Obróbka CNC może tworzyć części o wąskich wymaganiach tolerancji oraz szczegółowe części z różnych metali lub tworzyw sztucznych i jest jedną z najlepszych metod przetwarzania części niestandardowych i produkcji prototypów. Podczas obróbki CNC surowiec jest selektywnie i precyzyjnie usuwany, aby wytworzyć część o kształcie zbliżonym do netto. Ten rodzaj procesu obróbki jest zwykle nazywany także produkcją subtraktywną. Ponieważ narzędzie CNC w sposób ciągły usuwa surowce podczas procesu obróbki, na powierzchni części pozostaną widoczne ślady narzędzia. Aby określić grubość tych śladów narzędzi, nazywamy ją chropowatością powierzchni części obrabianych CNC i dzielimy ją na różne stopnie chropowatości. Jednocześnie po obróbce CNC precyzyjnych części metalowych zwykle poddajemy powierzchni części obróbkę, aby poprawić ich odporność na zużycie, odporność na korozję, izolację, dekorację lub inne specjalne wymagania funkcjonalne. Obróbka powierzchniowa to proces sztucznego formowania warstwy wierzchniej o właściwościach mechanicznych, fizycznych i chemicznych odmiennych od właściwości podłoża, poprzez specyficzną technologię przetwarzania na powierzchni podłoża.
Powierzchnia części po obróbce CNC wygląda na gładką, ale oglądana przez szkło powiększające jest nierówna. W życiu codziennym ludzie zwykle nazywają to „wykończeniem powierzchni”, ale w rzeczywistości międzynarodowa ujednolicona norma nazywa to „chropowatością powierzchni”. Chropowatość powierzchni odnosi się do nierówności małych nachyleń oraz drobnych szczytów i dolin, które ma obrobiona powierzchnia. Odległość (odległość fali) pomiędzy dwoma szczytami lub dwoma dolinami jest bardzo mała (poniżej 1 mm), co należy do błędu rozpoznawania geometrii mikroskopowej. Im mniejsza chropowatość powierzchni, tym gładsza jest powierzchnia.
Chropowatość powierzchni jest zwykle kształtowana przez zastosowaną metodę obróbki i inne czynniki, takie jak tarcie między narzędziem a powierzchnią części podczas obróbki CNC, odkształcenie plastyczne metalu warstwy powierzchniowej podczas oddzielania wióra oraz wibracje o wysokiej częstotliwości w układ procesowy. Ze względu na różne metody obróbki i materiały przedmiotu obrabianego, głębokość, gęstość, kształt i tekstura śladów pozostawianych na obrabianej powierzchni są różne.
Wpływ chropowatości powierzchni na części
Chropowatość powierzchni jest ściśle związana z właściwościami dopasowania, odpornością na zużycie, wytrzymałością zmęczeniową, sztywnością styku, wibracjami i hałasem części mechanicznych i ma istotny wpływ na żywotność i niezawodność produktów mechanicznych. Po obróbce części na powierzchni znajdują się drobne ślady obróbki, a im mniejsza chropowatość powierzchni, tym gładsza jest powierzchnia. Specyficzny wpływ chropowatości powierzchni na części może odnosić się do następujących punktów.
1. Chropowatość powierzchni wpływa na odporność części na zużycie. Im bardziej chropowata powierzchnia, tym mniejsza efektywna powierzchnia styku współpracujących powierzchni, tym większy nacisk i szybsze zużycie.
2. Chropowatość powierzchni wpływa na stabilność właściwości pasowania. W przypadku luzu im bardziej chropowata powierzchnia, tym łatwiej się zużywa, tak że szczelina stopniowo zwiększa się podczas procesu obróbki; siła połączenia.
3. Chropowatość powierzchni wpływa na wytrzymałość zmęczeniową części. Na powierzchni chropowatych części znajdują się duże zagłębienia, które są wrażliwe na koncentrację naprężeń w postaci ostrych nacięć i pęknięć, wpływając w ten sposób na wytrzymałość zmęczeniową części.
4. Chropowatość powierzchni wpływa na odporność części na korozję. Szorstka powierzchnia może łatwo spowodować przedostanie się żrącego gazu lub cieczy do wewnętrznej warstwy metalu przez mikroskopijne doliny na powierzchni, powodując korozję powierzchni.
5. Chropowatość powierzchni wpływa na uszczelnienie części. Szorstkie powierzchnie nie przylegają ściśle, a gaz lub ciecz wycieka przez szczeliny pomiędzy powierzchniami stykowymi.
6. Chropowatość powierzchni wpływa na sztywność kontaktową części. Sztywność stykowa to zdolność powierzchni złącza części do przeciwstawienia się odkształceniu stykowemu pod wpływem siły zewnętrznej. Sztywność maszyny w dużej mierze zależy od sztywności styku części.
7. Wpływ na dokładność pomiaru części. Chropowatość powierzchni mierzonej powierzchni części i powierzchnia pomiarowa narzędzia pomiarowego będą miały bezpośredni wpływ na dokładność pomiaru, szczególnie w przypadku pomiaru precyzyjnego.
Ponadto chropowatość powierzchni będzie miała różny wpływ na powłokę galwaniczną, przewodność cieplną i rezystancję stykową części, parametry odbicia i promieniowania, odporność na przepływ cieczy i gazu oraz przepływ prądu na powierzchni przewodników.
Norma gatunku i dobór chropowatości powierzchni
Chropowatość powierzchni części obrabianych CNC nie jest wartością przypadkową, ponieważ chropowatość powierzchni można kontrolować i należy ją jedynie ustawić przed obróbką. Jednak w normalnych okolicznościach wiele części nie ma określonych wymagań dotyczących chropowatości powierzchni, chyba że są one wymagane w niektórych określonych branżach, takich jak niektóre części obrotowe, sceny wibracyjne, implanty medyczne czekają.
Różne obszary zastosowań wymagają różnej chropowatości powierzchni. W szczególności, jak wybrać wartość chropowatości powierzchni dla swoich części. Pierwszą rzeczą, którą musimy wziąć pod uwagę, jest to, że powierzchnia części powinna nie tylko spełniać wymagania funkcjonalne, ale także uwzględniać racjonalność ekonomiczną. W przypadku konkretnego wyboru można go określić analogicznie w odniesieniu do istniejących rysunków podobnych części. Zakładając spełnienie wymagań funkcjonalnych części, należy w miarę możliwości wybierać większą wartość parametru chropowatości powierzchni, aby obniżyć koszty obróbki. Ogólnie rzecz biorąc, powierzchnia robocza, powierzchnia współpracująca, powierzchnia uszczelniająca, powierzchnia cierna o dużej prędkości ruchu i dużym nacisku jednostkowym części mają wysokie wymagania dotyczące gładkości powierzchni, a wartość parametru powinna być mniejsza. W przypadku powierzchni niepracujących, niepasujących i powierzchni o niskiej dokładności wymiarowej wartości parametrów mogą być większe, aby obniżyć koszty obróbki.
Według ISO2632/1-1975 standard chropowatości obróbki, obecnie w warsztacie obróbczym CNC AN-Prototype, wdrażamy następujące cztery wartości chropowatości powierzchni, aby wytwarzać wysokiej jakości części dla klientów.
Ra=3.2um. Jest to domyślne wykończenie powierzchni części obrabianych CNC i jest odpowiednie dla większości części. Powierzchnia części Ra3.2um jest bardzo gładka, ale nadal widać ślady cięcia i nadaje się do scen narażonych na wibracje, obciążenia i duże obciążenia.
Ra=1.6 um. Ten poziom oznacza stosunkowo dobrą chropowatość powierzchni, obrabianej w ustalonych warunkach, ale nadal można dostrzec niewielkie ślady cięcia. Części tego gatunku ściśle pasują do innych komponentów i nadają się do zastosowań, w których poruszają się wolno i są lekko obciążone, a nie w przypadku szybkich obrotów lub silnych wibracji. Biorąc za przykład aluminium 6061, koszt produkcji Ra1.6um jest o około 5% wyższy niż w przypadku Ra3.2 i rośnie wraz ze złożonością części.
Ra=0.8um. Jest to wysoki poziom wykończenia powierzchni, który musi być wytwarzany w ściśle kontrolowanych warunkach i jest łatwiejszy do uzyskania za pomocą szlifierek cylindrycznych, bezkłowych lub szlifierek do płaszczyzn. Części tego poziomu zwykle działają w scenach z niewielkim obciążeniem lub rzadkimi ruchami. Biorąc za przykład aluminium 6061, koszt produkcji Ra0.8um jest o około 10% wyższy niż w przypadku Ra3.2 i rośnie wraz ze złożonością części.
Ra=0.4 um. Gatunek ten charakteryzuje się najwyższą jakością chropowatości powierzchni. Części tego gatunku zwykle wymagają polerowania lub szlifowania szmerglowego. W przypadku scen wymagających bardzo gładkich powierzchni konieczne jest wybranie Ra0.4um, np. wewnętrzna ściana łożysk lub implantów medycznych. Biorąc za przykład aluminium 6061, koszt produkcji Ra0.4um jest o około 15% wyższy niż Ra3.2 i rośnie wraz ze złożonością części.
Typowe problemy z chropowatością powierzchni
Metody oceny i pomiaru chropowatości powierzchni. Ocena chropowatości dzieli się głównie na metody oceny jakościowej i ilościowej. Tzw. ocena jakościowa polega na porównaniu badanej powierzchni ze znaną próbką porównawczą chropowatości powierzchni i ocenie jej stopnia na podstawie oględzin lub za pomocą mikroskopu; oraz Ocena ilościowa polega na zmierzeniu głównych parametrów chropowatości mierzonej powierzchni za pomocą określonych metod pomiarowych i odpowiednich przyrządów. Parametry te to Ra, Rq, Rz, Ry. Obecnie powszechnie stosowane metody pomiaru chropowatości powierzchni obejmują głównie metodę porównywania próbek, metodę przekroju lekkiego, metodę interferencyjną, metodę rysika itp.
Znaczenie parametrów chropowatości powierzchni Ra, Rq, Rz, Ry. Ra jest średnią arytmetyczną odchylenia konturu, to znaczy średnią arytmetyczną sumy wartości bezwzględnych zmierzonych odchyleń konturu w obrębie długości próbkowania. Rq to średniokwadratowe odchylenie profilu: średnia kwadratowa wartość przesunięcia profilu w obrębie długości próbkowania. Rz to 10-punktowa wysokość mikroskopijnej chropowatości: suma średnich wartości pięciu największych wysokości pików konturowych i pięciu największych głębokości dolin konturowych w obrębie długości próbkowania. Ry to maksymalna wysokość profilu: maksymalna odległość między linią szczytową profilu a linią środkową dolnej linii doliny profilu w obrębie długości próbkowania.
Czynniki wpływające na chropowatość powierzchni. Istnieje wiele czynników wpływających na chropowatość powierzchni części, wśród których najważniejsze to prędkość skrawania, głębokość zagłębienia, wielkość skrawania, geometryczny kąt narzędzia tnącego, wibracje narzędzia tnącego, twardość obrabianego materiału, sztywność przedmiotu obrabianego, mocowanie i obrabiarki podczas obróbki CNC Sztywność, użycie chłodziwa itp.
Obróbka powierzchniowa części obrabianych CNC
W dziedzinie precyzyjnej obróbki CNC, w przypadku części wymagających stosunkowo dużej wytrzymałości i wytrzymałości, ich wydajność robocza i żywotność są ściśle powiązane z właściwościami powierzchni, a poprawy właściwości powierzchni nie można osiągnąć po prostu polegając na materiałach. Jest to bardzo nieekonomiczne, ale w rzeczywistym przetwarzaniu jego wydajność musi odpowiadać standardowi. W tym momencie musimy uciekać się do różnych technologii obróbki powierzchni. Obróbka powierzchniowa to proces sztucznego formowania warstwy wierzchniej na powierzchni podłoża poprzez specyficzną technologię przetwarzania, różniącą się od właściwości mechanicznych, fizycznych i chemicznych podłoża. Ponadto w przypadku obróbki CNC precyzyjnych części metalowych, aby zapewnić odporność na zużycie, korozję, izolację, dekorację, zwiększyć żywotność części lub dodać inne funkcje specjalne, zazwyczaj stosujemy specyficzną obróbkę powierzchni, aby spełnić wymagania. Do obróbki powierzchni części sprzętu powszechnie stosuje się anodowanie, galwanizację, elektropolerowanie, powlekanie konwersyjne, pasywację, ciągnienie drutu, piaskowanie, malowanie i natryskiwanie proszkowe itp.
Anodowanie, elektrochemiczne utlenianie metali lub stopów. Aluminium i jego stopy tworzą warstwę tlenku (izolację) na produkcie aluminiowym (anodzie) w odpowiednim elektrolicie i określonych warunkach procesu pod działaniem przyłożonego prądu. Anodowanie, jeśli nie określono inaczej, zwykle odnosi się do anodowania w kwasie siarkowym. Aby przezwyciężyć wady twardości powierzchni stopu aluminium, odporności na zużycie itp., rozszerzyć zakres zastosowania i przedłużyć żywotność, technologia obróbki powierzchni stała się niezbędną częścią stosowania stopów aluminium, a technologia utleniania anodowego jest najpowszechniej stosowany i najbardziej ekonomiczny. z. Obecnie istnieją dwa główne rodzaje anodowania: anodowanie kwasem siarkowym typu II i anodowanie twarde typu III (twarda powłoka)
Anodowanie kwasem siarkowym typu II jest najczęściej stosowaną metodą anodowania. Folie procesowe do anodowania kwasem siarkowym są dostępne w zakresie grubości od 0.0001 ″ do 001 ″. Powstała powłoka miała całkowitą grubość wynoszącą 67% penetracji w podłoże i 33% wzrost w stosunku do pierwotnego rozmiaru części. Jest szczególnie odpowiedni do zastosowań wymagających twardości i odporności na zużycie.
Jednakże możliwa obecność pozostałości żrącego kwasu jest niepożądana, gdy części poddawane są znacznym naprężeniom, np. części samolotów. Porowatość filmu kwasu siarkowego przed uszczelnieniem jest szczególnie korzystna przy kolorowej obróbce powierzchni aluminium i jego stopów.
Porowaty tlenek glinu dobrze wchłania barwniki, a późniejsze uszczelnienie pomaga zapobiegać utracie koloru podczas użytkowania. Chociaż barwione folie anodowane są dość szybkie, są podatne na blaknięcie pod wpływem długotrwałego bezpośredniego światła słonecznego. Niektóre kolory to: czarny, czerwony, niebieski, zielony, miejski szary, kojotowy brąz i złoty. Części można poddać obróbce chemicznej lub mechanicznej przed anodowaniem, aby uzyskać matowe (nieodblaskowe) wykończenie.
Zalety anodowania kwasem siarkowym:
- Tańsze niż inne rodzaje anodowania pod względem stosowanych środków chemicznych, ogrzewania, zużycia energii i czasu uzyskania pożądanej grubości.
- Więcej stopów można wykończyć.
- Twardsze niż anodowanie chromowe.
- Jaśniejsze wykończenie umożliwia barwienie w szerszej gamie kolorów.
- Utylizacja odpadów jest łatwiejsza niż anodowanie chromowe, co również pomaga obniżyć koszty.
Zastosowania anodowania kwasem siarkowym:
- Broń wojskowa
- Elementy optyczne
- Korpus zaworu hydraulicznego
- Sprzęt mechaniczny
- Obudowy do komputerów i elektroniki
Anodowanie twarde typu III (twarda powłoka), choć zwykle przeprowadzane w elektrolitach na bazie kwasu siarkowego, jest grubsze i gęstsze niż bardziej tradycyjne anodowanie kwasem siarkowym. Twarde powłoki nadają się do części aluminiowych w zastosowaniach ekstremalnie ściernych, wymagających doskonałej odporności na zużycie lub w środowiskach korozyjnych wymagających grubszych, twardszych i trwalszych powłok. Jest to również cenne tam, gdzie wymagana jest lepsza izolacja elektryczna. Ponieważ anodowanie twardą powłoką może w niektórych przypadkach sięgać nawet kilku tysięcznych, sprawia to, że ten rodzaj anodowania nadaje się do ratowania zużytych lub źle obrobionych elementów.
Właściwości twardego anodowania:
- Nie przewodzący
- Popraw odporność na zużycie
- Może naprawiać zużyte powierzchnie aluminium
- Ulepszaj powierzchnie części w zastosowaniach ślizgowych
- Można farbować na czarno; inne kolory są mniej dekoracyjne
- Obróbka powierzchniowa jest twardsza niż stal narzędziowa
Zastosowania do anodowania twardego:
- Krzywka
- Gears
- Zawory
- Tłok
- Części przesuwne
- Mechanizm zawiasowy
- Złącza obrotowe
- Płyta izolacyjna
- Osłona przeciwwybuchowa
Galwanotechnika.
Galwanizacja to proces nakładania jednej lub więcej warstw metalu na część poprzez przepuszczanie dodatnio naładowanego prądu przez roztwór zawierający rozpuszczone jony metalu (anoda) i ujemnie naładowanego prądu przez powlekaną część (katoda). Począwszy od starożytnych Egipcjan, powlekali metale i niemetale złotem w procesie zwanym „złotaniem”, będącym pierwszą znaną obróbką powierzchni. Niektóre metale są nakładane bardziej równomiernie niż inne, ale użycie energii elektrycznej oznacza, że osadzany metal łatwiej przepływa do obszarów o dużym natężeniu prądu lub krawędzi części. Tendencja ta jest szczególnie zauważalna w przypadku skomplikowanych kształtów lub przy próbie platerowania wnętrza lub części identyfikacyjnej części. Oprócz stosowania pojedynczych metali, stopy materiałów, takich jak cyna i ołów lub cynk i żelazo, można jednocześnie powlekać galwanicznie, aby uzyskać pożądane niestandardowe właściwości.
Polerowanie elektrolityczne.
Elektropolerowanie to proces anodowego wygładzania i/lub rozjaśniania powierzchni metali w stężonych roztworach kwasów lub zasad. , zestaw do wykonywania tego na stali nierdzewnej lub innych stopach bogatych w nikiel. Chociaż można to wykonać na wielu metalach nieszlachetnych jako operację wstępnego powlekania, zwykle wykonuje się to na stali nierdzewnej jako ostateczne wykończenie. Zapewnia chemicznie i fizycznie czystą powierzchnię i usuwa wszelkie mechaniczne chropowatości powierzchni, które mogą mieć szkodliwy wpływ na uzyskanie jednolitej i pozbawionej wżerów powierzchni galwanicznej lub przyszłej wydajności i wyglądu produktów ze stali nierdzewnej. Pomaga w gratowaniu obrobionych krawędzi i otworów oraz usuwa wszelkie osadzone żelazo z procesu produkcyjnego. Prąd jest największy na zewnętrznych krawędziach i narożnikach części, które są szczególnie gładkie.
Pasywacja.
Pasywację stosuje się w celu poprawy stanu powierzchni stali nierdzewnej poprzez rozpuszczenie żelaza osadzonego w powierzchni w wyniku formowania, obróbki skrawaniem lub innych etapów produkcji. Żelazo będzie korodować, jeśli nie będzie kontrolowane, a na stali nierdzewnej często pojawiają się duże lub małe plamy rdzy. Aby temu zapobiec w gotowych częściach, poddaje się je pasywacji. Obróbka ta polega na zanurzeniu części ze stali nierdzewnej na pewien czas w roztworze kwasu azotowego wolnego od soli utleniających, co rozpuści osadzone żelazo i przywróci pierwotną powierzchnię odporną na korozję poprzez utworzenie cienkiej przezroczystej warstwy tlenku. Pasywację stosuje się jako operację czyszczenia odlewów, wytłoczek i gotowych części maszyn poprzez zanurzenie części.
Cechy i zalety:
- Zapewnia doskonałą powierzchnię czyszczącą
- Stal nierdzewna nie rdzewieje i nie odbarwia się podczas użytkowania
- Przygotowanie powierzchni pod inne wykończenia, takie jak podkład lub farba w sprayu
- Stal nierdzewna nie musi być powlekana, aby zapewnić maksymalną ochronę przed korozją
- Pasywowana stal nierdzewna nie będzie reagować z innymi materiałami ze względu na zanieczyszczenie żelazem
Szczotkowane.
Obróbka szczotkowaniem powierzchni to metoda obróbki powierzchni, która polega na tworzeniu linii na powierzchni przedmiotu obrabianego poprzez szlifowanie produktów w celu uzyskania efektu dekoracyjnego. Ponieważ obróbka szczotkowanej powierzchni może odzwierciedlać fakturę materiałów metalowych, jest kochana przez coraz większą liczbę użytkowników i staje się coraz szerzej stosowana. Metoda przetwarzania rysunku powierzchniowego powinna wybierać różne metody przetwarzania zgodnie z wymaganiami efektu rysowania oraz wielkości i kształtu różnych powierzchni przedmiotu obrabianego. Istnieją dwa sposoby rysowania: rysunek ręczny i rysunek mechaniczny
piaskowanie
Proces oczyszczania i szorstkowania powierzchni podłoża pod wpływem przepływu piasku z dużą prędkością. Sprężone powietrze wykorzystuje się jako siłę do wytworzenia wiązki strumieniowej o dużej prędkości w celu natryskiwania materiału natryskowego (rudy miedzi, piasku kwarcowego, korundu, piasku żelaznego, piasku Hainan) na powierzchnię obrabianego przedmiotu z dużą prędkością, tak aby zmienia się wygląd lub kształt zewnętrznej powierzchni powierzchni przedmiotu obrabianego. , ze względu na uderzenie i efekt cięcia ścierniwa na powierzchnię przedmiotu obrabianego, powierzchnia przedmiotu obrabianego może uzyskać pewien stopień czystości i różną chropowatość, dzięki czemu można poprawić właściwości mechaniczne powierzchni przedmiotu obrabianego, a tym samym polepszenie wytrzymałości zmęczeniowej przedmiotu obrabianego, zwiększenie jej i powlekanie. Adhezja pomiędzy warstwami przedłuża trwałość warstwy powłoki, a także korzystnie wpływa na wyrównywanie i dekorację powłoki.
Powłoka proszkowa
Natryskiwanie proszkowe wykorzystuje zjawisko wyładowań koronowych, aby powłoka proszkowa adsorbowała się na przedmiocie obrabianym. Proces natryskiwania proszkowego polega na tym, że pistolet proszkowy jest podłączony do elektrody ujemnej, przedmiot obrabiany jest uziemiony (elektroda dodatnia), powłoka proszkowa jest przesyłana do pistoletu proszkowego przez system podawania proszku za pośrednictwem sprężonego powietrza, a wysoka napięcie generowane przez generator elektrostatyczny wysokiego napięcia jest podawane na przednią część pistoletu natryskowego. W wyniku wyładowania koronowego w jego pobliżu powstaje gęsty ładunek. Kiedy proszek jest rozpylany z dyszy, tworzy obwód, w wyniku którego tworzą się naładowane cząstki farby. Jest przyciągany przez siłę elektrostatyczną do przedmiotu obrabianego o przeciwnej polaryzacji. W miarę zwiększania się natryskiwanego proszku ładunek Im bardziej się gromadzi, gdy osiągnie określoną grubość, z powodu odpychania elektrostatycznego, nie będzie już absorbowany, tak że cały obrabiany przedmiot uzyska powłokę proszkową o określonej grubości, a następnie proszek zostanie stopiony, wyrównany i zestalony pod wpływem ciepła, to znaczy na powierzchni przedmiotu obrabianego tworzy twardą powłokę.