Turnare și prelucrare mecanică

Turnarea metalelor și prelucrarea mecanică sunt două tehnologii de fabricație foarte utilizate în sectoarele auto, aerospațial, electronic și al utilajelor industriale pentru fabricarea componentelor metalice. Deși ambele procese au ca rezultat obținerea de componente, ele prezintă o serie de diferențe în ceea ce privește modul de modelare a materialului, uneltele necesare, costurile și precizia care poate fi atinsă.

Turnarea este un proces de turnare sau injectare a metalului topit într-un matriță pentru a realiza componente, iar prelucrarea mecanică este un proces care utilizează scule de tăiere pentru a îndepărta material dintr-un obiect solid. În anumite aplicații, este eficient să se combine turnarea cu prelucrarea CNC a pieselor complexe, care prezintă caracteristici funcționale precise.

Care este diferența dintre turnare și prelucrare mecanică?

Turnarea și prelucrarea mecanică se deosebesc în primul rând prin metodele de modelare a materialului.

Turnare vs. prelucrare mecanică: diferențe cheie

Cum funcționează ghipsurile?

Primul pas în procesul de turnare sub presiune constă în alegerea și topirea unui metal sau aliaj adecvat. Materialul topit este turnat sau injectat într-o matriță realizată după forma piesei. Odată răcită și solidificată, piesa este scoasă din matriță.

În cadrul acestui proces pot fi necesare și alte operațiuni, cum ar fi tăierea canalelor de turnare și a canalelor de scurgere, curățarea, tratamentul termic, finisarea suprafețelor, inspecția și prelucrarea mecanică.

Cum funcționează prelucrarea CNC?

Fabricația asistată de calculator reprezintă procesul de tăiere a materialelor dintr-un bloc solid de material. Modelul CAD este transformat în instrucțiuni de fabricație, de obicei prin intermediul unui software CAM. Mașina CNC funcționează pe baza unui set de traiectorii ale sculei pentru a crea o formă cu caracteristicile și dimensiunile corespunzătoare.

Iată câteva operații CNC obișnuite:

• Frezare CNC: Uneltele de tăiere rotative îndepărtează materialul pentru a forma suprafețe plane, caneluri, cavități și contururi complexe.
• Strunjire CNC: Piesa se rotește în timp ce este tăiată în formă cilindrică.
• Forare: Realizează găuri cu ajutorul unui burghiu rotativ.
• Plictisitor: Mărește sau curăță găurile până la dimensiunile dorite.
• Alesare: Finisează găurile pentru a îmbunătăți precizia și calitatea suprafeței.

Ce este prelucrarea prin turnare?

Metoda de prelucrare prin turnare, cunoscută și sub denumirea de „fabricare prin turnare și prelucrare”, reprezintă o combinație între turnare și prelucrarea CNC. Procesul de turnare este utilizat pentru a forma conturul de bază al piesei, în timp ce anumite caracteristici sunt supuse unei finisări a suprafeței și/sau li se asigură precizia dimensională prin prelucrare.

De exemplu, se poate realiza o carcasă metalică (din aluminiu) turnată, care să acopere întregul corp, nervurile și contururile. Procesele de prelucrare CNC pot realiza apoi montarea suprafețelor de contact, a orificiilor filetate, a locașurilor pentru rulmenți și a altor piese esențiale.

Cum funcționează procesul de prelucrare prin turnare

Proiectarea pieselor: Inginerii proiectează piesa, ținând cont de cerințele de turnare, de surplusurile de prelucrare, de proprietățile materialului și de toleranțe.

Pregătirea matriței: O matriță este proiectată pe baza proiectului piesei și a tehnicii de turnare.

Turnare: Metalul topit este turnat sau injectat într-o matriță și se solidifică.

Îndepărtarea și curățarea: Porțiunea solidificată este îndepărtată, iar materialul în exces, precum canalele de turnare, canalele de distribuție sau bavurile, este tăiat.

Inspecție: În cadrul procesului de turnare se verifică prezența defectelor, variațiile dimensionale și adecvarea pentru prelucrare.

Prelucrare CNC: Suprafețele și elementele critice sunt prelucrate prin frezare, strunjire, găurire sau alte metode de finisare.

Avantajele combinării turnării cu prelucrarea mecanică

Care sunt cele patru tipuri de turnare?

Există patru tehnici principale de turnare: turnarea în nisip, turnarea sub presiune, turnarea prin ceară pierdută și turnarea prin presare.

1. Turnarea în nisip

Turnarea în nisip este un proces care utilizează nisip special pregătit pentru a forma o matriță. În matriță se creează un spațiu care corespunde formei piesei. Metalul topit este turnat în cavitate, se răcește, iar apoi piesa este scoasă prin spargerea matriței de nisip.

Caracteristici principale:

• Potrivit pentru o gamă variată de aliaje metalice.
• Este capabil să creeze componente de dimensiuni mari și forme complexe.
• Utilizează materiale pentru matrițe relativ rentabile.
• În general, aceasta duce la o suprafață mai puțin finisată decât în cazul proceselor de turnare de precizie.
• De obicei, este necesară o matriță nouă pentru fiecare turnare.

2. Turnare sub presiune

În turnare sub presiune În cadrul acestui proces, metalul topit este introdus sub presiune într-o matriță metalică reutilizabilă. După ce metalul se răcește, matrița se deschide, eliberând piesa.

Caracteristici principale:

• Rata de producție ridicată.
• Repetabilitate bună în condiții de procesare controlată.
• Este capabil să genereze pereți subțiri și modele complexe.
• Producția în serie este posibilă cu ajutorul matrițelor reutilizabile.
• Tipul de aliaj utilizat depinde de cerințele privind turnarea și componentele.

Turnarea sub presiune cu cameră caldă și cu cameră rece

3. Turnare de investiții

Turnarea prin ceară pierdută, sau turnarea prin investiție, este o tehnică care presupune realizarea unui matriț detaliat pornind de la un model din ceară de unică folosință. Modelul este acoperit cu un strat de material refractar, care va forma o coajă ceramică.

Caracteristici principale:

• Potrivit pentru forme și detalii complexe.
• Poate realiza suprafețe destul de netede.
• Poate fi utilizat pentru a reduce la minimum operațiunile de fabricație de amploare.
• Este compatibil cu o gamă variată de aliaje metalice.

4. Turnarea prin presare

Turnarea prin presare reprezintă o combinație între turnare și forjare. Metalul topit este introdus într-o matriță, iar în timpul solidificării se aplică presiune.

Caracteristici principale:

• Presiunea este menținută pe parcursul procesului de solidificare.
• Acest proces va duce la obținerea unor componente cu porozitate redusă.
• Aceasta va îmbunătăți proprietățile mecanice în comparație cu unele procedee convenționale de turnare.
• Necesită echipament special și un proces de prelucrare controlat.
• Costurile legate de echipamentele de producție și de proces pot fi mai mari decât în cazul unor procese mai simple.

Turnarea vs. prelucrarea CNC: Ce proces ar trebui să alegeți?

Când să optați pentru turnare:

• Componenta este o piesă complexă sau o piesă goală la interior.
• Sunt necesare cantități mari de piese similare.
• Metoda turnării poate fi utilizată pentru a îndeplini cerințele dimensionale și de suprafață necesare.
• Materialul și geometria sunt adecvate pentru acest proces.
• Costul uneltelor poate fi repartizat pe un volum rezonabil de producție.

Când să optați pentru prelucrarea CNC:

• Proiectul constă într-un prototip sau într-un număr redus de serii de producție.
• Sunt necesare toleranțe strânse.
• Designul este susceptibil de modificări pe parcursul procesului de dezvoltare.
• Componenta necesită găuri, fante, filete sau suprafețe de îmbinare de precizie.
• Piesa poate fi fabricată din materialul existent în stoc, cu costuri de producție reduse.

Când este indicată utilizarea unui proces combinat?

În cazul pieselor cu o formă generală complexă, dar care necesită caracteristici funcționale de precizie, producția prin turnare și prelucrare mecanică ar putea fi o soluție adecvată.

De exemplu, carcasa unei pompe industriale poate fi turnată pentru a forma carcasa principală și canalele interne. Prelucrarea CNC poate fi apoi utilizată pentru asamblarea finală a suprafețelor frontale, a orificiilor din arbori și a suprafețelor de etanșare. Acest lucru permite reducerea la minimum a cantității de material care trebuie frezat dintr-un bloc solid, menținând totodată precizia în zonele în care aceasta este necesară.

Meseria de operator CNC este una dificilă?

Prelucrarea CNC nu este deosebit de dificilă, dar gradul de dificultate depinde de lucrare, de utilaje, de complexitatea pieselor și de nivelul de responsabilitate. Persoanele implicate într-o operațiune CNC, precum și inginerii responsabili de configurare, programare și producție, trebuie să dețină competențe diferite.

• Citirea planurilor: Citirea desenelor tehnice, a dimensiunilor, a toleranțelor și a specificațiilor geometrice.
• Măsurare: Verificarea dimensiunilor cu ajutorul șublerelor, micrometrelor, calibrelor și instrumentelor de inspecție.
• Funcționarea mașinii: Încărcarea pieselor de prelucrat, selectarea sculelor, monitorizarea ciclurilor și respectarea procedurilor de siguranță.
• Cunoștințe despre unelte: Cunoștințe privind sculele de tăiere, uzura sculelor, fixarea piesei de prelucrat și parametrii de prelucrare.
• Programare: Crearea sau modificarea programelor CNC (cod G sau software CAM), după caz.

Ce face ca prelucrarea CNC să fie o provocare?

În cazul prelucrării CNC, nu este vorba doar de operarea unei mașini. Muncitorii trebuie să fie conștienți de influența caracteristicilor materialului, a forțelor de tăiere, a geometriei sculei, a rigidității mașinii și a parametrilor de prelucrare asupra produsului finit.

Printre problemele tipice se numără toleranțele strânse, alegerea sculelor adecvate, evitarea vibrațiilor și a uzurii excesive a sculelor, poziționarea precisă a pieselor de prelucrat, rezolvarea problemelor legate de finisajul suprafețelor și procedurile de siguranță.

Defecte frecvente de turnare și rolul prelucrării mecanice

Defectele de turnare pot afecta dimensiunile, aspectul sau performanțele mecanice ale unei piese. Identificarea și controlul acestor defecte reprezintă o componentă importantă a calității procesului de fabricație.

Prelucrarea CNC poate corecta anumite variații dimensionale și poate finisa suprafețele, dar nu poate elimina automat defectele interne sau restabili integritatea materialului afectată.

Cum se pot reduce costurile în procesele de turnare și prelucrare CNC

Costurile de producție depind de proiectarea piesei, de material, de volumul de producție, de uneltele de producție, de timpul de prelucrare și de cerințele de calitate. Iată câteva exemple de practici care contribuie la controlul costurilor:

• Alegeți procesul din timp: Evaluați procesele de turnare, prelucrare și fabricare combinată încă din faza de proiectare.
• Discutați cerințele privind materialele: Alegeți un aliaj în funcție de cerințele mecanice, condițiile de lucru și posibilitățile de prelucrare.
• Nu complicați prea mult geometria; simplificați cât mai mult posibil, atâta timp cât se păstrează funcționalitatea.
• Utilizați toleranțele funcționale: Folosiți toleranțe stricte doar acolo unde este necesar.
• Stabilirea toleranțelor de prelucrare: Asigurați-vă că există o cantitate suficientă de material pe suprafețele turnate care urmează să fie finisate.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre turnare și prelucrare mecanică?

Prelucrarea mecanică este un proces care utilizează scule de tăiere pentru a îndepărta material dintr-un corp solid, iar turnarea sub presiune presupune turnarea metalului topit într-o matriță. Procesul de turnare sub presiune este adesea utilizat pentru forme complexe și volume mari de producție, în timp ce prelucrarea mecanică este de obicei aleasă pentru elemente de precizie și o producție flexibilă.

Ce este o mașină de turnare?

Prelucrarea pieselor turnate, cunoscută și sub denumirea de “turnare și prelucrare”, reprezintă o combinație între turnare și prelucrarea CNC. Forma principală este realizată prin turnare, în timp ce dimensiunile critice, orificiile, suprafețele și caracteristicile funcționale sunt obținute prin prelucrare.

Prelucrarea CNC este o muncă grea?

Prelucrarea CNC este dificilă, deoarece presupune înțelegerea desenelor tehnice, efectuarea măsurătorilor, operarea mașinilor-unelte, alegerea sculelor și, în unele cazuri, programarea. Formarea tehnică și practica sub supraveghere reprezintă o modalitate de învățare pentru începători.

Turnarea costă mai puțin decât prelucrarea CNC?

Turnarea sub presiune poate fi o opțiune mai economică pentru producția de volum mare, deoarece costurile matrițelor sunt repartizate pe un număr mare de piese. Prelucrarea CNC ar putea fi mai rentabilă pentru prototipuri, serii mici sau piese de înaltă precizie. Procesul optim depinde de cerințele piesei și de volumul de producție.

Piesele turnate pot fi prelucrate cu mașini CNC?

Da. Dimensiunile exacte ale pieselor, finisajul suprafețelor și elementele de precizie, precum orificiile, filetele, locașurile pentru rulmenți și suprafețele de montare, sunt realizate, de obicei, prin prelucrarea CNC a componentelor turnate.

Care este cea mai bună tehnică de turnare pentru a obține informații detaliate?

Turnarea prin investiție se utilizează, în general, pentru geometrii complexe și detalii fine. Acest lucru depinde de material, dimensiunea piesei, proiectarea piesei, toleranțe și volum.

Concluzie

Turnarea și prelucrarea CNC sunt ambele esențiale în industria metalurgică, dar funcționează în moduri diferite. Turnarea presupune realizarea unor forme din metal topit într-o matriță, fiind potrivită pentru o varietate de forme complexe și operațiuni de producție.

Prelucrarea CNC este o metodă de prelucrare care taie sau modelează un material solid pentru a-i conferi forma și dimensiunile dorite. Fiecare dintre următoarele metode de turnare are propriile avantaje și dezavantaje: turnarea în nisip, turnarea prin ceară pierdută și turnarea prin presare.

Turnarea și prelucrarea mecanică pot fi utilizate împreună pentru a beneficia de avantajele ambelor tehnici în cazul componentelor cu geometrii complexe și care necesită precizie. Alegerea corectă presupune luarea în considerare a geometriei, a materialului, a toleranțelor, a finisajului suprafeței, a cantității de producție, a cerințelor de calitate și a costului total.