iCNC > Блог > Конкурентные методы обработки металлов

Конкурентные методы обработки металлов

15.09.2015

1276057357foto1_big

Высо­ко­ско­рост­ное фре­зе­ро­ва­ние, элек­тро­эро­зи­он­ная обра­бот­ка, а так­же гене­ра­тив­ные тех­но­ло­гии по типу лазер­но­го спе­ка­ния в боль­шин­стве слу­ча­ев могут допол­нять друг дру­га на про­из­вод­стве. Так уж пове­лось, что в рам­ках тех­но­ло­ги­че­ско­го про­грес­са стре­ми­тель­ное раз­ви­тие одной тех­но­ло­гии может пред­став­лять угро­зу для ряда дру­гих тех­но­ло­гий. Нема­лый инте­рес в насто­я­щее вре­мя вызы­ва­ют тех­но­ло­гии высо­ко­ско­рост­но­го фре­зе­ро­ва­ния, элек­тро­эро­зи­он­ная обра­бот­ка, а так­же копи­ро­валь­ная про­шив­ка и лазер­ное ска­ни­ро­ва­ние. Дело в том, что эти тех­но­ло­гии кар­ди­наль­но отли­ча­ют­ся меж­ду собой и не свя­за­ны с при­выч­ны­ми мето­ди­ка­ми обра­бот­ки метал­лов, одна­ко при этом они поз­во­ля­ют изго­тав­ли­вать высо­ко­точ­ные и каче­ствен­ные дета­ли. Несо­мнен­но, у каж­дой из этих тех­но­ло­гий име­ют­ся свои пре­иму­ще­ства, на кото­рые мно­гие масте­ра в обла­сти метал­ло­об­ра­бот­ки обра­ща­ют вни­ма­ние и ста­ра­ют­ся их исполь­зо­вать.

Если про­ве­сти срав­не­ния этих мето­дик, то не соста­вит тру­да заме­тить меж­ду ними колос­саль­ные отли­чия. Напри­мер, высо­ко­ско­рост­ное фре­зе­ро­ва­ние или же элек­тро­эро­зи­он­ная обра­бот­ка по сво­ей сути пред­по­ла­га­ют сня­тие лиш­не­го слоя метал­ла с тела заго­тов­ки, а вот при лазер­ном спе­ка­нии или плав­ле­ние под­ра­зу­ме­ва­ет про­ве­де­ние меро­при­я­тий по нара­щи­ва­нию метал­ла. Сто­ит отме­тить, что здесь нема­ло­важ­ную роль игра­ют не толь­ко ско­рость обра­бот­ки дета­лей, но и коли­че­ство сни­ма­е­мо­го или нара­щи­ва­е­мо­го метал­ла. Как пока­зы­ва­ет прак­ти­ка, при боль­ших съе­мах метал­ла наи­бо­лее эффек­тив­ной пока­зы­ва­ет себя гене­ра­тив­ная тех­но­ло­гия, поэто­му ее нача­ли все боль­ше исполь­зо­вать в про­мыш­лен­ных мас­шта­бах. В слу­чае с при­ме­не­ни­ем тех­но­ло­гий элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки или же высо­ко­ско­рост­но­го фре­зе­ро­ва­ния в обя­за­тель­ном поряд­ке долж­на при­сут­ство­вать заго­тов­ка, кото­рой в ходе обра­бот­ки будет при­да­вать­ся нуж­ная фор­ма, а вот что каса­тель­но тех­но­ло­гии DMLS, то здесь деталь будет созда­вать­ся бла­го­да­ря после­до­ва­тель­но­му нане­се­нию сло­ев порош­ко­во­го мета­ла. При исполь­зо­ва­нии мето­да копи­ро­валь­ной про­шив­ки в конеч­ном ито­ге уда­ет­ся полу­чить зер­каль­ную копию при­ме­ня­е­мо­го инстру­мен­та во вре­мя обра­бот­ки, кото­рая будет рас­ши­рять­ся по мере при­бли­же­ния к искро­во­му про­ме­жут­ку. При исполь­зо­ва­нии высо­ко­ско­рост­ной обра­бот­ки или же тех­но­ло­гии DMLS при­ня­то исполь­зо­вать гео­мет­ри­че­ски ней­траль­ные режу­щие инстру­мен­та, при помо­щи кото­ро­го и будут созда­вать­ся изде­лия. Управ­ле­ние инстру­мен­том воз­мож­но при помо­щи опти­ки и его пере­ме­ще­ния в раз­ных осях коор­ди­нат в рам­ках ста­ноч­но­го обо­ру­до­ва­ния.

Реза­ние до твер­до­сти 63 HRC

Гово­ря о при­ме­не­нии те или иных тех­но­ло­гий недо­пу­сти­мо не обра­щать вни­ма­ние на свой­ства мате­ри­а­лов, кото­рые сле­ду­ет под­верг­нуть обра­бот­ке. Имен­но в этом кон­крет­ном слу­чае мож­но в пол­ной мере рас­смот­реть базо­вые досто­ин­ства элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки. Дело в том, что ее отли­ча­ет пол­ная неза­ви­си­мость от пока­за­те­лей твер­до­сти и вяз­ко­сти обра­ба­ты­ва­е­мых мате­ри­а­лов, посколь­ку по мере повы­ше­ния ско­ро­сти обра­бот­ки дета­ли будет рас­ти твер­дость обра­ба­ты­ва­е­мо­го мате­ри­а­ла, то есть эти пока­за­те­ли пря­мо про­пор­ци­о­наль­ны. Любые метал­лы, име­ю­щие пока­за­те­ли твер­до­сти до 58 HRC, могут обра­ба­ты­вать­ся доста­точ­но лег­ко, но вот начи­ная с твер­до­сти в 63 HRC ста­нет про­яв­лять­ся пре­дел эко­но­ми­че­ской эффек­тив­но­сти в рам­ках исполь­зо­ва­ния высо­ко­ско­рост­ных мето­дик обра­бот­ки метал­лов. В насто­я­щее вре­мя про­дол­жа­ют про­во­дить иссле­до­ва­ния все­воз­мож­ных режу­щих мате­ри­а­лов, а так­же ведут кон­струк­тив­ные раз­ра­бот­ки инно­ва­ци­он­ных инстру­мен­тов, при усло­вии того, что основ­ные уси­лия будут скон­цен­три­ро­ва­ны на мето­де твер­дой обра­бот­ки. Все эти меры дают воз­мож­ность посте­пен­но пере­ме­щать гра­ни­цу эко­но­ми­че­ской эффек­тив­но­сти высо­ко­ско­рост­ной обра­бот­ки в сто­ро­ну боль­ших пока­за­те­лей твер­до­сти дета­лей, под­вер­га­е­мых после­ду­ю­щей обра­бот­ке. Что каса­тель­но гене­ра­тив­ных тех­но­ло­гий, то на сего­дняш­ний день они дают воз­мож­ность лишь полу­чать дета­ли с твер­до­стью до 42 HRC. Этот пока­за­тель может быть зна­чи­тель­но повы­шен при ком­плекс­ном исполь­зо­ва­нии тер­мо­об­ра­бот­ки или обра­бот­ки физи­ко-хими­че­ски­ми мето­да­ми.

Извест­но, что плот­ность гото­вой дета­ли после про­ве­де­ния меха­ни­че­ской или же элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки будет такой же, какой была плот­ность базо­вой заго­тов­ки. При исполь­зо­ва­нии мето­да лазер­но­го спе­ка­ния метал­лов этот пока­за­тель может умень­шать­ся вплоть до 98% от началь­но­го пока­за­те­ля плот­но­сти заго­тов­ки. Уди­ви­тель­но, но исполь­зо­ва­ние мето­да плав­ле­ния может и вовсе на 100% сни­зить плот­ность дета­ли. Эти усло­вия вполне бла­го­при­ят­ны для эффек­тив­но­го про­из­вод­ства пресс-форм.

Еще одним нема­ло­важ­ным кри­те­ри­ем сле­ду­ет отме­тить дости­га­е­мую точ­ность, а так­же уро­вень каче­ства дета­лей после про­ве­де­ния их обра­бот­ки. Высо­ко­ско­рост­ной метод обра­бот­ки, а так­же элек­тро­эро­зи­он­ная обра­бот­ка отли­ча­ют­ся нема­лым пре­иму­ще­ством в этом плане. При обра­бот­ке дета­ли мето­дом высо­ко­ско­рост­ной обра­бот­ки пока­за­те­ли точ­но­сти будут нахо­дить­ся в пре­де­лах до 30 мкм, одна­ко при при­ме­не­нии элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки погреш­ность про­фи­ля может быть до 20 мкм. Копи­ро­валь­ная про­шив­ка дает воз­мож­ность обра­ба­ты­вать дета­ли с точ­но­стью в 4.6 мкм. Что каса­тель­но точ­но­сти дета­лей, кото­рые будут полу­че­ны мето­дом гене­ра­тив­ной тех­но­ло­гии, то она не будет пре­вы­шать 0.1 мм. Сто­ит отме­тить, что похо­жие резуль­та­ты при­сут­ству­ют и по каче­ству поверх­но­сти, а имен­но: при исполь­зо­ва­нии мето­ди­ки высо­ко­ско­рост­ной обра­бот­ки и элек­тро­эро­зи­он­но­го мето­да Ra будет не менее 2 мкм, а вот для дета­лей, кото­рые буди про­из­ве­де­ны по мето­ди­ке DMLS и после это­го не под­вер­га­ю­щих­ся допол­ни­тель­ной обра­бот­ке этот пока­за­тель будет равен 10 мкм.

f9683adb1948bc7d04d330f3edeb46a7_XL

О гео­мет­ри­че­ских пара­мет­рах

Гео­мет­ри­че­ские харак­те­ри­сти­ки дета­лей при изго­тов­ле­нии пресс-форм, а так­же штам­пов могут накла­ды­вать нема­лые огра­ни­че­ния на исполь­зо­ва­ние неко­то­рых из тех­но­ло­гий. Напри­мер, если нуж­но про­из­ве­сти обра­бот­ку внут­рен­них ради­у­сов заго­тов­ки, кото­рая под­вер­га­ет­ся обра­бот­ке высо­ко­ско­рост­ным фре­зе­ро­ва­ни­ем, то резуль­тат обра­бот­ки будет во мно­гом зави­сеть от раз­ме­ров диа­мет­ра фре­зы. Сто­ит обра­тить вни­ма­ние, что в насто­я­щее вре­мя нала­ди­ли про­из­вод­ство уни­вер­саль­ных фрез, име­ю­щих диа­метр в 0.2 мил­ли­мет­ра. Отно­ше­ние меж­ду дли­ной выле­та фре­зы, а так­же ее диа­мет­ром кар­ди­наль­но огра­ни­чи­ва­ет про­из­во­ди­тель­ность мето­ди­ки высо­ко­ско­рост­но­го фре­зе­ро­ва­ния. Все дело в том, что это при­во­дит к сни­же­нию пока­за­те­лей надеж­но­сти фре­зе­ро­ва­ния, так как такие фре­зы очень силь­но склон­ны к повы­шен­ным виб­ра­ци­ям. Если отно­ше­ние выле­та к ради­у­су фре­зы будет в пре­де­лах 5, то мож­но рас­счи­ты­вать на ста­биль­ность фре­зе­ро­ва­ния, но если этот пара­метр будет боль­шим, то для рабо­ты обя­за­тель­ным будет исполь­зо­ва­ние допол­ни­тель­ных тех­но­ло­гий. При­ме­ча­тель­но, что это отно­ше­ние так­же несла­бо отра­жа­ет­ся даже на глу­бине обра­ба­ты­ва­е­мых поверх­но­стей. Если речь идет про обра­бот­ку глу­бо­ких пазов, то гра­ни­цы эффек­тив­но­сти мето­да высо­ко­ско­рост­но­го фре­зе­ро­ва­ния ста­нут рез­ко падать.

Обра­бот­ка глу­бо­ких пазов посред­ством элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки

Если глу­би­на поло­стей доста­точ­но боль­шая, то реко­мен­ду­ет­ся поль­зо­вать­ся тех­но­ло­ги­ей элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ки. Сто­ит отме­тить, что при этом ради­у­сы углов не долж­ны быть боль­ши­ми, неже­ли пока­за­тель искро­во­го про­ме­жут­ка меж­ду инстру­мен­том и телом заго­тов­ки. Исполь­зо­ва­ние это­го мето­да дает воз­мож­ность обра­ба­ты­вать неогра­ни­чен­но глу­бо­кие поло­сти. Если исполь­зо­вать гене­ра­тив­ные тех­но­ло­гии, то ради­у­сы полу­чен­ных углов могут быть в пре­де­лах точ­но­сти дета­ли, то есть 0.1 мил­ли­метр. Пара­мет­ры глу­би­ны поло­стей здесь не соста­вят ника­ких про­блем, одна­ко при этом высо­та реб­ра долж­на огра­ни­чи­вать­ся 4–10-ю зна­че­ни­я­ми по отно­ше­нию к ширине.

Еще одним весо­мым фак­то­ром при выбо­ре исполь­зо­ва­ния той или иной тех­но­ло­гии явля­ет­ся нали­чие воз­мож­но­сти исполь­зо­ва­ния закреп­ле­ния слож­ных объ­ем­ных кон­ту­ров. Тут в пол­ной мере мож­но оце­нить досто­ин­ства гене­ра­тив­ной тех­но­ло­гии, кото­рая дает воз­мож­ность изго­тав­ли­вать дета­ли прак­ти­че­ски любой слож­но­сти. При исполь­зо­ва­нии мето­ди­ки ско­рост­но­го фре­зе­ро­ва­ния при­сут­ству­ют неко­то­рые огра­ни­че­ния по при­зна­ку при­да­ния форм заго­тов­ки без изме­не­ния ее фик­са­ции в стан­ке, а вот при копи­ро­валь­ной про­шив­ке это невоз­мож­но и вовсе.

0-plazmennaya-rezka-s-chpu

Несо­мнен­но, все пока­за­те­ли каче­ства дета­ли долж­ны учи­ты­вать­ся при выбо­ре исполь­зо­ва­ния той или иной тех­но­ло­гии, одна­ко и при этом нуж­но брать во вни­ма­ние пока­за­тель вре­ме­ни, кото­рое нуж­но будет затра­тить на про­из­вод­ство одной еди­ни­цы изде­лия. Если гово­рить о высо­ко­ско­рост­ных мето­дах обра­бот­ки, а так­же о элек­тро­эро­зи­он­ной обра­бот­ке, то это зна­че­ние не слож­но рас­счи­тать по объ­е­му сни­ма­е­мо­го мате­ри­а­ла за один про­ход рез­ца, а вот в слу­чае с тех­но­ло­ги­ей DMLS сле­ду­ет учи­ты­вать объ­ем насла­и­ва­е­мо­го порош­ко­во­го метал­ла. На прак­ти­ке дока­за­но, что фре­зе­ро­ва­ние намно­го про­дук­тив­нее элек­тро­эро­зи­он­ной тех­но­ло­гии обра­бот­ки, посколь­ку пер­вая тех­но­ло­гия в чет­ве­ро про­из­во­ди­тель­нее по срав­не­нию с тех­но­ло­ги­ей копи­ро­валь­ной про­шив­ки. Что каса­тель­но гене­ра­тив­ной мето­ди­ки, то ее про­из­во­ди­тель­ность неве­ли­ка, одна­ко этот пара­метр может изме­нять­ся в зави­си­мо­сти от харак­те­ри­стик при­ме­ня­е­мо­го порош­ка. Сто­ит обра­тить вни­ма­ние на зако­но­мер­ность, когда при высо­ких тем­пах съе­ма метал­ла темп нара­щи­ва­ния будет мини­ма­лен. Из это­го сле­ду­ет, что полу­че­ния дета­ли со слож­ным про­фи­лем ино­гда будет более быст­рым при исполь­зо­ва­нии мето­ди­ки лазер­но­го спе­ка­ния, неже­ли высо­ко­ско­рост­ной обра­бот­ки. Каж­дая из выше пред­став­лен­ных тех­но­ло­гий в насто­я­щее вре­мя име­ет свою нишу и актив­но исполь­зу­ет­ся. Спер­ва мож­но поду­мать, что нали­чие надоб­но­сти исполь­зо­ва­ния элек­тро­дов опре­де­лен­но­го про­фи­ля при копи­ро­валь­ной про­шив­ке дела­ет эту тех­но­ло­гию крайне негиб­кой. При этом сто­ит пом­нить о том, что если деталь име­ет слож­ную фор­му, или же в ней при­сут­ству­ют глу­бо­кие поло­сти, то ее обра­бот­ка может быть воз­мож­на толь­ко этим мето­дом. Что каса­тель­но высо­ко­ско­рост­ных мето­дик обра­бот­ки метал­лов, то они широ­ко при­ме­ня­ют­ся во мно­гих отрас­лях про­мыш­лен­но­сти, так как эта тех­но­ло­гия дает воз­мож­ность при­ме­нять мно­же­ство инстру­мен­тов, а так­же обра­ба­ты­вать гео­мет­ри­че­ски слож­ные дета­ли. Обра­ти­те вни­ма­ние, что эта мето­ди­ка един­ствен­ная, кото­рая может пред­ло­жить мак­си­маль­но высо­кую ско­рость обра­бот­ки. Если речь идет о слож­ных заго­тов­ках, то вре­мя на х обра­бот­ку будет затра­че­но боль­ше. Гене­ра­тив­ные тех­но­ло­гии зна­чи­тель­но усту­па­ют осталь­ным, по пока­за­те­лям твер­до­сти мате­ри­а­лов и их каче­ству после обра­бот­ки, одна­ко уже сего­дня про­из­во­дят нема­ло изде­лий, кото­рые попро­сту невоз­мож­но изго­то­вить посред­ством дру­гих мето­дик. Из это­го сле­ду­ет, что гене­ра­тив­ные тех­но­ло­гии име­ет смысл исполь­зо­вать в тех слу­ча­ях, когда без них про­сто нет воз­мож­но­сти обой­тись, но нуж­но учи­ты­вать и то, что их отли­ча­ет высо­кая эко­но­ми­че­ская эффек­тив­ность.