Как производятся детали: виды процессов. 3D печать, формовка, литье и др.

Как изготавливаются детали: краткое описание различных производственных процессов

Цель этого материала – рассказать о процессах, используемые для производства большинства продуктов, которые мы видим в магазинах. Этот обзор не является исчерпывающим или подробным - существуют сотни различных типов процессов и машин, и накоплен большой объем знаний о том, как надежно и качественно выполнять каждый процесс. Цель состоит в том, чтобы дать вам основную информацию, необходимую для определения того, как можно изготавливать детали продукта. Ознакомиться с этими процессами более подробно вы можете на этом сайте https://3dprintspb.com/ . Сайт принадлежит компании, которая находится в Санкт-Петербурге. Компания довольно длительно время занимается производством деталей и изделий в любых масштабах и ведет полезный блог о производстве.

Процессы

Есть две разные категории производственных процессов:  процессы удаления материала и процессы формирования сетки. 

Процессы удаления материала берут кусок материала и удаляют все, что не похоже на деталь (как скульптор обтачивает камень), которую вы производите. Вот несколько примеров:

• Фрезерование
• Токарная обработка
• Резка (которая может выполняться лазером, плазменной или водяной струей)

В процессах формирования сетки используется «инструмент» в виде желаемой детали для преобразования сырья в готовую деталь, обычно путем формования, прессования или литья. Вот некоторые примеры:

• Литье под давлением
• Экструзия (обычно также включает удаление материала)
• Литье под давлением
• Выдувное формование
• Вакуумное формование
• Литье в песчаные формы
• Штамповка (обычно включает удаление материала)
• Ковка

За последние 25 лет появились некоторые процессы создания цифровых сетей, которые в основном используются для создания прототипов. Они создают деталь путем осаждения или избирательного отверждения жидкостей или плавления порошков. Один из примеров:

• 3D печать

Мы будем переключаться между этими двумя типами процессов, обсуждая их в следующем порядке:

• Фрезерование / обработка
• Литье под давлением
• Литье под давлением
• Литье в песчаные формы
• Вакуумное формование
• Экструзия
• Прогрессивная штамповка
• Резка
• Превращение
• 3D печать

Фрезерная обработка

Фрезерный станок берет инструмент, который очень похож на сверло, вращает его со скоростью 10-15 000 об / мин и перемещает его, чтобы вырезать части блока материала. В отличие от сверла, фреза удаляет материал не только кончиком, но и сторонами фрезы. Вот типичная "концевая фреза":

Первоначально фрезерные станки работали вручную, поэтому резак устанавливался поворотными кривошипами. Сейчас многие фрезерные станки управляются компьютером, и они называются «компьютерное управление с числовым программным управлением» или «ЧПУ». Фрезерные станки с компьютерным управлением различаются по мощности, точности, размерам и количеству осей. Самые простые станки - это 3-осевые станки, которые перемещают работу в плоскости и перемещают фрезерную головку вверх и вниз (как на видео). 

Более сложные (и дорогие) 5-станки могут вращать фрезерную головку, чтобы резать материал под разными углами. (Количество осей - это количество различных направлений, в которых фреза или платформа, удерживающая материал, могут перемещаться или вращаться.)

Чтобы создать гладкую сложную изогнутую поверхность, 3-осевой станок использует фрезу со сферическим концом и проходит по траектории инструмента, по которой шарик проходит по касательной к желаемой поверхности. Часто это происходит после использования обычного ножа с плоским концом, который оставляет на поверхности узор «ступеньки». 

 Более дорогой 5-осевой станок может вращать ось фрезы так, что фреза с плоским концом может быть касательной. Сегодня программирование фрезерного станка в основном автоматизировано. Проектируем деталь, которую хотим создать, и нажимаете кнопку, и траектории резки автоматически генерируются с помощью программного обеспечения-переводчика.

Литье под давлением

Та же платформа для скутера может быть изготовлена ​​методом литья под давлением. Литье под давлением похоже на литье пластмасс под давлением: форма сжимается, и в нее впрыскивается горячий металл. После охлаждения две половины формы открываются, и деталь выскакивает. 

Литье под давлением можно выполнять только с некоторыми металлами, такими как алюминий, цинк и магний. Чтобы отливать детали из стали или чугуна, нужно использовать литье в песчаные формы.

Вы можете определить детали, изготовленные методом литья под давлением, по нескольким характеристикам:

• линии разъема,
• отметка выталкивающего штифта,
• точка входа материала. 

Линия разъема - это линия соединения двух половин пресс-формы - часто это видимая выпуклая линия на детали. Если присмотреться, иногда можно увидеть следы от выталкивающих штифтов - небольшие углубления, где маленькие штифты используются для выталкивания готовой детали из формы. Иногда можно также найти место, где пластик попадает в форму.

Выдувное формование

При выдувном формовании «преформа» сначала подвергается литью под давлением. Затем горячий воздух используется для надувания преформы внутри формы, которая определяет внешнюю форму объекта.

Литье в песчаные формы

Литье в песчаные формы - один из старейших производственных процессов, восходящий к 8 веку до нашей эры. Это отличается от литья под давлением тем, что форма сделана из песка и ее необходимо каждый раз заново формировать. Используемый песок не похож на пляжный песок - из него руками можно придать формы, как снежки в снежки.

Литье в песчаные формы можно использовать для изготовления очень сложных деталей. Например, блоки двигателя изготавливаются методом литья в песчаные формы.

Процессы литья в песчаные формы сейчас очень сложны. Машины с компьютерным управлением могут помещать песок в нужные места и формировать песчаные формы без использования каких-либо деталей модели (что-то вроде процессов 3D-печати, описанных ниже).

Вы можете отличить отлитые из песка детали по шероховатым поверхностям, которые остались после удаления песка. Вы почти всегда обрабатываете по крайней мере некоторые поверхности отлитых из песка деталей, чтобы получить более гладкую отделку.

Вакуумное формование

Слева находится форма - вам нужна только одна форма (в отличие от двух при литье под давлением или литье под давлением). Лист расплавленного пластика помещается поверх формы и прикладывается вакуумное давление, чтобы прижать мягкий пластик к форме. После затвердевания пластика излишки пластика обрезаются, а деталь снимается. 

Вакуумное формование дешево - формы стоят совсем немного (600 долларов за форму, изображенную на картинке, больше за форму, которая делает сразу несколько деталей), время обработки быстрое, а стоимость материала невысока.

Экстузия

Машина впрыскивает материал (металл, пластик, резина и т. д.) через матрицу, придавая ей желаемую форму.  Экструзия используется для изготовления множества различных продуктов. Это очень эффективный и дешевый процесс. Зерновые батончики, макаронные изделия и многие сухие завтраки (например, Capn Crunch) подвергаются экструзии.

Прогрессивная штамповка

Прогрессивная штамповка берет длинный непрерывный лист металла и преобразует его в отдельные части с помощью ряда операций штамповки. Первая операция могла бы вырезать отверстия, следующая могла бы согнуть металл, следующая могла бы сделать еще один сгиб, четвертая могла бы вырезать больше отверстий и т. д. до последней операции, которая разрезала бы готовую деталь. 

Штамповка обходится очень дешево - для более мелких деталей процесс может "выплевывать" десятки деталей каждую минуту, что стоит копейки за деталь. Хотя, как и для большинства процессов формирования сеток, «инструменты» (то есть штампы для штамповки) дорогие.

Резка

Резка - это то, что звучит так: лист дерева, металла или пластика разрезается с помощью пилы, водяной струи, плазменной струи или лазера. Его можно использовать в сочетании с другими процессами, например, для удаления излишков пластика с детали, полученной вакуумным формованием.

3D печать

3D-печать - относительно новый процесс. Есть два основных способа сделать это. В одном процессе тонкий слой материала (маленькие кусочки металла или жидкая смола) плавится в узор с помощью лазера. Затем платформа, удерживающая сплавленный материал, немного опускается, сверху распределяется новый слой сырья, лазер расплавляет следующий слой и так до тех пор, пока деталь не будет изготовлена. Второй процесс распыляет или осаждает тонкий слой материала из сопла на платформе, платформа опускается, наносится следующий слой и т. д.

Как и фрезерование, процесс программирования 3D-принтеров теперь в значительной степени автоматизирован. Вы берете проект 3D CAD, отправляете его в программу, которая разрезает его на тонкие сегменты, а затем в другую программу, которая создает путь для лазера или сопла. 

Что интересно в 3D-печати, так это возможность производить одноразовую продукцию за относительно небольшие деньги.