Нетрадиционная обработка (Определяющее руководство)

Что такое нетрадиционный процесс обработки?

Для начала давайте разберемся с определением нетрадиционной обработки.

Нетрадиционная обработка, также известная как "нетрадиционная обработка" или "передовые производственные процессы", включает в себя разнообразные методы удаления и модификации материалов, использующие различные формы энергии. Эти процессы используют электричество, тепловую энергию, фотоны, электрохимические реакции, химические взаимодействия, акустические волны или специализированные механические силы для манипулирования материалами в микро- и макромасштабах.

В отличие от традиционных методов обработки, которые в основном опираются на механические силы резания, нетрадиционные процессы используют уникальное взаимодействие энергии и материала для достижения точного удаления материала, контролируемой деформации, целенаправленного изменения свойств или избирательного осаждения материала. Эти методы часто используются для обработки труднообрабатываемых материалов, создания сложных геометрических форм или достижения качества поверхности, превышающего возможности традиционных методов.

Результаты нетрадиционных процессов обработки могут включать:

1. Удаление материала: Точная эрозия или испарение материала
2. Деформация: Контролируемое формообразование без традиционной резки
3. Модификация свойств: Изменение характеристик материала на поверхностном или объемном уровне
4. Добавление материалов: Выборочное осаждение или нанесение материалов

Эти передовые процессы играют важнейшую роль в современном производстве, позволяя изготавливать высокоточные компоненты для аэрокосмической промышленности, медицинского оборудования, электроники и других передовых отраслей.

Развитие и определение нетрадиционной обработки

Традиционная механическая обработка на протяжении веков была краеугольным камнем человеческого производства и материальной цивилизации. Большинство современных изделий, от бытовой техники до сложных транспортных средств и оборонного оборудования, по-прежнему производятся и собираются с помощью этих традиционных методов.

Традиционная механическая обработка в основном основана на использовании механической энергии и сил резания для удаления лишнего материала, придания деталям определенных геометрических размеров и чистоты поверхности. Этот процесс требует, чтобы материал инструмента был тверже материала заготовки.

Однако стремительный научно-технический прогресс с 1950-х годов, в частности, обусловленный потребностями оборонной промышленности, привел к появлению все более сложных производственных задач. К ним относятся необходимость в высокоточных, высокоскоростных, высокотемпературных и находящихся под высоким давлением компонентах, а также в миниатюрных изделиях. Соответственно, материалы становятся все более сложными для обработки, а геометрия изделий - все более замысловатой, с постоянно растущими допусками на размеры и требованиями к чистоте поверхности.

Эти меняющиеся требования потребовали новых возможностей в механическом производстве, включая:

1. Обработка труднообрабатываемых материалов, таких как твердые сплавы, титановые сплавы, жаропрочные стали, нержавеющие стали, закаленные стали, а также неметаллических материалов, таких как алмаз, драгоценный нефрит, кварц, германий и кремний.
2. Обработка сложных поверхностей, в том числе поверхностей свободной формы на лопатках турбин, интегральных турбинах, корпусах двигателей и штампах для ковки.
3. Изготовление специальных элементов, таких как внутреннее рифление, распылительные сопла, микроотверстия и узкие щели в прядильных соплах.

Для решения этих проблем исследователи разработали нетрадиционные методы обработки (NTM), также известные как нетрадиционная обработка (NCM). В этих процессах используются различные виды энергии, включая электрическую, магнитную, акустическую, оптическую и тепловую, а также химическая энергия и специальные механические методы для прямого воздействия на обрабатываемую область, удаления, деформации или изменения свойств материала.

Ключевые особенности нетрадиционной обработки включают:

1. Возможность использования инструментальных материалов, значительно более мягких, чем материал заготовки.
2. Прямая обработка материалов с использованием таких источников энергии, как электричество, электрохимические реакции, звуковые волны или свет.
3. Минимальные механические усилия при обработке, что приводит к минимальным механическим и тепловым деформациям, повышая точность и качество поверхности.
4. Возможность комбинировать различные методы, создавая гибридные процессы, которые значительно повышают эффективность и точность производства.
5. Постоянное развитие новых методов НТМ по мере появления новых источников энергии и областей применения.

Эти характеристики позволяют NTM обрабатывать широкий спектр материалов - как металлических, так и неметаллических - независимо от их твердости, прочности, вязкости или хрупкости. НТМ превосходно справляется с обработкой сложных геометрических форм, микроповерхностей и деталей с низкой жесткостью. Более того, некоторые методы НТМ позволяют достичь суперфинишной, зеркальной и даже нанометровой (атомной) точности обработки.

По мере того как традиционные методы обработки достигают своих пределов в решении этих передовых технических задач, нетрадиционная обработка становится незаменимым решением в современном производстве, постоянно расширяя границы возможного в обработке материалов и изготовлении изделий.

Классификации нетрадиционных видов обработки

Нетрадиционные процессы обработки можно разделить на несколько категорий в зависимости от источника энергии, функциональной формы и основополагающих принципов. Эта система классификации обеспечивает структурированный подход к пониманию и сравнению различных передовых технологий производства. В следующей таблице представлен полный обзор этих классификаций:

Эта система классификации позволяет инженерам и производителям выбрать наиболее подходящий нетрадиционный процесс обработки, исходя из конкретных свойств материала, желаемых результатов и производственных требований. Понимание этих категорий облегчает принятие обоснованных решений в сценариях передового производства, позволяя оптимизировать производственные процессы и добиваться сложных геометрических форм или отделки поверхности, которые трудно или невозможно получить с помощью традиционных методов обработки.

Виды нетрадиционных процессов обработки

Электроэрозионная обработка (EDM):

Основной принцип:

EDM, или электроэрозионная обработка, - это разновидность нетрадиционного метода обработки, который предполагает травление токопроводящих материалов посредством электрической эрозии, вызываемой импульсным разрядом между двумя полюсами, погруженными в рабочую жидкость. Этот процесс также известен как разрядная или электроэрозионная обработка. Основное оборудование для этого метода - электроразрядный станок.

Основные характеристики EDM:

• Возможность обработки материалов, трудно поддающихся традиционным методам обработки, и заготовок сложной формы.
• В процессе обработки не участвуют силы резания.
• Избегайте таких дефектов, как заусенцы, следы от инструментов и канавки.
• Инструмент материал электрода не должен быть тверже материала заготовки.
• Процесс обработки легко автоматизировать благодаря прямому использованию электроэнергии.
• В некоторых случаях требует дополнительного удаления образовавшегося на поверхности метаморфического слоя.
• Очистка дымовых загрязнений, образующихся в процессе очистки и обработки рабочей жидкости, может быть проблематичной.

Область применения:

• Обработка пресс-форм и деталей с отверстиями и полостями сложной формы.
• Обработка различных твердых и хрупких материалов, таких как твердые сплавы и закаленная сталь.
• Обработка глубоких мелких отверстий, фигурных отверстий, глубоких канавок, узких прорезей, нарезка тонких ломтиков и т.д.
• Обработка всех видов инструментов и измерительные инструменты такие как режущие инструменты, образцовые пластины и кольцевые измерители резьбы.

Электролитическая обработка:

Основной принцип:

В электролитической обработке используется принцип электрохимического растворения, а в качестве катода используется пресс-форма. Заготовка обрабатывается до определенной формы и размера.

Область применения:

Электролитическая обработка идеально подходит для сложных для обработки материалов, а также для деталей сложной формы или с тонкими стенками.

Этот метод широко используется в различных областях, таких как нарезка стволов, лопастей, крыльчаток, пресс-форм, профилированных отверстий и деталей, снятие фасок и заусенцев.

Во многих видах механической обработки технология электролитической обработки играет важную или даже незаменимую роль.

Преимущества:

• Широкий диапазон обработки - почти все проводящие материалы могут быть обработаны с помощью электрохимической обработки без ограничений по механическим и физическим свойствам, таким как прочность, твердость, вязкость или металлографическая структура материала. Она часто используется для обработки твердых сплавов, высокотемпературных сплавов, закаленной стали, нержавеющей стали и других труднообрабатываемых материалов.
• Высокая производительность
• Хорошее качество обработки, особенно с точки зрения качества поверхности
• Может использоваться для обработки тонких стенок и деформируемых деталей - Отсутствует контакт между инструментом и заготовкой, нет механической силы резания, нет остаточное напряжение или деформации, а также отсутствие заусенцев или вспышек в процессе электрохимической обработки.
• Катод инструмента не подвержен износу.

Ограничения:

• Низкая точность обработки и обработки
• Высокая стоимость обработки. Чем меньше партия, тем выше дополнительные расходы на одну деталь.

Лазерная обработка:

Основные принципы:

Лазерная обработка - это процесс, в котором используются высокоэнергетические световые лучи, сфокусированные линзой, для расплавления или испарения материалов и их удаления за короткое время для выполнения обработки.

Преимущества:

Технология лазерной обработки обладает такими преимуществами, как минимальные отходы материала, экономичность при крупносерийном производстве и универсальность в обработке объектов. В Европе лазерная технология широко используется для сварки специальных материалов, таких как высококачественные автомобильные кузова, крылья самолетов и фюзеляжи космических кораблей.

Область применения:

Как наиболее распространенное применение, технологии лазерной обработки в основном включают лазерная сварка, лазерная резка, модификация поверхности, лазерная маркировка, лазерное сверлениеМикрообработка и фотохимическое осаждение, стереолитография, лазерное травление и т.д.

Обработка электронным лучом:

Основные принципы:

Электронно-лучевая обработка (ЭЛУ) - это обработка материалов с использованием теплового или ионизационного воздействия сходящегося электронного пучка высокой энергии.

Основные характеристики:

Высокая плотность энергии, сильное проникновение, широкий диапазон глубины единовременного проплавления, большой коэффициент ширины сварного шва, быстрый скорость сваркиНебольшая зона термического воздействия, малая рабочая деформация.

Область применения:

Электронно-лучевая обработка имеет широкий спектр обрабатываемых материалов и позволяет обрабатывать очень маленькие участки.

Он обеспечивает точность обработки на нанометровом уровне, позволяя выполнять молекулярную или атомарную обработку.

Он обладает высокой производительностью, но стоимость обрабатывающего оборудования высока.

Процесс обработки производит минимальное загрязнение окружающей среды.

Он подходит для обработки микроотверстий и узких щелей, а также может использоваться для сварки и тонкой литографии.

Технология вакуумной электронно-лучевой сварки мостовых раковин является основным применением электронно-лучевой обработки в автомобилестроении.

Обработка ионным лучом:

Основные принципы:

Обработка ионным лучом осуществляется путем ускорения и фокусировки потока ионов, генерируемого источником ионов, на поверхность заготовки в условиях вакуума.

Основные характеристики:

Благодаря точному контролю плотности ионного потока и энергии ионов можно добиться сверхточной обработки на нанометровом, молекулярном и атомном уровнях. Ионно-лучевая обработка приводит к минимальному загрязнению, стрессу и деформации, а также адаптируется к обрабатываемым материалам, но при этом имеет высокую стоимость.

Область применения:

Ионно-лучевую обработку можно разделить на два типа: травление и покрытие.

Травление Обработка:

Ионное травление используется для обработки воздушных подшипников гироскопов и канавок на двигателях динамического давления с высоким разрешением, высокой точностью и хорошей повторяемостью.

Еще одно применение ионно-лучевого травления - травление высокоточной графики, например, интегральных схем, оптоэлектронных устройств и оптических интегральных устройств.

Ионно-лучевое травление также используется для истончения материалов с целью подготовки образцов для проникающей электронной микроскопии.

Покрытие Обработка:

Обработка покрытий ионным лучом имеет две формы: напыление и ионное покрытие.

Ионное покрытие может быть нанесено на широкий спектр материалов. Металлические или неметаллические пленки могут быть нанесены на металлические или неметаллические поверхности, также могут быть покрыты различные сплавы, соединения или синтетические материалы, полупроводниковые материалы и материалы с высокой температурой плавления.

Технология ионно-лучевого покрытия используется для нанесения смазочных, термостойких, износостойких, декоративных и электротехнических пленок.

Плазменно-дуговая обработка:

Основные принципы:

Плазменная дуга Обработка - это нетрадиционный метод обработки, позволяющий резать, сваривать и распылять металл или неметалл под воздействием тепловой энергии плазменной дуги.

Основные характеристики:

• Микролучевая плазма дуговая сварка способен сваривать фольгу и тонкие листы.
• Он обладает уникальным эффектом "замочной скважины", который позволяет выполнять одностороннюю сварку и двухстороннюю свободную формовку.
• Сайт плазменная дуга имеет высокую плотность энергии и температуру в столбе дуги, что обеспечивает сильную проникающую способность. Это означает, что снятие фаски не требуется для стали толщиной 10-12 мм и полного провар и двухстороннее формование может быть достигнуто за один проход, что обеспечивает высокую скорость сварки, высокую производительность и минимальную деформацию.
• Однако оборудование для этого процесса сложное и отличается высоким расходом газа, что делает его пригодным только для сварки в помещениях.

Область применения:

Он широко применяется в промышленном производстве, особенно для сварки меди и медных сплавов, титана и титановых сплавов, легированной стали, нержавеющей стали, молибдена, используется в военной промышленности и передовых промышленных технологиях, таких как аэрокосмическая промышленность, например, титановый сплав ракетной оболочки, некоторые из авиационных тонкостенных контейнеров.

Ультразвуковая обработка:

Основные принципы:

Ультразвуковая обработка заставляет поверхность заготовки постепенно разрушаться за счет использования ультразвуковой частоты в качестве инструмента для малоамплитудной вибрации и пуансона на обрабатываемой поверхности за счет свободного абразива в жидкости между ним и заготовкой.

Ультразвуковая обработка часто используется для пробивки, резки, сварки, раскроя и полировки.

Основные характеристики:

Может обрабатывать любой материал, особенно подходит для обработки различных твердых, хрупких непроводящих материалов, с высокой точностью, хорошим качеством поверхности, но с низкой производительностью.

Область применения:

Ультразвуковая обработка в основном используется для перфорации (включая круглые отверстия, фигурные отверстия и изогнутые отверстия и т.д.), резки, прорезки, гнездования, резьбы различных твердых и хрупких материалов, таких как стекло, кварц, керамика, кремний, германий, феррит, драгоценный камень и нефрит, удаления заусенцев с небольших деталей в партиях, полировки поверхности формы и правки шлифовального круга.

Химическая обработка:

Основные принципы:

При химической обработке используется кислота, щелочь или солевой раствор для разъедания или растворения материала деталей с целью получения желаемой формы, размера или поверхности заготовки.

Основные характеристики:

• Может обрабатывать любой металл материалы, которые можно резатьНе имеет твердости, прочности.
• Он подходит для обработки больших площадей и может обрабатывать много деталей одновременно.
• Шероховатость поверхности достигает Ra1,25~2,5 мкм без каких-либо напряжений, трещин или заусенцев.
• Простота в эксплуатации.
• Не подходит для обработки узких пазов и отверстий
• Не подходит для устранения таких дефектов, как шероховатость поверхности и царапины.

Область применения:

• Подходит для прореживания больших площадей;
• Подходит для обработки сложных отверстий в тонкостенных деталях

Быстрое создание прототипов:

Технология RP - это интеграция и развитие современных технологий CAD/CAM, лазерных технологий, технологий компьютерного числового управления, технологий прецизионных сервоприводов и технологий новых материалов. Различные системы быстрого прототипирования имеют различные принципы формирования и системные характеристики, обусловленные различиями в материалах для формирования, но основополагающий принцип остается неизменным - "производство по слоям, наращивая каждый слой".

Это похоже на процесс математического интегрирования, а визуально система быстрого прототипирования напоминает "3D-принтер".

Основные принципы:

Интеграция и развитие технологии RP, основанной на современной технологии CAD/CAM, лазерной технологии, технологии компьютерного числового управления, технологии прецизионного сервопривода и новый материал Технология позволяет напрямую получать данные о дизайне изделия (CAD) и быстро изготавливать образцы, пресс-формы или модели новых изделий без использования пресс-форм, фрез или приспособлений.

В результате широкое использование и применение технологии RP значительно сокращает цикл разработки новых продуктов, снижает стоимость разработки и повышает ее качество.

Переход от традиционного "метода устранения" к современному "методу роста" и от изготовления пресс-форм к производству без пресс-форм представляет собой революционное влияние технологии RP на производственную отрасль.

Основные характеристики:

Технология RP преобразует сложную трехмерную обработку в серию многослойных операций, значительно снижая сложность обработки. Она обладает следующими характеристиками:

• Высокая скорость всего процесса формовки делает его идеальным для современного рынка быстро меняющихся продуктов;
• Возможность создания трехмерных объектов любой сложной формы;
• При формовке не требуются специальные приспособления, штампы или фрезы, что снижает затраты и сокращает производственный цикл;
• Высокий уровень технологической интеграции, результат прогресса современной науки и техники, а также демонстрация их комплексного применения, с ярко выраженными высокотехнологичными особенностями.

Вышеперечисленные характеристики указывают на то, что технология RP идеально подходит для разработки новых продуктов, быстрого изготовления единичных и мелкосерийных деталей сложной формы, проектирования и производства пресс-форм и моделей, а также производства материалов, сложных для обработки.

Кроме того, он хорошо подходит для контроля формы, сборки и быстрого реинжиниринга.

Область применения:

Технология быстрого прототипирования может применяться в таких областях, как авиация, аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, связь, медицина, электроника, бытовая техника, игрушки, военная техника, промышленное моделирование (скульптура), модели зданий, машиностроение и т.д.

Заключение

В этой статье мы перечислили девять видов нетрадиционных методов обработки, которые могут послужить удобным руководством для тех, кто хочет узнать о нетрадиционных методах обработки, их преимуществах, классификации и многом другом.