Миниатюрна механична обработка, наричана още микрообработка, се оказа основна поддисциплина на производствения инженеринг, включваща прецизно производство на миниатюрни компоненти. Той има набор от приложения в много индустрии, включващи електроника и медицински устройства. освен това, техниките за миниатюрна обработка са се развили изключително много. Тази статия изследва различни аспекти на миниатюрната обработка, включително различни техники за обработка, материали, и приложения на миниатюрна машинна обработка, както и проблемите и факторите, които предизвикват безпокойство.
Какво е миниатюрна обработка?
Миниатюрна или микромашинна обработка означава производство на малки части с размери, измерени в милиметри, и прилагане на сложни процеси на обработка. Тази обработка изисква висока точност и прецизност. освен това, това е от решаващо значение за отрасли, които използват сложни секции. Микрообработката използва инструменти и машини, които работят в миниатюрни мащаби, той използва технология за компютърно цифрово управление в повечето от своите процеси. въпреки това, характеризира се със своята точност, високо ниво на детайлност, и продукти с разумни размери.
Пълен процес на миниатюрна обработка
Миниатюрната или микрообработка се състои от няколко етапа, които са разработени специално за създаване на точни малки части. Ето подробен преглед на пълния процес на миниатюрна машинна обработка:
1. Дизайн и прототипиране
- CAD моделиране: Започвайки от изработване на CAD модел на действителната част, който трябва да бъде произведен. Следният модел е правилно разработен със спецификации, размери, и толеранси, включени по подходящ начин.
- Прототипиране: Физически прототип може да бъде създаден чрез техниката на бързо прототипиране, i.e. 3D печат. Това помага при проверката на дизайна преди действителното започване на процеса на машинна обработка.
2. Избор на материал
- Избор на правилния материал: Самодоказващ се, в зависимост от приложението на миниатюрната част, подходящи материали, i.e. алуминий, неръждаема стомана, пластмаси, и т.н.
- Подготовка на материала: Суровината се доставя за употреба и е квалифицирана да отговаря на изискваните стандарти и очакваните процеси на обработка.
3. Настройка на инструментите
- Избор на инструмент: Изборът на правилните инструменти – микро CNC фрези или свредла зависи от материала и дизайнът на частта също е от решаващо значение.
- Настройка на машината: Инструментите, подходящи за миниатюрна обработка, се монтират на CNC машина, за да настроят правилната скорост, скорост на подаване, и дълбочина на рязане.
4. Процес на обработка
- Работно държане: Материалът е идеално закрепен от приспособление или менгеме на масата, за да се минимизира или елиминира всяко движение по време на процеса на обработка.
- CNC обработка: Операциите на CNC за микрообработка се управляват от дизайнерска програма за създаване на желания продукт. Този процес може да включва различни техники, включително:
- Фрезоване: Микро CNC мелница Рязането включва дърворезба за добавяне или постигане на определени характеристики в характеристики или форми.
- Обръщане: Обвързване на материала за завъртане на цилиндъра до необходимия ъгъл за рязане на кръгли части.
- Пробиване: Пробиване, както е указано в проекта.
- Електроерозионна обработка (EDM): Формата на материала за рязане е сложна или при рязане на трудни материали.
- Мониторинг: По време на обработката, операторите винаги са близо, внимателно наблюдение, за да постигнете правилните резултати.
5. Операции след обработка
- Почистване: Включва процеса на изглаждане на повърхността на продукта. Така, може да бъде безопасно и естетически приятно.
- Довършителни работи: Изкуствени повърхностни обработки като полиране, анодиране, или покритие, за да изглежда повърхността добре и да функционира още по-добре.
6. Контрол на качеството
- инспекция: Техниките за обработка включват прецизни измервателни уреди като дебеломер, и микрометри. Така, те могат да гарантират, че частите отговарят на необходимите допуски и размери.
- Тестване: Извършване на функционални или стрес тестове, за да се определи дали частта функционира добре.
7. Сглобяване (ако е необходимо)
- Интегриране на компоненти: По корпоративни дела, миниатюрни компоненти могат да бъдат сглобени с други, за да образуват крайна част от конкретен комплект.
- Миниатюрно адаптиране: Адаптирането му по начин, който трябва да стане добре пригоден и функционален в рамките на поточната линия.
Значението на тесните допуски при обработката на миниатюри/микро CNC
Ето някои важни аспекти, за да разберете колко строгият толеранс е важен при обработката на миниатюрни CNC машини.
- Функционалност: Допустимите отклонения са важни, тъй като в повечето дизайни малките части, които съставляват сглобката, трябва да пасват на свързващите компоненти, за да бъдат ефективни.
- Контрол на качеството: Поддържа последователност от част до част и от серия до серия, което е особено важно в отрасли, които се нуждаят от висока точност, i.e. Аерокосмически и медицински.
- Взаимозаменяемост: Порциите трябва да са взаимозаменяеми; спазването на план за толеранс означава, че части от различни производствени серии ще пасват добре на други.
- Намаляване на отпадъците: Високата прецизност помага за минимизиране на скрап материали. освен това, той ефективно намалява разходите и увеличава производството.
- Подобряване на производителността: Високата степен на точност при определяне на точната форма на компонентите води до по-добро представяне, включително устойчивост на износване и увеличен експлоатационен живот на компонентите.
Материали, съвместими с миниатюрна/микро CNC обработка
| Материал | Плътност (g/cm³) | твърдост (Рокуел) | Типични приложения |
| Алуминиеви сплави | 2.7 | B70-80 | Аерокосмически компоненти, електронни корпуси |
| Неръждаема стомана | 7.9 | B80-90 | Медицински изделия, крепежни елементи, малки зъбни колела |
| Титанови сплави | 4.5 | B30-35 | Аерокосмически части, импланти, високопроизводителни компоненти |
| Пластмаси (напр., Делрин, PTFE) | 1.4-2.0 | R80-90 | Предавки, лагери, корпуси, изолация |
| Мед | 8.9 | B60-65 | Електрически конектори, топлообменници |
| Месинг | 8.5 | B60-70 | Клапани, фитинги, декоративни части |
| Въглеродна стомана | 7.8 | C25-40 | Инструменти, автомобилни компоненти |
| Стъклен найлон | 1.4-1.5 | R80-90 | Структурни компоненти, износоустойчиви части |
| Керамика | 3.0-3.5 | H60-70 | Режещи инструменти, изолатори |
| Магнезиеви сплави | 1.8 | B60-70 | Аерокосмически части, автомобилни компоненти |
Различни техники, използвани при миниатюрна обработка
Така, нека обсъдим различните техники, използвани в Micromachining：
1. CNC фрезоване
CNC фрезоване използва режещи инструменти за фрезоване или обелване и дава сложни геометрични очертания на части. Дизайнът на ножа е много точен и може да се използва за множество приложения, i.e. лицево и контурно фрезоване. Проблемът с тесните допуски, особено при малки машинно обработени части, е силно процедурната същност на настройката на машините и програмирането.
2. CNC струговане
CNC струговане създава форми на завъртане на цилиндрични части чрез въртене на детайла в струга. Тук инструментите не се въртят, за да отстранят материал и се представят добре, когато създават форми на симетрия, осигурявайки изключително точни и полирани равнини. въпреки това, приложението му е ограничено до геометричната форма.
3. Електроерозионна обработка
EDM премахва материала чрез електрически искри, като по този начин е подходящ за работа върху трудни форми в твърди материали, i.e. стомана и титан. Този метод е особено добър за проектиране на форми и матрици. въпреки това, това е отнемащ време процес, който може да отнеме много повече време за настройка в сравнение с други техники.
4. Лазерно рязане и гравиране
Техниката на лазерно рязане фокусира лазерните лъчи, за да изреже или гравира материалите в много близък дизайн. Най-подходящ е за тънки плочи, но не е добър за дебели или такива, където трябва да се изреже много материал.
5. Микрообработка
Микрообработката е процес на съкращаване, счупен, или намалени размери на компонента в мащаб под 1 мм. Тези работи включват малки инструменти за изработване на малък елемент, което е много полезно при производството на медицински инструменти. въпреки това, тя е ограничена от факта, че са необходими по-модерни инструменти и оборудване поради дългите часове на обработка.
6. Рязане с водна струя
Водоструйното рязане използва вода под високо налягане с гранатови частици за рязане на детайли с малко топлина. Подходящо е за сложни форми, но не е толкова точно като лазерното рязане, и обикновено, материалът се нуждае от допълнителна обработка.
7. 3D Печат
В 3D печат, нови части се добавят към производството и позволяват бързо създаване на прототипи на сложни геометрии. Има различни материали, които поддържа, но понякога може да се наложи последваща обработка за постигане на определена точност.
8. Потъващ EDM
Потъването EDM прилага оформени електроди за вдлъбнатини и вътрешни контури върху твърди материали. Осигурява голяма точност при производството на матрици, но може да отнеме много време, и трябва да се подготви щателно.
Ключови фактори, които трябва да имате предвид като основни за миниатюрна машинна обработка
Нека обсъдим няколко ключови фактора, които трябва да вземете предвид при обработката на миниатюри:
- Скорост: Ето защо е важно да се балансират скоростите на шпиндела, за да се постигне висока точност и да се избегне термична деформация на детайла.
- Скорост на подаване: Правилните скорости на подаване позволяват материалът да бъде обработен по правилния начин с по-малко или никакво въздействие върху детайла.
- Избор на инструмент: Важно е да изберете правилния инструмент, i.e. микро CNC фрези или свредла. Те оказват значително влияние върху работата на микропрецизната обработка.
- Използване на охлаждаща течност: Правилната охлаждаща течност помага за контролиране на топлината и подобрява издръжливостта на инструмента по време на обработка.
- Калибриране на машината: Този процес изисква по-често CNC калибриране, за да се получи правилна обработка на части с различни миниатюрни размери.
Плюсове и минуси на миниатюрна/микро прецизна обработка
По-долу са плюсовете и минусите на миниатюрната обработка：
Предимства:
- Висока точност: Изработката на матрици е постижима с деликатни дизайни с малки хлабини и висока точност.
- Мащабируемост: Лесно е да се разшири производството от малък до голям мащаб.
- Универсалност: Може да се използва върху почти всеки материал и в почти всяка ситуация.
- Намален отпадък: Намаляването на количеството отпадъци предполага по-добри разходи и значителен отпечатък върху околната среда.
- Възможности за автоматизация: Тази технология може да бъде свързана с компютър за автоматизиране на производството, подслушване на повече производствени линии.
Ограничения:
- По-високи първоначални разходи: Сложно оборудване и инструменти, като цяло, имат висока цена.
- Комплексна настройка: Нуждае се от специална настройка и може да отнеме известно време, докато се настрои.
- Материални ограничения: Някои материали може да са предизвикателство за машината при възприемане на принципа на миниатюризация.
- Изисквания за умения: Опитни лица управляват и контролират умело производствените операции по миниатюризация.
Приложения на миниатюрна обработка
Нека направим общ преглед на често срещаните приложения на миниатюрна машинна обработка：
- Медицински устройства: Производство на дребни части за хирургично оборудване, ортопедични импланти, и диагностична апаратура.
- Космонавтика: Заети в производството на леки, приложения с висока якост за самолети и космически кораби.
- електроника: Производство на миниатюрни електромагнитни конектори, печатни платки, и части за мобилни комуникационни стоки.
- Автомобилна: Производство на прецизни компоненти, използвани в производството на двигатели и електронни компоненти в превозни средства.
- роботика: Миниатюрен & Микромеханични части, използвани в роботи & автоматизирани системи.
Заключение
В заключение, миниатюрната машинна обработка или микромашинната обработка е важен подсектор от производствения сектор, тъй като позволява създаването на малки, но изключително сложни продукти. Тези продукти може да са необходими в няколко високотехнологични индустрии и са разкрили нови потенциали за увеличаване на мащаба на ползите, произтичащи от миниатюрната машинна обработка. Това е така, защото индустриите продължават да се развиват. Така, това ще остане жизненоважна област за много производители, които искат да придобият майсторство в прецизното производство.
често задавани въпроси
Q1. Какви видове части обикновено произвежда миниатюрната машинна обработка?
Микрообработката обикновено се извършва на части с размери в милиметровия диапазон и в повечето случаи по-малки от 5 mm.
Q2. Кои индустрии извършват дребни машинни обработки най-ефективно?
Прецизни индустрии, включително медицински изделия, космическото пространство, електроника, автомобилен, и роботиката използва миниатюрна обработка на техните части.
Q3. Какво отличава микро ЦПУ от нормалното конвенционално ЦПУ или обработка?
Micro CNC струговането се концентрира върху производството на по-малки, по-тънък, и по-сложни компоненти с по-висока прецизност и точност на обработка, които се нуждаят от специфични инструменти и методи.
Q4. Какви материали се използват в мини машинната обработка?
Често използвани материали са алуминият и неговите сплави, неръждаема стомана, титан, сплави, пластмаси, и мед.
Q5. Какви са трудностите на миниатюрата?
Притесненията са; точност, състояние на инструмента, настройка, и материали и инструменти.
Q6. Дали миниатюрната обработка може да бъде автоматизирана?
да, обичайно е миниатюрната машинна обработка да се контролира чрез CNC технология, това помага за подобряване на ефективността, както и на точността.
Q7. Къде се вписват допустимите отклонения в контекста на миниатюрната обработка?
Минимизирането на вариациите е от решаващо значение при миниатюрната машинна обработка, тъй като частите трябва да работят както са проектирани и да пасват на другите части в сглобките.
