Analiza wspólnych procesów obróbki powierzchni w obróbce CNC

Analiza typowych procesów obróbki powierzchni w obróbce CNC

Chropowatość powierzchni części obrabianych CNC odnosi się do średniej nieregularności ich tekstury powierzchni po obróbce. Jest ona powszechnie kwantyfikowana za pomocą „Ra” (średnia arytmetyczna chropowatości), która mierzy mikroskopijną precyzję powierzchni materiału. Chropowatość powierzchni nie tylko bezpośrednio wpływa na wygląd części, ale także znacząco wpływa na jej właściwości fizyczne i wydajność w zastosowaniu.

Aby uzyskać idealną jakość powierzchni, technicy wybierają odpowiednie narzędzia i optymalizują parametry obróbki, takie jak posuw, prędkość skrawania i głębokość skrawania, aby skutecznie kontrolować chropowatość powierzchni, zapewniając, że część spełnia wymagania funkcjonalne, niezawodności i trwałości.

Typowe klasy chropowatości powierzchni i ich zastosowania w obróbce CNC

W obróbce CNC chropowatość powierzchni części nie powstaje losowo, ale jest kontrolowana w sposób specyficzny w oparciu o różne wymagania aplikacyjne. Różne przypadki użycia mają różne wymagania dotyczące chropowatości powierzchni, aby zapewnić precyzję montażu, funkcjonalność i żywotność. Poniżej przedstawiono kilka typowych klas chropowatości powierzchni i ich zakresy zastosowań:

• Ra 3,2 μm
  Jest to najczęściej spotykana powierzchnia obrabiana na poziomie komercyjnym, odpowiednia dla większości części konsumenckich. Widoczne ślady po narzędziach są widoczne gołym okiem i jest to zazwyczaj domyślny standard chropowatości dla obróbki CNC. Klasa ta jest odpowiednia dla części podlegających umiarkowanym wibracjom, obciążeniom i naprężeniom i jest często stosowana do powierzchni współpracujących, które doświadczają mniejszych obciążeń i wolniejszego ruchu.

• Ra 1,6 μm
  Jest to standard stosowany w przemyśle mechanicznym dla ogólnych części, które nie wymagają wysokiej gładkości powierzchni. Lekkie ślady po narzędziach są nadal widoczne, ale powierzchnia jest drobniejsza niż Ra 3,2 μm. Jest powszechnie stosowany do ogólnych elementów mechanicznych lub części konstrukcyjnych o niskich wymaganiach eksploatacyjnych, szczególnie do wolnoobrotowych, lekko obciążonych części ruchomych. Nie nadaje się do środowisk o dużej prędkości obrotowej lub wysokich wibracjach.

• Ra 0,8 μm
  Jest to wyższa klasa chropowatości, która wymaga ścisłej kontroli obróbki. Chociaż koszt jest stosunkowo wysoki, jest odpowiedni dla kluczowych części w obszarach naprężeń, powszechnie spotykanych w komponentach motoryzacyjnych i elektronice użytkowej. Klasa ta jest również odpowiednia dla elementów łożyskowych, które doświadczają lekkich obciążeń i ruchu przerywanego.

• Ra 0,4 μm
  Ta klasa powierzchni jest zbliżona do wykończenia lustrzanego i jest stosowana głównie do precyzyjnych części, które wymagają bardzo wysokiej dokładności powierzchni, estetyki i gładkości. Nadaje się do szybko obracających się części (np. wałów, łożysk) i skutecznie zmniejsza tarcie i zużycie. Jednak ta klasa zazwyczaj wymaga bardziej wyrafinowanej obróbki i bardziej rygorystycznej kontroli jakości, co znacznie zwiększa koszty i cykle produkcyjne.

Analiza typowych procesów obróbki powierzchni w obróbce CNC

W oparciu o specyficzne potrzeby aplikacyjne i charakterystykę materiału, projektanci produktów wybierają różne metody obróbki powierzchni CNC. Poniżej przedstawiono typowe metody obróbki powierzchni dla materiałów metalicznych i niemetalicznych:

1. Mechaniczne procesy obróbki powierzchni

• 1.1 Powierzchnia naturalna (bez obróbki)
  Odpowiada naturalnemu stanowi powierzchni przedmiotu obrabianego po obróbce CNC, zazwyczaj z widocznymi śladami po narzędziach lub drobnymi wadami, o średniej chropowatości około Ra 3,2 μm. Należy pamiętać, że późniejsze polerowanie lub szlifowanie może wpłynąć na tolerancję wymiarową części.

• 1.2 Piaskowanie
  Ekonomiczna i praktyczna metoda obróbki powierzchni dla części metalowych o niskich wymaganiach dotyczących gładkości. Polega na użyciu pistoletów wysokociśnieniowych do wystrzeliwania drobnych szklanych kulek na powierzchnię, usuwając wady i tworząc jednolitą matową lub mrożoną teksturę.

• 1.3 Wykończenie szczotkowane
  Precyzyjna metoda wykańczania, która tworzy jednolitą, jednokierunkową teksturę na powierzchni za pomocą drobnych szczotek lub materiałów ściernych. Szczególnie nadaje się do metali takich jak aluminium, miedź i stal nierdzewna, zachowując naturalny kolor metalu, zapewniając jednocześnie unikalną teksturę.

• 1.4 Szlifowanie ścierne
  Znane również jako piaskowanie ścierne, proces ten wykorzystuje cząsteczki piasku o dużej prędkości do usuwania zanieczyszczeń powierzchniowych, warstw tlenków lub do obróbki tekstury i przygotowania do powlekania wstępnego. Nadaje się do różnych metali i twardych materiałów.

• 1.5 Polerowanie
  Wykorzystuje koła polerskie lub związki do uzyskania wykończenia o wysokim połysku na częściach, dając efekt lustra. Powszechnie stosowane w urządzeniach medycznych, maszynach spożywczych i wysokiej klasy towarach konsumpcyjnych w celu poprawy estetyki, czystości i odporności na korozję.

• 1.6 Ryflowanie
  Metoda, w której wzorzyste narzędzia są przykładane do obracającej się powierzchni przedmiotu obrabianego w celu utworzenia regularnych tekstur antypoślizgowych. Często stosowana w celu poprawy chwytu, metoda ta jest odpowiednia dla metali takich jak mosiądz, stal i aluminium zarówno w projektach estetycznych, jak i funkcjonalnych.

• 1.7 Szlifowanie
  Wykorzystuje ściernice lub inne materiały ścierne do usuwania mikro ilości materiału z powierzchni w celu uzyskania wyższego poziomu gładkości i precyzji. Nadaje się do części, które wymagają dalszego usuwania zanieczyszczeń powierzchniowych lub poprawy chropowatości.

2. Chemiczne procesy obróbki powierzchni

• 2.1 Pasywacja
  Znormalizowana obróbka chemiczna stali nierdzewnej i innych metali, polegająca na zanurzeniu w określonym roztworze w celu usunięcia wolnego żelaza z powierzchni i utworzenia jednolitej warstwy ochronnej, poprawiającej odporność na korozję.

• 2.2 Obróbka chromianowa
  Odpowiednia dla metali takich jak aluminium, cynk, kadm i magnez. Przedmiot obrabiany jest zanurzany w kwasie chromowym lub innych roztworach chemicznych w celu utworzenia ochronnej warstwy konwersyjnej, zwiększającej przyczepność, izolację elektryczną i odporność na korozję.

• 2.3 Cynkowanie
  Polega na zanurzeniu stali lub innych podłoży w stopionym cynku w celu utworzenia warstwy stopu cynkowo-żelaznego i warstwy czystego cynku. Ten opłacalny proces zapobiega utlenianiu i rdzewieniu i nadaje się do produkcji części na dużą skalę.

• 2.4 Czarna powłoka tlenkowa
  Polega na zanurzeniu metali żelaznych w roztworze soli utleniającej w celu chemicznego utworzenia czarnej warstwy ochronnej z tlenku żelaza. Szeroko stosowana do elementów budowlanych i elektroniki użytkowej, zapewniając zarówno odporność na korozję, jak i matowe wykończenie.

• 2.5 Polerowanie parą
  Stosowane do części z tworzyw sztucznych (takich jak PC i akryl) w celu uzyskania wysokiego połysku i przejrzystości poprzez parę chemiczną, która topi powierzchnię. Metoda ta jest powszechnie stosowana w światłach samochodowych, instrumentach medycznych i innych produktach, które wymagają wysokiego waloru estetycznego lub przepuszczalności światła.

3. Elektrochemiczne procesy obróbki powierzchni

• 3.1 Anodowanie
  Stosowane głównie do części aluminiowych, anodowanie obejmuje proces elektrolityczny w celu pogrubienia naturalnej warstwy tlenku, poprawy odporności na korozję, odporności na zużycie i twardości powierzchni, a także wspierania barwienia. Jest szeroko stosowane w elektronice użytkowej i sprzęcie przemysłowym.

• 3.2 Galwanizacja
  Proces, w którym jony metalu są osadzane na powierzchni przedmiotu obrabianego za pomocą prądu elektrycznego, tworząc jednolitą powłokę metalową. Zwiększa przewodność, odporność na korozję i dekoracyjny wygląd. Typowe materiały do ​​galwanizacji to miedź, nikiel, złoto i srebro.

• 3.3 Bezprądowe niklowanie
  Znane również jako chemiczne niklowanie, proces ten obejmuje redukcję chemiczną w celu osadzenia jednolitej warstwy stopu nikiel-fosfor na stali, aluminium lub innych podłożach. Oferuje doskonałą odporność na korozję i jednolite pokrycie, szczególnie w przypadku części o złożonej geometrii.

• 3.4 Polerowanie elektrolityczne
  Obejmuje rozpuszczanie anodowe w celu usunięcia mikroskopijnych wypukłości na powierzchni, dzięki czemu jest ona gładsza i bardziej błyszcząca, jednocześnie zwiększając czystość i odporność na korozję. Metoda ta jest szeroko stosowana do części, które wymagają wysokich standardów sanitarnych, takich jak urządzenia medyczne i sprzęt do przetwarzania żywności.

• 3.5 Powlekanie proszkowe
  Obejmuje elektrostatyczne natryskiwanie proszków termoutwardzalnych lub termoplastycznych na metalową powierzchnię, która następnie jest utwardzana pod wpływem ciepła lub światła UV w celu utworzenia mocnej warstwy ochronnej. Metoda ta oferuje doskonałe właściwości dekoracyjne, odporne na korozję i przyjazne dla środowiska, odpowiednie dla różnych metalowych obudów i elementów konstrukcyjnych.

4. Procesy obróbki powierzchni cieplnej

• 4.1 Wyżarzanie
  Obejmuje podgrzanie metalu do temperatury rekrystalizacji, a następnie powolne chłodzenie (zazwyczaj w piasku lub z chłodzeniem piecowym) w celu zmniejszenia twardości, poprawy wytrzymałości i ciągliwości oraz poprawy późniejszych właściwości obróbki na zimno.

• 4.2 Obróbka cieplna
  Seria operacji obejmujących ogrzewanie, utrzymywanie i chłodzenie w celu zmiany mikrostruktury materiału, poprawiając w ten sposób jego właściwości mechaniczne, takie jak wytrzymałość, twardość i odporność na zużycie. Jest szeroko stosowana w produkcji form i części konstrukcyjnych.

• 4.3 Odpuszczanie
  Obejmuje ponowne podgrzanie hartowanego metalu do odpowiedniej temperatury, utrzymywanie go przez określony czas, a następnie powolne chłodzenie w celu zrównoważenia wytrzymałości i wytrzymałości, zapobiegając nadmiernej kruchości materiału.

• 

Jak wybrać odpowiednią obróbkę powierzchni dla części obrabianych CNC?

Aby zapewnić, że wybrana obróbka powierzchni spełnia wymagania projektowe i scenariusze zastosowań, należy wziąć pod uwagę następujące kluczowe czynniki:

1. Charakterystyka materiału
   Różne materiały różnie reagują na obróbkę powierzchni. Na przykład części aluminiowe nadają się do anodowania i powlekania proszkowego, stal nierdzewna często wykorzystuje pasywację w celu zwiększenia odporności na korozję, a stal węglowa jest bardziej odpowiednia do czarnej powłoki tlenkowej lub cynkowania ogniowego.

2. Wymagania funkcjonalne
   Wybierz procesy w oparciu o funkcjonalność części. Na przykład anodowanie lub galwanizacja mogą być wybrane dla części narażonych na działanie środowisk korozyjnych, nawęglanie lub odpuszczanie dla warunków wysokiego zużycia oraz galwanizacja miedzią, srebrem lub złotem dla części, które wymagają poprawy przewodności.

3. Wymagania dotyczące wyglądu
   Obróbka powierzchni wpływa na wygląd produktu. Polerowanie i galwanizacja mogą zapewnić wykończenie o wysokim połysku, podczas gdy piaskowanie i powlekanie proszkowe mogą tworzyć matowe lub satynowe tekstury. Wybierz odpowiedni efekt w oparciu o pozycjonowanie produktu lub wymagania klienta.

4. Kontrola kosztów
   Różne procesy mają różne koszty. Na przykład powlekanie proszkowe oferuje dobry stosunek kosztów do wydajności w produkcji masowej. Ważne jest, aby zrównoważyć koszty, czas cyklu produkcyjnego i wymagania dotyczące wydajności, aby wybrać optymalne rozwiązanie.

5. Wymagania dotyczące czasu realizacji
   Procesy takie jak anodowanie i galwanizacja mają zazwyczaj dłuższe czasy cyklu, podczas gdy obróbki mechaniczne, takie jak polerowanie, są stosunkowo szybsze. Jeśli czas realizacji jest krótki, należy nadać priorytet szybszym procesom; jednakże, jeśli jest dużo czasu i wymagana jest wysoka precyzja, można wybrać bardziej szczegółowe procesy.

Metody pomiaru chropowatości powierzchni w obróbce CNC

Aby sprawdzić, czy powierzchnia części spełnia wymagane standardy jakości i wydajności, stosuje się różne techniki pomiarowe do oceny chropowatości, tekstury i jakości obróbki z różnych perspektyw. Typowe metody obejmują:

1. Kontrola wizualna
   Najbardziej bezpośrednia i wydajna metoda wstępnego badania, która obejmuje użycie gołego oka lub lupy do identyfikacji oczywistych wad, takich jak zadrapania, wgniecenia lub zadziory.

2. Profilometr
   Urządzenie pomiarowe oparte na kontakcie, które wykorzystuje sondę do poruszania się po powierzchni i rejestrowania mikroprofilu części. Metoda ta dokładnie ocenia parametry chropowatości, cechy profilu i spójność obróbki. Jest wysoce precyzyjna i odpowiednia dla części, które wymagają rygorystycznych standardów jakości powierzchni.

3. Przyrząd do pomiaru chropowatości powierzchni
   Zaprojektowany specjalnie do pomiaru mikroskopijnych nieregularności na powierzchni, przyrząd ten oblicza parametry chropowatości, takie jak Ra, Rz i inne, dostarczając obiektywnych, numerycznych wyników. Jest to jedna z najczęściej stosowanych standardowych metod oceny jakości powierzchni części obrabianych CNC.