Conventionele vs. Niet-Conventionele Bewerking: Technieken, Toepassingen en Voordelen

Er zijn diverse manieren of technieken van bewerking die ingedeeld worden in conventioneel en niet-conventioneel. Productie of fabricage kan eenvoudig gedefinieerd worden als waardetoevoegingsprocessen waarbij grondstoffen met lage nutwaarde en waarde omgezet worden in producten met hoge nutwaarde en waarde met definite afmetingen, vormen en afwerkingen die een functionele capaciteit toekennen vanwege onvoldoende materiaaleigenschappen en slechte of onregelmatige afmeting, vorm en afwerking.

In dit artikel leert u de conventionele en niet-conventionele typen bewerkingsprocessen en hun operaties.

Typen bewerkingsprocessen

Bewerkingsprocessen zijn ingedeeld in twee categorieën: conventionele en niet-conventionele bewerkingsprocessen.

Conventionele bewerking:

Een conventioneel bewerkingsproces is een proces waarbij de bewerking op de traditionele manier plaatsvindt, zonder gebruik van geavanceerde methoden. Deze bewerkingsmethode wordt daarom ook traditionele bewerking genoemd. Scherpe snijgereedschappen, zoals de kegelgereedschap in de draaibank voor kegelbewerking, worden in deze techniek gebruikt. Hieronder volgen de typen conventionele bewerkingsprocessen:

Draaibank

De horizontale metaal-draaimachine, vaak aangeduid als motordraaibank, is de meest significante van alle machinegereedschappen. Veel van de kernmechanische principes ervan zijn opgenomen in het ontwerp van andere machinegereedschappen, wat het de vader van alle andere machinegereedschappen maakt. De motordraaibank is een eenvoudig machinegereedschap dat voor diverse operaties gebruikt kan worden, waaronder draaien, plandraaien en boren. Het draait en boort met een enkelpuntsnijgereedschap. Draaioperaties omvatten het draaien van rechte of kegelvormige cylindrische vormen, nopen, schouders en draadgaten, evenals het plandraaien van vlakke oppervlakken aan de uiteinden van cilindrische stukken, en omvatten het wegsnijden van overmaatmetaal van de buitendiameter van een werkstuk in de vorm van spaan. De meest voorkomende gatbewerkingsoperaties, zoals boren, uitboren, reamen, inbooren, afzetten en draadgaten met een enkelpuntsgereedschap of tap, zijn opgenomen in interne cylindrische operaties.

Slipmachines

Slipmachines gebruiken een draaiend abrasief wiel, ook wel slijpwiel of abrasieve band genoemd, om microscopische spaan van metalen onderdelen te verwijderen. Slijpen is de meest nauwkeurige van alle basale bewerkingstechnieken. Harde of zachte items worden geslepen tot tolerances van plus of min 0,0001 inch met moderne slipmachines (0,0025 millimeter). (1) gewone cilindrische, (2) interne cilindrische, (3) centriloze, (4) oppervlakte, (5) handmatige, (6) speciale, en (7) abrasieve-band slipmachines zijn enkele van de meest voorkomende typen slipmachines.

Hobel- en plantmachines

Enkelpuntsgereedschappen worden gebruikt om vlakke oppervlakken, nopen, schouders, T-nopen en hoekoppervlakken te bewerken tijdens hobel- en plantoperaties. De grootste hobelmachines kunnen componenten tot 36 inch lang verwerken en hebben een snijhub van 36 inch. Het snijgereedschap van de hobelmachine oscilleert, snijdend op de voorwaartse hub en voedt het werkstuk automatisch naar het gereedschap op de teruggaande hub. Plantmachines zijn vergelijkbaar met hobelmachines; echter, ze kunnen langere werkstukken verwerken. Sommige plantmachines kunnen stukken van 50 voet lang zagen. Het werkstuk wordt vastgehouden door een teruggaande tafel die het onder een snijgereedschap beweegt. Na elke snijhub voedt dit gereedschap, dat stilstaat tijdens de snijhub, automatisch in het werkstuk.

Freesmachines

Bij deze typen bewerkingsprocessen wordt het werkstuk voorgehouden tegen een draaiend snijgereedschap, een frees, in een freesmachine, dat metaal snijt. Voor een breed scala aan freesoperaties zijn frezen van verschillende vormen en afmetingen beschikbaar. Vlakke oppervlakken, nopen, schouders, schuine oppervlakken, zwaluwstaarten en T-nopen worden allemaal gefreesd. Voor het snijden van concave vormen en convexe nopen, afronden van hoeken en snijden van tandwieltanden, worden diverse vormtandfrezen gebruikt. Freesmachines komen in diverse stijlen, die als volgt gecategoriseerd kunnen worden: (1) standaard knie-en-kolom machines, inclusief horizontale en verticale versies; (2) bed-type of productiemachines; en (3) special-purpose freesmachines.

Boormachines

Boormachines, ook wel boorpersen genoemd, gebruiken een spiraalboor om gaten in metaal te maken. Zij gebruiken ook diverse andere snijgereedschappen om basis gatbewerkingsoperaties uit te voeren zoals reamen, uitboren, inbooren, afzetten en tappen van binnengewinden met een taphouder.

Pessen

Scharen, uitstansen, vormtrekken, buigen, smeden, munten, opreken, flenseren, knijpen en hameren zijn operaties om metaalonderdelen te produceren. Al deze operaties vereisen pessen met een bewegelijke stam die tegen een anvil of basis geperst kan worden. Zwaartekracht, mechanische verbindingen, hydraulische of pneumatische systemen kunnen allemaal de bewegelijke stam aandrijven.

Niet-conventionele bewerking:

Traditionele bewerkingsprocessen gaan uit van de gedachte dat het gereedschap harder is dan het werkstuk. Echter, sommige materialen zijn te hard of te broos om met traditionele processen te bewerken. Het gebruik van extreem harde nikkel- en titaniumlegeringen in vliegtuigmotoren heeft bijvoorbeeld de interesse in niet-traditionele bewerkingstechnieken gewekt, met name "elektrische methoden". Hieronder volgen de diverse typen niet-conventionele bewerkingstechnieken:

Elektronenbundelbewerking (EBM)

In elk materiaal wordt het EBM-proces gebruikt om fijn gaten en sleuven te snijden. Een bundel van hoge-snelheid elektronen wordt gefocust op een werkstuk in een vacuümkamer. Wanneer elektronen botsen met een werkstuk, wordt hun kinetische energie omgezet in warmte, wat kleine porties van het materiaal verdampt. Vanwege botsingen met gasmoleculen verstrooien de elektronen niet in het vacuüm. EBM kan gaten van zo klein als 0,001 inch (0,025 mm) in diameter of sleuven zo smal als 0,001 inch in materialen met een dikte tot 0,250 inch (6,25 millimeter) snijden. In de halfgeleiderindustrie wordt EBM ook gebruikt als alternatief voor lichtoptische productiemethoden.

Elektro-ontladingsbewerking (EDM)

EDM is het proces van desintegratie van elektrisch geleidende materialen zoals gehard staal of hardmetaal door middel van hoge-frequente elektrische vonfontladingen vanuit een graafiet of zacht metaal gereedschap, dat fungeert als elektrode. De elektrode en het werkstuk worden gedompeld in een dielectrische vloeistof, en een voermechanisme handhaaft een vonkgat tussen de elektrode en het werkstuk van 0,0005 tot 0,020 inch (0,013 tot 0,5 millimeter). De deeltjes worden weggeploegd toen vonfontladingen kleine deeltjes van het werkstuk smelten of verdampen, en de elektrode beweegt vooruit. De procedure wordt gebruikt om matrijzen, malen, gaten, sleuven en kaviteiten van praktisch elke vorm te bewerken. Het is nauwkeurig maar langzaam.

Electrochemische bewerking (ECM)

ECM repliceert electroplatering in omgekeerde richting. In dit proces wordt metaal van een werkstuk opgelost met gelijkstroom met een gecontroleerde snelheid in een elektrolytische cel. Het werkstuk fungeert als anood en is gescheiden van het gereedschap, dat fungeert als kathode, door een gat van 0,001 tot 0,030 inch (0,025 tot 0,75 millimeter). Het elektrolyt, meestal een waterige zoutoplossing, wordt onder druk door de tussenelektrode-gat gegoten, waarbij opgelost metaal van het werkstuk wordt uitgeplast. Het anoodwerkstuk wordt in een complementaire vorm gebracht naarmate de ene elektrode dichter bij de andere komt om consistente afstand te behouden. Het gebrek aan gereedschapslijtage en de mogelijkheid om een harder werkstuk te verwerken met een zachtere kathodegereedschap zijn twee voordelen van ECM. ECM wordt in de vliegtuigmotor- en automobileindustrie gebruikt voor ontgraten, boren van kleine gaten en bewerken van uitzonderlijk harde turbinebladen, onder andere.

Ionenbundelbewerking (IBM)

Een stroom geladen atomen (ionen) van inert gas, zoals argon, wordt versneld door hoge energiëen in een vacuüm en op een vast werkstuk gericht in IBM. Door energie en impuls over te dragen aan atomen op het oppervlak van het item, verwijdert de bundel atomen van het werkstuk. Wanneer een atoom botst met een cluster atomen op een werkstuk, worden tussen 0,1 tot 10 atomen losgeslagen van het werkstukmateriaal. IBM wordt gebruikt in de halfgeleiderindustrie en in de productie van asferische lenzen omdat het nauwkeurige bewerking van bijna elk materiaal mogelijk maakt. Textureren van oppervlakken voor betere hechting, produceren van atomaire schone oppervlakken op apparaten zoals laserspiegels, en wijzigen van de dikte van dunne lagen zijn allemaal voorbeelden van hoe de technologie wordt toegepast.

Laserbewerking (LM)

LM is een techniek voor het snijden van metaal of refractaire materialen die betrekking heeft op het smelten en verdampen van het materiaal met een intense laserbundel. Boren met een laser wordt gebruikt om microscopische gaten (0,005 tot 0,05 inch [0,13 tot 1,3 millimeter]) in materialen te snijden die te zwaar zijn om met standaardmethoden te verwerken, ondanks het feit dat het energie-intensief is omdat de stof gesmolten en verdampt moet worden om verwijderd te worden. Het laserboren van diamanten om als matrizes te dienen voor draadtrekken is een populaire toepassing. Boren en snijden van keramiek en substraten voor geïntegreerde circuits worden ook met lasers gedaan, en de luchtvaartindustrie gebruikt CNC-gecontroleerde lasers om profielen te snijden en gaten te boren in motoronderdelen.

Plasmaboogbewerking (PAM)

PAM is een plasma-boog, of wolfram-inert-gas-boog, brennertechniek voor het snijden van metaal. De brenner vuurt een hoge-snelheid straal van hoge-temperatuur geïoniseerd gas (plasma) dat het werkstuk doorsnijdt door te smelten en materiaal te verplaatsen. De plasma-zone kan temperaturen van 20.000° tot 50.000° F (11.000° tot 28.000° C) bereiken. De meeste metalen, inclusief die die niet succesvol met een zuurstofacetyleenbrenner gesneden kunnen worden, kunnen met deze methode gesneden worden. De PAM-techniek is gebruikt om aluminiumlegeringen tot zes inch (15 centimeter) dik en roestvrij staal tot vier inch (10 centimeter) dik te snijden met zware brenners. Platenprofiels snijden, roestvrij staal nopen snijden, en zware, geharde staal draaien op draaibanken zijn toepassingen voor deze procedure.

Andere methoden van niet-conventionele bewerkingsprocessen zijn:

Ultrasonische bewerking (USM)

Bij USM wordt materiaal van een werkstuk verwijderd door trillende abrasieve deeltjes in een waterige suspensie die circuleert door een nauwe ruimte tussen een trillend gereedschap en het werkstuk met een hoge frequentie. Het gereedschap, gevormd als de te creëren kaviteit, oscilleert met 19.000 tot 40.000 hertz met een amplitude van ongeveer 0,0005 tot 0,0025 inch (0,013 tot 0,062 millimeter) (cycli per seconde). Het gereedschap verwijdert materiaal door de abrasieve korrels tegen het oppervlak van het werkstuk te laten trillen. Ultrasonische bewerking wordt over het algemeen gebruikt om harde, broze materialen te snijden die wel of niet elektrische geleiders of isolatoren kunnen zijn.

Snijden van halfgeleidermaterialen (zoals germanium), graveren, boren van fijn gaten in glas, en bewerken van keramiek en edelstenen zijn frequente USM-toepassingen. Ultrasonische boor is een aangepaste versie van de procedure waarbij een ultrasonisch gereedschap tegen een werkstuk wordt gedraaid zonder behoefte aan een abrasieve suspensie. Dit type USM heeft gaten geboord zo klein als 80 micrometer.

Chemische bewerking (CHM)

Door gebruik te maken van een gecontroleerde chemische actie, verwijdert deze niet-elektrische techniek metaal van specifieke of algemene locaties. Om plekken die niet verwijderd hoeven te worden te beschermen, kan maskerlint worden gebruikt. De procedure is vergelijkbaar met die gebruikt om metaal druckplaten en graveringen te maken. Chemisch uitstansen, gebruikt om blanks van dunne metalen componenten te snijden, en chemisch frezen, gebruikt om metaal van geselecteerde of algemene delen van metalen onderdelen te verwijderen, zijn twee typen chemische bewerkingstechnieken.

Fotochemische bewerking (PCM)

PCM is een tak van CHM die een combinatie van fotografische en chemische etstechnieken gebruikt om componenten en apparaten in diverse metalen te creëren, met name roestvrij staal.

Waterstraalbewerking

Water wordt door kleine doppen met extreem hoge druk geblazen om door materialen te snijden, waaronder polymeren, metsellwerk en papier in het waterstraalbewerkingsproces. Waterstraalbewerking heeft diverse voordelen ten opzichte van andere methoden: het produceert geen warmte, het werkstuk vervormt niet tijdens bewerking, het proces kan overal op het werkstuk beginnen, geen voorbewerkingsvoorbereiding is vereist, en de procedure produceert minimale graten. Om de snelheid van materiaalverwijdering te verbeteren, wordt soms een abrasief aan het water toegevoegd, met name in afwerkingsoperaties. Bij deze benadering gebruikt het offshore-bedrijf zeewater als werkvloeistof.

Dit was het voor dit artikel over de diverse typen conventionele en niet-conventionele bewerkingsprocessen. Ik hoop dat u er veel aan hebt gehad. Deel het graag met andere studenten. Bedankt voor het lezen, tot de volgende keer!