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機加工不擅長的形狀是什么

發布日期: 2023-08-23

機加工不擅長的形狀

乍一看什么形狀都可以實現的機加工也有不擅長的和無法實現的部分,此處我就來介紹一下。
簡單來說,機加工是一邊旋轉刀具一邊切削工件從而切出所需形狀的加工。雖然有一些限制,但通過充分利用 3D 加工,基本上可以實現任何形狀。
但是由于該機加工的原理,也存在難以實現的部分。
使用無法用刀具切削的“硬質材料”、鎳系材料等“粘性材料”制成的零件可能無法通過機加工來制造。如果材料太硬,刀具會承受不了,只會磨損刀具。對于粘性材料,切削掉的材料會粘在刀具上(積屑瘤),致使鋒利度急劇下降。
在這兩種情況下,都是只要稍微切削一下就需要更換刀具,而且昂貴的刀具只能一次性使用,因此可以說它們都是在現實中很難進行機加工的材料。
以前,鈦合金、鉻鎳鐵合金等鎳合金也被認為是難以進行機加工的材料,但現在隨著立銑刀和切削液的發展,已經能夠通過機加工進行處理了。但是,最好記住淬火材料等超過 HRC60 的過硬材料不適合機加工。
不僅是工件的硬度,還有的“形狀”也很難通過機加工來實現。例如名為凹切的形狀、過薄的形狀和精度過高的形狀等。 這一次,我想詳細介紹這些形狀。
首先,讓我們詳細解釋一下凹切形狀。

 

何謂凹切形狀

機加工是用旋轉的刀具切削工件,但該刀具不是漂浮在空中的。刀具安裝于刀架上,然后安裝于名為主軸的旋轉軸上,并與之后的設備相連。 (詳情參見第2部分(前篇))
因此,從主軸看隱藏在壁的后面的部分無法切削,有時也無法切削與主軸相撞的復雜形狀。
從一個方向看時處于陰影處的形狀也稱為“凹切”。原本它是在模具制造中經常使用的術語,意思是要從模具中取出成型產品時用力拉拽也分離不開的形狀。 簡單來說,情況如圖2-1所示。

機加工不擅長的形狀是“凹切”。原本它是在模具制造中經常使用的術語,意思是要從模具中取出成型產品時用力拉拽也分離不開的形狀。

對于圖 2-1 所示的形狀,即使嘗試用刀具進行加工,前面的形狀也會形成干擾,無法切削凹切部分。這樣,如果有從一個方向看處于陰影中的部分,就需要對機加工下一些功夫。還會經常出現無法加工的情況。
那么,圖2-1是無法加工的形狀嗎?它是可以加工的。如您所見,需要更換工序。(更換工序在第 2 部分進行了詳細說明。)具體按照圖 2-2 所示的工藝加工。

機加工不擅長的形狀是“凹切”。需要更換工序

 

何謂無法加工的凹切形狀

凹切形狀不是全都無法實現的。機加工原理上也存在無論如何都無法加工的形狀。典型的例子參見圖3-1。

機加工不擅長的形狀是什么?凹切形狀不是全都無法實現的。機加工原理上也存在無論如何都無法加工的形狀。 例如,在圖3-1的形狀,字型的內側表面存在非貫穿的凹槽形狀。這種形狀是機加工無論如何都無法加工的。因為刀具無法直接接觸進行凹切的凹槽形狀。
這種時候,通過制作和設計上的巧思,會得到若干選擇。代表性的如下。
1.? 追加加工工序
2.? 追加和變更形狀
3.? 分割形狀

 

 

加工工序的追加例

在像此次這樣的形狀的情況下,很難通過機加工實現凹切的凹槽部分。首先我們來尋找一下通過與其他加工工序組合來實現機加工無法應對的部分的方法。這正是加工企業要研究的內容。

 

電火花成型加工

當該凹槽形狀要求精度且必須一體制作時,就要選擇組合電火花成型加工的方式。
電火花成型加工是模具制作等中常用的加工工序。首先用銅、石墨制作將想實現的形狀反轉而成的形狀。這稱之為“電極”。將工件和電極組裝于電火花成型加工機,一邊對電極通電一邊將電極按壓于工件。
此時,在電極與工件之間發生電弧放電,能夠使電極形狀中形成凹陷。只要有“使用電極熔融工件”的印象即可。此時制作的電極例如是圖4-1那樣的形狀。電極主要通過機加工制作。

電極主要通過機加工制作。

 

機加工不擅長的形狀中,當該凹槽形狀要求精度且必須一體制作時,就要選擇組合電火花成型加工的方式。

實際上如圖4-2所示,加工工序是制作出未進行凹槽加工的狀態下的工件,在電火花成型加工機內,將電極靠近工件,產生電弧放電來挖出凹槽形狀。 電火花成型加工是一種費事的工序,要制作電極,并使用該電極進行加工,這樣的加工自然加工費很高。

 

3D打印機

最近不僅是樹脂,金屬的3D打印機也開始被使用。如果凹切的凹槽部分不需要太高的精度,則采用組合3D打印機的工藝也是一種方法。
如果3D打印機的精度不高(最好情況下為± 0.2mm左右),就無法再現螺紋形狀。如果有要求精度的部位,需要在建模的時候加一個余量,然后通過機加工等,對余量部分進行高精度的追加加工。
但是要事先清楚金屬的3D打印機與機加工等相比,成本高,且可選擇的材質有限。
具體工序示意圖參見圖4-3。

機加工中也會使用3D打印機

 

焊接

接下來,是制作單獨的構件并將它們焊接在一起的方法。通過焊接形成的一體式結構除了實現這種凹切形狀外,還是常用于設備零件等的制造方法。
需要注意的是要設想到材料是否適合焊接、焊接變形怎么辦、焊接本身的規格(所謂打點、填充、堆焊等)、焊后處理等,并將其反應到圖紙中。
當涉及到焊接時,往往圖紙會含糊不清,但制造方會因此而不知道焊接的用途是什么,應該保證多大的強度,所以圖紙中要盡可能適當地做出與焊接相關的指示。
尤其要記住,焊接是一種工件會變得極其高溫并發生變形的加工方法。如果要求精度,則需要在焊接后通過追加加工,切削所需的表面。
讓我們按照順序看一下。
大家是不是覺得焊接就像4-4那樣簡單?可能很多人都覺得焊接就是分別制作部件,然后將它們“焊接在一起”,就會成為一體。其實并沒那么簡單。

在機加工中,可能很多人都覺得焊接就是分別制作部件,然后將它們“焊接在一起”,就會成為一體。其實并沒那么簡單。

實際上,部件的準備必須先考慮到因焊接產生的變形、焊接熔深和焊接后的追加加工。與 3D 打印的情況相同,需要提前為需要精度的部分增加余量,并在焊接后進行追加加工。
還需要指示是留下堆焊的部分還是將其切削掉。對強度有要求的部位,要提前開設坡口,增加熔深等。
具體而言會經過圖4-5所示的工序。在本例中,采用在整周堆焊后,通過機加工切削凹槽以外的整個面的工序。首先,準備焊接前的部件。特別是越小的部件變形越大,要考慮到這一點事先多增加余量。各部件都要預先實施成為坡口的倒角加工。
焊接加工會生產焊珠。因焊接而鼓起的焊珠會從原表面向外側突出。并且會發生整體變形。特別是角焊部分如果沒有一定的厚度,就會產生很大的弓形變形。接下來,在整體上將余量部分連同焊珠一起通過機加工切削掉,精加工出高精度的形狀。
想來您可能理解了這是一個非常耗時的過程。當然,如果強度沒有問題,也可以考慮省略角焊,減少變形,省略或簡化追加加工。

在機加工的焊接加工工序中,如果強度沒有問題,也可以考慮省略角焊,減少變形,省略或簡化追加加工。

 

 

追加和變更形狀的例子

接下來,介紹一下更改設計內容本身來使其更易于制造的方法。這一點希望設計人員能夠優先考慮。即使在功能上不是必需的,但是如果事先設計成使易于加工的形狀,也能夠最大限度地減少與制造現場之間的溝通。
例如這次的情況下,能不能改成圖5-1那樣的形狀?
通過追加這樣的加工用孔,能夠如圖5-2所示,使立銑刀直接進入凹槽形狀。
關鍵是要事先使此時的孔比凹槽形狀的輪廓略大。注意防止立銑刀的直線部分(柄)接觸孔的側面。
或者是否可以將凹槽形狀更改為像圖5-3那樣的圓弧形狀?
通過將凹槽形狀做成這樣的圓弧形狀,有時可以使用T型槽銑刀(或側銑刀)等特殊刀具進行加工。
這種刀具與普通的立銑刀不同,是在側面方向上抵接使用,而非在軸向上抵接。如果設計上能夠允許弧形凹陷而不是方形凹槽,也您可以將其視為一種變更方案進行研究。當然,制作或購買T型槽銑刀都會產生成本,但我認為加工費會下降。
在考慮更改形狀時,設計人員首先要考慮的是這種難以加工的凹切形狀究竟是否有必要。
最簡單的解決方案是如圖 5-5 所示使凹槽形狀貫穿。當然圖 5-5是一種只需要進行機加工就可以很容易制造的形狀,所以請考慮這樣的形狀是否不可以。

在機加工中,通過追加這樣的加工用孔,能夠如圖5-2所示,使立銑刀直接進入凹槽形狀。?

在機加工中,在考慮更改形狀時,設計人員首先要考慮的是這種難以加工的凹切形狀究竟是否有必要。

 

 

形狀的分割例

接下來,讓我們考慮一種將部件進行分割并高精度連結而不是將它們一體制造的方法。
一個典型的例子是如圖6-1 所示的分割。這是一種預先在部件1上開設螺紋孔,然后用螺栓將部件1與部件2連結起來的方法。在兩個部件上預先開設定位孔并插入定位銷,由此也能夠高精度地組裝。
將這樣看似難以加工的形狀分拆成簡單的部件進行組裝的方法也很常見。雖然零件數量會增加,但加工工時會顯著減少,因此很多情況下還是具有成本優勢的。圖6-1是分為兩部分,當然,還可以將部件1進一分割為三部分。

在機加工中,將這樣看似難以加工的形狀分拆成簡單的部件進行組裝的方法也很常見。雖然零件數量會增加,但加工工時會顯著減少,因此很多情況下還是具有成本優勢的。

 

 

思路和制作方法因設計人員而異!

此次對凹切形狀的特點和處理的思路進行了講解。
讓我們總結一下設計時的要點。

? 再次確認是否真的需要凹切形狀

? 可以實現的方法主要有如下選項,但它們都很昂貴。

? 電火花加工

? 焊接

? 3D 打印機

? 在某些情況下,可以通過考慮使用機加工而變更形狀來減少工時。

? 還要研究分割成簡單的形狀進行組裝而不是采用一體型的零件。

在像這次這樣有機加工不易處理的形狀的情況下,由設計人員決定是即使花費成本和時間也要照原樣制造,還是更改設計以使其更易于制造。當然,在設計方面實施變更會增加能夠合理廉價地制造的可能性,所以在設計時請務必考慮這些要點。

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