaux (acier, l'aluminium, le titane), les plastiques, les matériaux composites, etc.
4. Classification de tournage
| Classification | Taper | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Fonctionnalités de traitement | Tournant externe | Traitement de la surface extérieure des pièces d'arbre |
| Tournant interne (ennuyeux) | Manches de traitement et alésages de cylindre | |
| Face Retor | Traitement de la face finale (plan) de la pièce | |
| Tournant | Traitement des filetages tels que des boulons et des vis | |
| Niveau d'automatisation | Tour | Fonctionnement manuel, adapté aux petits lots |
| CNC Lathe | Haute précision, automatisation, adaptée à la production de masse | |
| Centre de tournage et de fraisage | Turning + fraisage intégré pour réduire les erreurs de serrage |
5. Paramètres de processus clés
Vitesse de coupe (VC): outil en carbure de tournant en acier des pièces en acier généralement 100 à 300 m / min
Alimentation (f): tournant rugueux 0,2-0,4 mm / r, tournant fin 0,05-0,1 mm /
Profondeur de coupe (AP): tournant rugueux 1-5 mm, finition tournant 0,1-0,5 mm
6. Tendances de développement
Retour à grande vitesse (HST): vitesse de broche 10 000 à 20 000 tr / min pour améliorer l'efficacité
Tournure dure: alternative au broyage, usinage direct de l'acier durci (HRC 60+)
Tournoire intelligent: surveillance de l'usure des outils AI intégrée (par exemple Sandvik Coroplus®)
Exemple: les arbres de transmission automobiles sont tournés par CNC avec du bravo (IT10, RA 3,2 μm), puis la finition (IT7, RA 0,8 μm), avec un temps d'usinage d'environ 5 minutes par pièce, ce qui représente une augmentation de 30% de l'efficacité par rapport au broyage conventionnel.
Fraisage
Le broyage est un processus de fabrication pour couperet les pièces d'usinage par des outils multi-flûtes en rotation, qui est largement utilisé pour l'usinage de précision des surfaces plates, des surfaces courbes, des rainures et d'autres caractéristiques. Ce qui suit est une explication de ses points clés:
(1) Définition de base
Utilise un outil en plusieurs flux multiples (coupe-frais) pour couper la dent de la pièce par dent, en éliminant le matériau à travers le mouvement relatif de l'outil et de la pièce, et permet l'usinage des surfaces plates, des surfaces courbes, des engrenages, des fils et d'autres formes géométriques complexes. Contrairement au tournage, lors du broyage, l'outil tourne tandis que la pièce est généralement stationnaire ou en mouvement d'alimentation.
(2) scénarios d'application typiques
Électronique grand public:Massage de précision CNCdes boîtiers métalliques pour les téléphones cellulaires, nécessitant une qualité de surface élevée (RA 0,8 μm ou moins).
Fabrication de moisissures et de moules: usinage en surface des cavités (par exemple, moules d'injection, moules de moulage de mat
Aérospatial: fraisage efficace des pièces structurelles des avions (faisceaux d'ailes en titane)
Industrie automobile: Moteur de la surface de la surface, traitement de la boîte de vitesses
3. Précision et qualité de surface
Précision dimensionnelle: Grade IT7-IT10 (tolérance IT7 environ ± 0,015 mm, IT10 environ ± 0,1 mm)
Rugosité de surface: RA 0,8 à 3,2 μm, broyage de précision à grande vitesse jusqu'à RA 0,4 μm
Facteurs d'influence: randonnée de l'outil (<0,005 mm), rigidité de la machine, optimisation des paramètres de coupe
4. Type de subdivision de processus
| Classification | Type Exemple | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Caractéristiques de surface | Broyage d'avion | Utilisez le frappeur de la face, Haute efficacité |
| Broyeur de contour | Profilage de formes complexes | |
| Direction d'alimentation | Grimpage | Bonne qualité de surface, longue durée de vie de l'outil |
| Broyage conventionnel | Coupe stable, adaptée aux matériaux durs | |
| Mouvement de l'outil | Moulin à trois axes | Traitement de base, faible coût |
| Broyeur de liaison à cinq axes | Peut traiter des surfaces complexes telles que les entraves |
5. Paramètres techniques clés
Vitesse de coupe (VC):Alliage en aluminium d'usinage à outils en carburejusqu'à 300-800m / min
Nourrir par dent (FZ): Finition généralement 0,01-0,05 mm / dent
Profondeur axiale de la coupe (AP): brouillage de 5 à 10% de diamètre de l'outil, terminant 0,1-0,5 mm
6. Tendances de l'industrie
Broyage à grande vitesse(HSM): vitesses de broche de 20 000 à 60 000 tr / min, augmentant l'efficacité de 3 à 5 fois
Micro-Milling: pour les dispositifs médicaux de précision, diamètre de l'outil <0,1 mm
Usinage intelligent: les capteurs de force intégrés surveillent l'usure des outils en temps réel (par exemple le système MarPoss))
Cas: le cadre central de titane de l'iPhone 14 Pro a été broyé en utilisantMoulin à 5 axes CNC, en passant par trois processus: broyage rugueux (IT10), fraisage semi-finish (IT9) et finition de fraisage (IT7), et réalisant finalement une surface en forme de miroir avec RA 0,6 μm, avec un temps d'usinage à une seule pièce d'environ 25 minutes.
Forage
1. Définition et caractéristiques du processus de base
Le forage est un processus de fabrication qui utilise un outil de coupe rotatif(Twist Drill, pas de foret, etc.) Pour machiner un trou circulaire dans un matériau solide. C'est un processus soustractif. Ses caractéristiques de base sont:
Coupe axiale: la principale force de coupe est le long de l'axe de la perceuse
Élimination limitée des puces: les puces doivent être déchargées à travers la rainure de forage, ce qui est facile à provoquer un blocage
Dissie de chaleur difficile: environ 50% de la chaleur est enlevée par les chips, et le reste est transféré à la pièce / outil
2. Applications industrielles typiques
| Industrie | Dossier de demande | Exigences spéciales |
|---|---|---|
| Fabrication d'automobile | Trou d'huile du cylindre du moteur (φ3-10 mm) | Trou profond (l / d = 15-20) la rectitude élevée |
| Industrie électronique | Microhole PCB (φ0.1-0,3 mm) | Tolérance au diamètre du trou ± 0,01 mm |
| Aérospatial | Trou de réduction du poids des longerons de l'aile (φ5-20 mm) | Traitement en alliage en titane, aucune exigence de bavure |
| Équipement énergétique | Trou de refroidissement du tuyau principal de l'alimentation nucléaire (φ50-100 mm) | Traitement des trous profonds en acier inoxydable |
3. Limitations de technologie clés et programmes révolutionnaires
Limites:
Limitations sur le rapport de profondeur / diamètre: perceuse de torsion conventionnelle L / D ≤ 10 (dépasser la limite entraînera une déviation, vibration de l'outil)
Défauts de qualité des trous: Burrs de sortie (bavure), marque de bavardage de paroi de trou (marque de bavardage)
Usure d'outil: Mauvais centrage en raison d'une usure de lame croisée
Solutions avancées:
Technologie d'usinage des trous profonds:
Forage du pistolet (L / D ≤ 100): conception asymétrique avec un seul bord de pointe, refroidissement à l'huile à haute pression (7-20 MPa)
Forage BTA (L / D≤250): Élimination des puces de type de boîtier, L'efficacité d'usinage a augmenté de 3 fois
Technologie de traitement de micro-trous:
Forage au laser (φ0.01-0,5 mm): pour PCB à travers (laser Co₂)
Forage EDM (φ0,3-3 mm): trous de refroidissement pour les moules en carbure
4. Optimisation des paramètres du processus de forage
| Paramètres | Forage normal | Forage à grande vitesse | Micro-linge |
|---|---|---|---|
| VC de vitesse de coupe | 20-50m / min （HSS） | 80-150 m / min (carbure) | 30-60 m / min (carbure) |
| Feed par révolution F | 0,1-0,3 mm / r | 0,05-0,15 mm / r | 0,01-0,05 mm / r |
| Méthode de refroidissement | Refroidissement externe (émulsion) | Refroidissement interne (8MPA) | Refroidissement de la brume (MQL) |
5. Technologie de précision et d'amélioration de la qualité
Technologie d'orientation:
Guide du manchon de forage (précision de position ± 0,02 mm)
Système de réglage de l'outil laser (erreur de prépositionnement <0,005 mm)
Processus de post-traitement:
Alésage (grade IT, ra 0,8 μm)
Rabattage d'extrusion (déburrage, amélioration RA de 50%)
Le processus se développe vers des trous ultra-profonds (L / D ＞ 300), des micropores à l'échelle nanométrique et un traitement adaptatif intelligent, et possède des applications révolutionnaires dans le traitement de la pièce de pôles de batterie de nouvelles batteries, l'emballage de puces et d'autres champs.
Affûtage
1. Définition et caractéristiques du processus de base
Le broyage est un processus d'usinage ultra-précision qui utilise une roue rotative à grande vitesse(Grits abrasifs + liaison) Pour faire des micro-coupes sur les pièces, et ses caractéristiques de base comprennent:
Coupe à plusieurs flux: chaque grain équivaut à un bord de micro-coupe (Grit Taille # 80- # 3000)
Profondeur extrêmement mince de coupe: 0,1-10 μm de profondeur de coupe avec un seul grain.
Couper à froid: 60% de la chaleur est emportée par les copeaux (meilleure dissipation de la chaleur que de virage).
2. Applications industrielles typiques
| Champs d'application | Cas typiques | Indicateurs clés |
|---|---|---|
| Roulements de précision | Bouetter le broyage de la voie de course (HRC62) | Rondeur ≤ 0,5 μm, RA 0,05 μm |
| Équipement médical | Broyage du miroir de lame chirurgicale | Rayon de lame ≤ 0,01 μm, pas de bavures |
| Composants optiques | Lentille en verre de surface incurvée formant le broyage | Précision de la forme de surface λ / 4 (λ = 632,8 nm) |
| Aérospatial | Turbine Blade Tenon Groove Precision Gringing | Tolérance au profil ± 0,003 mm |
3. Classification de processus de meulage
| Dimension de classification | Type de processus | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Traitement des caractéristiques de surface | Broyage de surface | Croisement électromagnétique du mandrin, roue de broyage en forme de V (RA 0,1 μm) |
| Broyage cylindrique externe | Positionnement central, peut traiter des arbres minces (φ0,1 mm) | |
| Broyage cylindrique interne | Petite roue de broyage (φ3-20 mm), mouvement planétaire | |
| Type de roue de broyage | Roue de broyage en corundum (al₂o₃) | Type général, traitement des pièces en acier |
| Roue de broyage CBN (nitrure de bore cube) | Traitement du matériel dur (HRC ＞ 55), 10 fois plus de durée de vie | |
| Roue de broyage en diamant | Traitement en céramique / carbure, taille des particules jusqu'à # 8000 |
4. Paramètres de processus clés
Brance de broyage de la conduite de roue:
Broyage ordinaire: 30-45m / s
Broyage à grande vitesse (HSG): 80-200 m / s (roue spéciale requise)
Vitesse de pièce:
Precision grinding: 0.1-1m/min
Broyage profond à haute efficacité (HEDG): jusqu'à 100 m / min
Profondeur du contrôle de la coupe:
Rough grinding: 5-20μm/stroke
Broyage fin: 0,1-1 μm / trait
5. Contrôle de la qualité de surface
Plage de rugosité:
Ordinary grinding: Ra 0.4-0.8μm
Broyage de précision: RA 0,1 à 0,4 μm (surface du miroir)
Souffronson ultra-précisé
Contrôle de couche métamorphique:
White layer thickness <2μm (burns avoided by optimized cooling)
6. Développements technologiques avancés
Broyage ultra-précisément:
Broche aérostatique (ruisseau radial <0,05 μm)
Technologie de pansement en ligne (précision du pansement au laser ± 1 μm)
Broyage intelligent:
Systèmes anti-collision de surveillance de l'énergie (par exemple le système de surveillance des études)
Paramètres d'optimisation du double numérique (prédiction de la durée de vie des roues)
Composite machining:
Usinage combiné de broyage-électrolytique (usinage sans fissure des matériaux durs et cassants)
7. Exemple d'usinage typique
Usinage de roulement de roulement:
Using CBN grinding wheels (#800 grit)
Vitesse linéaire 60m / s, vitesse de pièce 500 tr / min
PRA réalisé 0,05 μm, rondeur 0,3 μm
Broyage sphérique articulé artificiel:
Machine de broyage de liaison à 5 axes
Précision des contour ± 0,005 mm, polissage de qualité stérile de surface
La technologie de broyage se développe vers la précision des nano-niveaux, le contrôle adaptatif intelligent et le traitement vert, et continue de franchir les limites de précision dans des domaines tels que les plaquettes de semi-conducteur et les systèmes micro-électromécaniques (MEMS).
Ennuyeux
L'alésage est un processus d'usinage qui utilise un outil d'encouragement rotatif pour réduire précisément les trous préfabriqués. It is mainly used to improve the dimensional accuracy (up to ±0.005mm) and shape tolerance of holes. Il est généralement utilisé dans le traitement des trous de précision du corps de la valve hydraulique, la correction de fusil en baril d'artillerie, etc. Ce processus peut efficacement corriger les écarts de position des trous, atteindre une rondeur élevée (<0,002 mm) et une rugosité faible (RA 0,4 μm), et est l'un des principaux moyens de la finition des trous, en particulier pour les besoins de finition de trous profonds et de trous spéciaux.
Broche
Le brochage est une technologie de traitement efficace qui utilise une broche multi-dents pour former directement des contours internes complexes en une seule course linéaire. It is typically used in batch processing of special-shaped structures such as automotive spline shafts and gun trigger slots. Son avantage central réside dans sa capacité de formation unique, qui peut simultanément assurer la précision de niveau 7 (± 0,02 mm) et la qualité de surface RA 1,6 μm. Bien que le coût des outils personnalisés soit relativement élevé, le coût de traitement monobloc est nettement inférieur à celui des processus de fraisage / de mise en forme des engrenages lorsque la production de masse dépasse 5 000 pièces, ce qui convient particulièrement aux besoins du traitement des rainures de forme spéciale de précision à grande échelle.
Sciage
Le sciage est un processus qui utilise un outil de coupe avec des dents de scie pour diviser les matériaux. Il est principalement utilisé pour couper les profils de métaux (tels que les profils en aluminium) et le fractionnement des stocks en acier. Par rapport à la coupe circulaire des scies, la coupe des scies à bande présente des avantages d'économie d'énergie importants, ce qui peut réduire la consommation d'énergie de 40% tout en maintenant une efficacité de coupe élevée. Il convient particulièrement au traitement rugueux et au prétraitement de grandes quantités de matériaux métalliques.
Usinage à décharge électrique
L'usinage électrofilé (EDM) est une technologie de traitement spéciale sans contact qui utilise une décharge d'impulsions pour corroder les matériaux conducteurs. Il est particulièrement adapté au traitement des matériaux surhard (tels que du carbure cimenté) et des cavités complexes (telles que des textures de moisissure d'injection) qui sont difficiles à traiter avec la coupe traditionnelle. Ce processus peut atteindre une précision extrêmement élevée de ± 0,005 mm (fil lent) en contrôlant avec précision l'énergie de décharge, et n'est pas limité par la dureté du matériau. Il est irremplaçable dans le traitement des composants clés dans les champs de fabrication de moisissures, aérospatiale, etc.
Coupure laser
La coupe laser est un processus avancé qui utilise des faisceaux laser à haute énergie pour effectuer une coupe de précision sans contact des matériaux. Il convient particulièrement à l'emplacement à haute efficacité des pièces en tôles automobiles (telles que la découpe des contour de portes) et le creux fin des bijoux et d'autres scénarios de traitement de précision. Avec sa densité d'énergie élevée, ce processus peut atteindre une vitesse de 10 m / min lors de la coupe des plaques en acier inoxydable de 3 mm tout en maintenant une précision de traitement de ± 0,1 mm. Il présente les avantages à la fois à haute efficacité et à élever, et est devenu l'une des méthodes de traitement de base de la fabrication de précision moderne.
Résumé
De l'art rotatif du tournant traditionnel vers la lame d'énergie légère de la coupe laser, ces neuf processus d'usinage forment le squelette technologique central de la fabrication moderne. Chaque processus est comme un outil exclusif dans une boîte à outils de précision - transformant efficacement les corps rotatifs, le moulage conquiert de manière flexible les surfaces complexes, EDM surmonte doucement la rigidité et les sculptures de coupe laser sans contact - chacun d'eux a son propre rôle et son propre innovation. Avec le développement de la technologie d'usinage composite et de la fabrication intelligente numérique, les limites de ces processus se brouillent et fusionnent (par exemple, les centres composites de virage à l'usine peuvent synchroniser 80% des processus).
Comprendre leurs différences et scénarios d'application essentiels aide non seulement les ingénieurs à choisir le programme d'usinage optimal, mais favorisent également l'innovation des processus et les percées dans les limites de fabrication. À l'avenir, ces processus classiques continueront d'être profondément combinés avec de nouveaux matériaux et une technologie d'IA, et seront revitalisés dans des champs de pointe tels que la fabrication de micro-nano et les pièces spatiales.
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FAQ
1. Pour quelles pièces deviennent adaptées? Pourquoi est-ce le premier choix pour les pièces rotatives?
Le virage est l'usinage efficace des pièces symétriques en rotation telles que les arbres, les disques et les bagues (par exemple les filetages, les rétrécissements) au moyen de rotation de la pièce + alimentation linéaire de l'outil. Son avantage réside dans l'achèvement de l'usinage multi-fonctionnaires (cercle externe, face finale, rainure) en un seul serrage, et la précision dimensionnelle peut atteindre ± 0,01 mm, rugosité de surface RA de 1,6 μm, en particulier adapté aux arbres d'entraînement automobile, à des raccords hydrauliques et à une autre production de masse.
2. Quelle est la différence centrale entre le broyage et le virage? Quand choisir le fraisage?
Le broyage est la rotation des outils + le mouvement de la pièce, adapté aux plans d'usinage, aux surfaces incurvées, aux contours en forme (tels que les cavités de moisissure); Bien que le tournant soit la rotation de la pièce, spécialisée dans le corps rotatif. L'avantage du broyage est la liaison multi-axe (comme la roue du complexe de fraisage à cinq axes), mais l'efficacité est plus faible que le virage. Base de sélection: Parts asymétriques Choisissez le broyage, le corps rotatif Choisissez de tourner.
3. Pourquoi l'ennui (ennuyeux) que le forage (forage) est plus adapté au traitement des trous de précision?
Le forage ne peut garantir que 10 ~ it12 niveau de précision (± 0,1 mm), tout en ennuyant l'outil d'alésage réglable pour corriger la taille des trous préfabriqués, une rondeur, un degré de position, la précision du niveau jusqu'à IT6 (± 0,005 mm). Par exemple, les trous de carrosserie hydrauliques doivent être ennuyés pour assurer la coaxialité de chaque système de trous, tandis que le forage n'est utilisé que pour le brouillage.
4. Coupe laser (coupe laser) par rapport au processus de coupe traditionnel Quels avantages subversifs?
Coupe au laser Coupe en métal / non-métal sans contact ni contrainte mécanique, avec une largeur de kerf de seulement 0,1 mm (la coupe du plasma est d'environ 1 mm), et à des vitesses très élevées (10 m / min pour l'acier inoxydable de 3 mm). Sa flexibilité prend en charge des contours complexes (par exemple, trous en forme dans la tôle automobile), mais le coût élevé de l'équipement le rend adapté à des produits à haute valeur ajoutée.
