La lavorazione CNC consente di creare componenti con tolleranze ristrette e parti dettagliate in vari metalli o materie plastiche, ed è uno dei metodi di lavorazione migliori per la produzione di pezzi personalizzati e prototipi. Durante la lavorazione CNC, il materiale grezzo viene rimosso in modo selettivo e preciso per produrre un pezzo con una forma prossima a quella finale. Questo tipo di processo di lavorazione è solitamente chiamato anche lavorazione sottrattiva. Poiché l'utensile CNC rimuove continuamente materiale durante il processo di lavorazione, sulla superficie del pezzo si formeranno evidenti segni di lavorazione. Per definire lo spessore di questi segni di lavorazione, si parla di rugosità superficiale dei pezzi lavorati a CNC e la si suddivide in vari gradi di rugosità. Allo stesso tempo, dopo la lavorazione CNC di componenti metallici di precisione, si esegue solitamente un trattamento superficiale sui pezzi per migliorarne la resistenza all'usura, alla corrosione, l'isolamento, l'aspetto estetico o altri requisiti funzionali specifici. Il trattamento superficiale è il processo di formazione artificiale di uno strato superficiale con proprietà meccaniche, fisiche e chimiche diverse da quelle del substrato, attraverso una specifica tecnologia di lavorazione sulla superficie del substrato.
Dopo che la superficie della parte è stata elaborata dal CNC, appare liscia, ma risulta irregolare se vista con una lente di ingrandimento. Nella vita quotidiana, le persone tendono a chiamarla “finitura superficiale”, ma in realtà lo standard unificato internazionale la chiama “rugosità superficiale”. La rugosità superficiale si riferisce alle irregolarità dei piccoli passi e dei minuscoli picchi e avvallamenti presenti su una superficie lavorata. La distanza (distanza d'onda) tra i due picchi o due avvallamenti è molto piccola (inferiore a 1 mm), il che rientra nell'errore di riconoscimento della geometria microscopica. Minore è la rugosità della superficie, più liscia sarà la superficie.
La rugosità superficiale è generalmente determinata dal metodo di lavorazione utilizzato e da altri fattori, come l'attrito tra l'utensile e la superficie del pezzo durante la lavorazione CNC, la deformazione plastica dello strato metallico superficiale quando il truciolo viene separato e la vibrazione ad alta frequenza nel sistema di processo. A causa dei diversi metodi di lavorazione e dei materiali del pezzo, la profondità, la densità, la forma e la consistenza delle tracce lasciate sulla superficie lavorata sono diverse.
Effetto della rugosità superficiale sulle parti
La ruvidità superficiale è strettamente correlata alle proprietà di adattamento, alla resistenza all'usura, alla fatica, alla rigidità del contatto, alle vibrazioni e al rumore delle parti meccaniche e ha un impatto importante sulla durata e sull'affidabilità dei prodotti meccanici. Dopo che le parti sono state lavorate, sulla superficie sono presenti sottili tracce di lavorazione e quanto minore è la rugosità superficiale, tanto più liscia è la superficie. L'influenza specifica della rugosità superficiale sulle parti può fare riferimento ai seguenti punti.
1. La rugosità superficiale influisce sulla resistenza all'usura dei componenti. Più la superficie è ruvida, minore è l'area di contatto effettiva tra le superfici di accoppiamento, maggiore è la pressione e più rapida è l'usura.
2. La rugosità superficiale influisce sulla stabilità delle proprietà di accoppiamento. Per gli accoppiamenti con gioco, più la superficie è ruvida, più è facile che si usuri, in modo che il gioco aumenti gradualmente durante il processo di lavorazione; la resistenza del collegamento.
3. La rugosità superficiale influisce sulla resistenza a fatica dei componenti. Sulla superficie dei componenti ruvidi sono presenti profonde scanalature, sensibili alla concentrazione di sollecitazioni come intagli e crepe, che influiscono negativamente sulla resistenza a fatica dei componenti stessi.
4. La rugosità superficiale influisce sulla resistenza alla corrosione dei componenti. Una superficie ruvida può facilmente consentire a gas o liquidi corrosivi di penetrare nello strato interno del metallo attraverso le microcavità presenti sulla superficie, causando corrosione superficiale.
5. La rugosità superficiale influisce sulla tenuta dei componenti. Le superfici ruvide non consentono un accoppiamento ermetico e gas o liquidi fuoriescono attraverso gli spazi tra le superfici di contatto.
6. La rugosità superficiale influisce sulla rigidità di contatto delle parti. La rigidità di contatto è la capacità della superficie di giunzione delle parti di resistere alla deformazione da contatto sotto l'azione di una forza esterna. La rigidità di una macchina è in gran parte determinata dalla rigidità del contatto tra le parti.
7. Influenzano la precisione di misurazione dei pezzi. La rugosità superficiale della superficie misurata del pezzo e la superficie di misura dello strumento di misura influiscono direttamente sulla precisione della misurazione, soprattutto nelle misurazioni di precisione.
Inoltre, la rugosità superficiale avrà vari gradi di influenza sul rivestimento di placcatura, sulla conduttività termica e sulla resistenza di contatto delle parti, sulle prestazioni di riflessione e radiazione, sulla resistenza al flusso di liquidi e gas e sul flusso di corrente sulla superficie dei conduttori.
Grado standard e selezione della rugosità superficiale
La rugosità superficiale delle parti lavorate a CNC non è un valore casuale, perché la rugosità superficiale è controllabile e deve solo essere preimpostata prima della lavorazione. Tuttavia, in circostanze normali, molte parti non hanno requisiti specifici di rugosità superficiale, a meno che non siano richiesti in alcuni settori specifici, come alcune parti rotanti, scene di vibrazione, impianti medici.
Campi di applicazione diversi richiedono rugosità superficiali diverse. Nello specifico, come scegliere un valore di rugosità superficiale per le tue parti. La prima cosa che dobbiamo considerare è che la superficie del pezzo non deve solo soddisfare i requisiti funzionali, ma considerare anche la razionalità economica. Per la selezione specifica, può essere determinata per analogia con riferimento ai disegni esistenti di parti simili. Con la premessa di soddisfare i requisiti funzionali della parte, è necessario selezionare il più possibile il valore del parametro di rugosità superficiale maggiore per ridurre i costi di lavorazione. In generale, la superficie di lavoro, la superficie di accoppiamento, la superficie di tenuta, la superficie di attrito con elevata velocità di movimento e elevata pressione unitaria delle parti hanno requisiti elevati di levigatezza della superficie e il valore del parametro dovrebbe essere inferiore. Per le superfici non lavorabili, le superfici non adatte e le superfici con bassa precisione dimensionale, i valori dei parametri possono essere maggiori per ridurre i costi di lavorazione.
In conformità con lo standard ISO2632/1-1975 sulla rugosità di lavorazione, attualmente nell'officina di lavorazione CNC AN-Prototype applichiamo i seguenti quattro valori di rugosità superficiale per produrre componenti di alta qualità per i clienti.
Ra=3.2 µm. Questa è la finitura superficiale predefinita per i pezzi lavorati a CNC ed è adatta alla maggior parte dei componenti. La superficie dei pezzi con Ra=3.2 µm è molto liscia, ma i segni di taglio sono ancora visibili, ed è adatta per applicazioni soggette a vibrazioni, carichi e sollecitazioni elevate.
Ra=1.6 µm. Questo livello rappresenta una rugosità superficiale relativamente buona, ottenuta con le condizioni di lavorazione impostate, ma sono ancora visibili lievi segni di taglio. I componenti di questo grado si adattano perfettamente ad altri elementi e sono adatti per applicazioni con movimenti lenti e carichi leggeri, non per rotazioni rapide o vibrazioni intense. Prendendo come esempio l'alluminio 6061, il costo di produzione di un componente con Ra=1.6 µm è circa il 5% superiore a quello di un componente con Ra=3.2 µm, e aumenta con la complessità dei pezzi.
Ra=0.8 µm. Si tratta di un livello di finitura superficiale elevato che richiede un controllo rigoroso delle condizioni di lavorazione ed è più facile da ottenere con rettificatrici cilindriche, senza centri o per superfici piane. I componenti con questo livello di finitura sono generalmente impiegati in applicazioni con carichi leggeri o movimenti poco frequenti. Prendendo come esempio l'alluminio 6061, il costo di produzione di un componente con Ra0.8 µm è circa il 10% superiore a quello di un componente con Ra3.2 µm, e aumenta con la complessità dei pezzi.
Ra=0.4 µm. Questo grado rappresenta la massima qualità di rugosità superficiale. I pezzi con questo grado richiedono solitamente lucidatura o rettifica. Per applicazioni che richiedono superfici molto lisce, è necessario scegliere Ra0.4 µm, come ad esempio le pareti interne dei cuscinetti o gli impianti medicali. Prendendo come esempio l'alluminio 6061, il costo di produzione di un pezzo con Ra0.4 µm è circa il 15% superiore a quello di un pezzo con Ra3.2 µm e aumenta con la complessità dei componenti.
Problemi comuni di rugosità superficiale
Metodi di valutazione e misurazione della rugosità superficiale. La valutazione della rugosità si divide principalmente in metodi di valutazione qualitativi e quantitativi. La cosiddetta valutazione qualitativa consiste nel confrontare la superficie da testare con un campione di riferimento con rugosità superficiale nota e nel valutarne il grado mediante ispezione visiva o tramite microscopio; la valutazione quantitativa consiste invece nel misurare i principali parametri di rugosità della superficie misurata attraverso specifici metodi di misurazione e strumenti corrispondenti, ovvero Ra, Rq, Rz, Ry. Attualmente, i metodi di misurazione della rugosità superficiale comunemente utilizzati includono principalmente il metodo di confronto con campioni, il metodo della sezione ottica, il metodo interferometrico, il metodo dello stilo, ecc.
Significato dei parametri di rugosità superficiale Ra, Rq, Rz, Ry. Ra è la deviazione media aritmetica del contorno, ovvero la media aritmetica della somma dei valori assoluti delle deviazioni del contorno misurate all'interno della lunghezza di campionamento. Rq è la deviazione quadratica media del profilo: il valore quadratico medio dello scostamento del profilo all'interno della lunghezza di campionamento. Rz è l'altezza a 10 punti della rugosità microscopica: la somma dei valori medi delle cinque maggiori altezze dei picchi del contorno e delle cinque maggiori profondità delle valli del contorno all'interno della lunghezza di campionamento. Ry è l'altezza massima del profilo: la distanza massima tra la linea del picco del profilo e la linea centrale della linea di fondo della valle del profilo all'interno della lunghezza di campionamento.
Fattori che influenzano la rugosità superficiale. Molti fattori influenzano la rugosità superficiale dei pezzi, tra cui i più importanti sono la velocità di taglio, la profondità di contatto, la quantità di taglio, l'angolo geometrico dell'utensile di taglio, le vibrazioni dell'utensile di taglio, la durezza del materiale lavorato, la rigidità del pezzo, del dispositivo di fissaggio e della macchina utensile durante la lavorazione CNC, l'uso di fluidi da taglio, ecc.
Trattamento superficiale di pezzi lavorati a CNC
Nel campo della lavorazione di precisione CNC, per le parti che richiedono resistenza e tenacità relativamente elevate, le loro prestazioni lavorative e la durata sono strettamente correlate alle proprietà superficiali e il miglioramento delle proprietà superficiali non può essere ottenuto semplicemente facendo affidamento sui materiali. È molto antieconomico, ma nella lavorazione vera e propria le sue prestazioni devono essere all'altezza degli standard. In questo momento dobbiamo ricorrere a varie tecnologie di trattamento superficiale. Il trattamento superficiale è il processo di formazione artificiale di uno strato superficiale sulla superficie di un substrato attraverso una tecnologia di lavorazione specifica che è diversa dalle proprietà meccaniche, fisiche e chimiche del substrato. Inoltre, per la lavorazione CNC di parti metalliche di precisione, al fine di soddisfare la resistenza all'usura, alla corrosione, all'isolamento, alla decorazione, aumentare la durata delle parti o aggiungere altre funzioni speciali, generalmente adottiamo un trattamento superficiale specifico per soddisfare i requisiti. Per il trattamento superficiale delle parti hardware, comunemente vediamo anodizzazione, galvanica, elettrolucidatura, rivestimento di conversione, passivazione, trafilatura, sabbiatura, verniciatura e spruzzatura di polvere, ecc.
Anodizzazione, l'ossidazione elettrochimica di metalli o leghe. L'alluminio e le sue leghe formano uno strato di pellicola di ossido (isolamento) sul prodotto di alluminio (anodo) sotto l'elettrolita corrispondente e condizioni di processo specifiche sotto l'azione di una corrente applicata. Per anodizzazione, se non diversamente specificato, si intende solitamente l'anodizzazione con acido solforico. Al fine di superare i difetti di durezza superficiale della lega di alluminio, resistenza all'usura, ecc., ampliare l'ambito di applicazione e prolungare la durata, la tecnologia del trattamento superficiale è diventata una parte indispensabile dell'uso delle leghe di alluminio e la tecnologia dell'ossidazione anodica è il più diffuso ed economico. Di. Esistono attualmente due tipi principali di anodizzazione: anodizzazione con acido solforico di tipo II e anodizzazione dura di tipo III (rivestimento duro)
L'anodizzazione con acido solforico di tipo II è il metodo di anodizzazione più comunemente utilizzato. Le pellicole per il processo di anodizzazione con acido solforico sono disponibili in un intervallo di spessore compreso tra 0.0001″ e 001″. Il rivestimento risultante aveva uno spessore totale di penetrazione nel substrato del 67% e un aumento del 33% rispetto alle dimensioni originali della parte. È particolarmente adatto per applicazioni che richiedono durezza e resistenza all'usura.
Tuttavia, l'eventuale presenza di residui di acidi corrosivi è indesiderabile quando le parti sono sottoposte a notevoli sollecitazioni, come ad esempio le parti di aerei. La porosità del film di acido solforico prima della sigillatura è di particolare vantaggio nel trattamento superficiale colorato dell'alluminio e delle sue leghe.
L'allumina porosa assorbe bene i coloranti e la successiva sigillatura aiuta a prevenire la perdita di colore durante l'uso. Sebbene le pellicole anodizzate colorate siano abbastanza veloci, tendono a sbiancare se esposte alla luce solare diretta prolungata. Alcuni dei colori sono: nero, rosso, blu, verde, grigio urbano, marrone coyote e oro. Le parti possono essere trattate chimicamente o meccanicamente prima dell'anodizzazione per ottenere una finitura opaca (antiriflesso).
Vantaggi dell'anodizzazione con acido solforico:
- Meno costoso rispetto ad altri tipi di anodizzazione in termini di prodotti chimici utilizzati, riscaldamento, consumo energetico e tempo necessario per ottenere lo spessore desiderato.
- Più leghe possono essere finite.
- Più duro dell'anodizzazione del cromo.
- Una finitura più chiara consente la colorazione in una più ampia varietà di colori.
- Lo smaltimento dei rifiuti è più semplice dell'anodizzazione del cromo, che aiuta anche a ridurre i costi.
Applicazioni di anodizzazione con acido solforico:
- Armi militari
- Componenti ottici
- Corpo della valvola idraulica
- Ferramenta meccanica
- Contenitori per computer ed elettronica
L'anodizzazione dura di tipo III (rivestimento duro), sebbene solitamente eseguita con elettroliti a base di acido solforico, è più spessa e densa rispetto alla più tradizionale anodizzazione con acido solforico. I rivestimenti duri sono adatti per parti in alluminio in applicazioni estremamente abrasive che richiedono una resistenza all'usura superiore o in ambienti corrosivi che richiedono rivestimenti più spessi, più duri e più durevoli. È utile anche laddove è richiesto un migliore isolamento elettrico. Poiché in alcuni casi l'anodizzazione del rivestimento duro può arrivare fino a pochi millesimi, ciò rende questo tipo di anodizzazione un candidato per il recupero di componenti usurati o mal lavorati.
Proprietà di anodizzazione dura:
- Non conduttore
- Migliora la resistenza all'usura
- Può riparare superfici usurate su alluminio
- Migliora le superfici delle parti per applicazioni di scorrimento
- Può essere tinto di nero; altri colori sono meno decorativi
- Il trattamento superficiale è più duro dell'acciaio per utensili
Applicazioni di anodizzazione dura:
- Camma
- Marce
- valvole
- Pistone
- Parti scorrevoli
- Meccanismo di cerniera
- Giunti rotanti
- Pannello isolante
- Scudo antideflagrante
Galvanotecnica.
La galvanica è il processo di applicazione di uno o più strati di metallo su una parte facendo passare una corrente caricata positivamente attraverso una soluzione contenente ioni metallici disciolti (anodo) e una corrente caricata negativamente attraverso la parte da placcare (catodo). Fin dagli antichi egizi, rivestivano metalli e non metalli con oro o con un processo chiamato “doratura”, il primo trattamento superficiale conosciuto. Alcuni metalli vengono applicati in modo più uniforme di altri, ma l'uso dell'elettricità significa che il metallo depositato scorre più facilmente verso le aree ad alta corrente o i bordi della parte. Questa tendenza è particolarmente evidente con forme complesse o quando si tenta di placcare la parte interna o il diametro interno di una parte. Oltre ad applicare singoli metalli, leghe di materiali come stagno e piombo o zinco e ferro possono essere elettroplaccate contemporaneamente per ottenere le proprietà personalizzate desiderate.
Lucidatura elettrolitica.
L'elettrolucidatura è il processo di levigatura anodica e/o brillantatura di superfici metalliche in soluzioni concentrate acide o alcaline. , predisposto per eseguirlo su acciaio inox o altre leghe ricche di nichel. Anche se può essere eseguita su molti metalli di base come operazione di pre-placcatura, di solito viene eseguita sull'acciaio inossidabile come finitura finale. Fornisce una superficie chimicamente e fisicamente pulita e rimuove qualsiasi ruvidità meccanica della superficie che potrebbe essere dannosa per la produzione di una superficie placcata uniforme e priva di cavità o per le prestazioni e l'aspetto futuri dei prodotti in acciaio inossidabile. Aiuta a sbavare bordi e fori lavorati e rimuove qualsiasi ferro incorporato dal processo di produzione. La corrente è maggiore sui bordi esterni e sugli angoli del pezzo, che sono particolarmente lisci.
Passivazione.
La passivazione viene utilizzata per migliorare le condizioni superficiali dell'acciaio inossidabile sciogliendo il ferro incorporato nella superficie mediante formatura, lavorazione o altre fasi di produzione. Il ferro si corroderà se lasciato incontrollato e spesso sull'acciaio inossidabile appariranno macchie di ruggine grandi o piccole. Per evitare ciò, i pezzi finiti vengono passivati. Questo trattamento prevede l'immersione per un periodo di tempo delle parti in acciaio inox in una soluzione di acido nitrico priva di sali ossidanti, che scioglierà il ferro inglobato e ripristinerà la superficie originale resistente alla corrosione formando una sottile pellicola di ossido trasparente. La passivazione viene utilizzata come operazione di pulizia per fusioni, stampaggi e parti finite di macchine mediante immersione delle parti.
Caratteristiche e vantaggi:
- Fornisce una superficie di pulizia superiore
- L'acciaio inossidabile non arrugginisce e non scolorisce durante l'uso
- Preparazione della superficie per altre finiture come primer o vernice spray
- L'acciaio inossidabile non deve essere placcato per la massima protezione dalla corrosione
- L'acciaio inossidabile passivato non reagisce con altri materiali a causa della contaminazione del ferro
Spazzolato.
Il trattamento di spazzolatura superficiale è un metodo di trattamento superficiale che forma linee sulla superficie del pezzo macinando i prodotti per ottenere un effetto decorativo. Poiché il trattamento della superficie spazzolata può riflettere la struttura dei materiali metallici, è stato amato da un numero sempre maggiore di utenti ed è diventato sempre più ampiamente utilizzato. Il metodo di lavorazione del disegno superficiale dovrebbe scegliere diversi metodi di lavorazione in base ai requisiti dell'effetto del disegno e alle dimensioni e alla forma delle diverse superfici del pezzo. Esistono due modi di disegnare: disegno manuale e disegno meccanico
Sabbiatura
Il processo di pulizia e irruvidimento della superficie del substrato mediante l'impatto del flusso di sabbia ad alta velocità. L'aria compressa viene utilizzata come potenza per formare un raggio a getto ad alta velocità per spruzzare il materiale spruzzato (minerale di rame, sabbia di quarzo, corindone, sabbia di ferro, sabbia di Hainan) sulla superficie del pezzo da lavorare ad alta velocità, in modo che l'aspetto o la forma della superficie esterna del pezzo cambia. , a causa dell'impatto e dell'effetto tagliente dell'abrasivo sulla superficie del pezzo, la superficie del pezzo può ottenere un certo grado di pulizia e diversa rugosità, in modo che le proprietà meccaniche della superficie del pezzo possano essere migliorate, quindi migliorare la resistenza alla fatica del pezzo, aumentandola e rivestendo L'adesione tra gli strati prolunga la durata del film di rivestimento ed è vantaggiosa anche per il livellamento e la decorazione del rivestimento.
verniciatura a polvere
La spruzzatura di polvere utilizza il fenomeno della scarica a corona per far assorbire il rivestimento in polvere sul pezzo in lavorazione. Il processo di spruzzatura della polvere è il seguente: la pistola a spruzzo è collegata all'elettrodo negativo, il pezzo è messo a terra (elettrodo positivo), il rivestimento in polvere viene inviato alla pistola a spruzzo dal sistema di alimentazione della polvere attraverso il gas dell'aria compressa e l'alta la tensione generata dal generatore elettrostatico ad alta tensione viene aggiunta alla parte anteriore della pistola a spruzzo. A causa della scarica corona, nelle sue vicinanze viene generata una carica densa. Quando la polvere viene spruzzata dall'ugello, forma un circuito per formare una particella di vernice carica. È attratto dalla forza elettrostatica sul pezzo con la polarità opposta. All'aumentare della polvere spruzzata, la carica Più si accumula, quando raggiunge un certo spessore, a causa della repulsione elettrostatica, non continuerà ad assorbire, per cui l'intero pezzo otterrà un certo spessore di verniciatura a polvere, e quindi il la polvere verrà fusa, livellata e solidificata dal calore, cioè sulla superficie del pezzo formerà una pellicola di rivestimento dura.
