Wat is Machining?
Machining is een productieproces dat inhoudt dat een stuk materiaal wordt gevormd tot een uiteindelijke gewenste vorm door materiaal op een gecontroleerde manier te verwijderen. Aangezien machining-processen gebruikmaken van machinegereedschappen zoals bewerkingscentra en werken door materiaal te verwijderen, worden ze vaak aangeduid als subtractieve productieprocessen, in tegenstelling tot additieve productie, waarbij gecontroleerd materiaal wordt toegevoegd.
Machining-processen kunnen werken op een groot aantal materialen, waaronder metalen, kunststoffen, hout, glas en meer. De bewerkbaarheid van machining-processen op dit brede scala geeft deze processen toepassingen in talrijke industrieën.
Geschiedenis van Machining
De geschiedenis van machining-processen dateert van enkele eeuwen geleden. In de 18e eeuw hadden machining-processen betrekking op het repareren van machines en apparatuur door gebruik te maken van hardwerkende processen zoals houtbewerking of metaalbewerking met behulp van smeden. Precies gezegd bestond de term ‘machinisten’, maar ‘machining gereedschappen’ niet.
Machining-gereedschappen kwamen later in het midden van de 20e eeuw tot stand. Dit gebeurde door de opkomst van machining-processen zoals boren, draaien, frezen, broachen, planeren, zagen, reaming, tapen en meer. Deze processen werden uitgevoerd met handmatig bediende machining-gereedschappen zoals eenvoudige draaibanken, boorgereedschappen, snijgereedschappen of boorbanken. In de loop der jaren, met de opkomst van computers en verschillende technologieën, werden alle machining-processen geassocieerd met Computer Numerical Control (CNC).
Hoe Werkt Machining?
Het concept van machining is om te beginnen met een groter stuk materiaal dan het benodigde onderdeel, en vervolgens het materiaal te verwijderen met een gecontroleerd snijgereedschap. In de moderne productiewereld worden machining-gereedschappen bestuurd door Computer Numerical Control (CNC) technologieën. Het is een gestructureerd proces dat begint met een conceptueel ontwerp van de gewenste vorm en vervolgens doorgaat met de uitvoering van het ontwerp op de machining-gereedschappen.
Fasen van het Machining-proces
Het machining-proces voor elk onderdeel doorloopt deze stappen in deze exacte volgorde:
Het Maken van Blauwdrukken
Allereerst is het belangrijk om een conceptueel idee van het benodigde onderdeel te creëren. Dit gebeurt door middel van technische tekeningen en blauwdrukken van het onderdeel, met de bedoelde afmetingen vermeld op de blauwdrukken. Bij het specificeren van de afmetingen is het belangrijk rekening te houden met de bewerkbaarheid van materialen en hun mechanische sterkte. Bijvoorbeeld, een wand moet een minimale dikte hebben of het onderdeel kan tijdens de machining-fase instorten.
Het Maken van CAD-modellen
Zodra de blauwdrukken van het onderdeel klaar zijn, moet dit worden omgezet in een digitaal 3D-model. Dit gebeurt door gebruik te maken van Computer Aided Design (CAD) software. Dit is de taak van een programmeur. Complexere onderdelen vereisen complexe CAD-programma's.
De CAD-modellen worden omgezet in Computer Aided Manufacturing (CAM) programma's. Het CAM-programma is de taal die de CNC-machine begrijpt. CAD-programma's kunnen ook aangeven of er problemen zijn met het ontwerp die fouten in het bewerkingsproces zullen veroorzaken.
Machine-instelling
De machine-instelling wordt uitgevoerd door de operator en omvat het aanpassen van het gereedschap en het monteren van de werkstukmaterialen op de CNC-machine. De instelling kan variëren afhankelijk van het type bewerkingsproces dat zal worden ondergaan. De instelling omvat ook het overbrengen van de CAD-instructies naar de machine.
Programma-uitvoering
Zodra de machine klaar is, voert de operator het programma uit. De machine bewerkt vervolgens het programma tot het uiteindelijke onderdeel. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, afhankelijk van de specifieke machine die wordt gebruikt. Na de uitvoering is het uiteindelijke onderdeel klaar en wordt het door de operator gedemonteerd. Afhankelijk van de vereisten kan het vervolgens worden verzonden voor secundaire bewerkingsprocessen.
Toepassingen van bewerking
Bewerkingsgereedschappen worden in elke soort industrie gebruikt voor het maken van een breed scala aan onderdelen. Enkele van de meest voorkomende soorten apparatuur die worden gemaakt en toepassingen van bewerkingsprocessen zijn:
FietsframesMotorenSmartphone- en laptopbehuizingenWetenschappelijke projectenOnderdelen voor de lucht- en ruimtevaartMilitaire en vuurwapenuitrustingMedische en chirurgische apparatuurvele andere onderdelen
Wat zijn de verschillende soorten bewerkingsprocessen?
Er zijn veel soorten bewerkingsprocessen en -bewerkingen, elk met zijn eigen doel en ontwerp. Hier is een kort overzicht van deze verschillende bewerkingsprocessen:
Draaien
Bij draaien draait het werkstuk rond een centrale as terwijl het snijgereedschap materiaal ervan afschaaft. Deze methode wordt gebruikt voor het symmetrisch vormen van een werkstuk. Het snijgereedschap kan door de computer worden bestuurd. Enkele toepassingen van het draaiproces zijn:
MotoronderdelenMachineonderdelenAssenDradenTaps toelopende stukken
Frezen
Frezen omvat een roterend snijoppervlak dat tegen het werkstuk beweegt om verschillende vormen van vlakken te creëren. De snijvormen kunnen variëren van eenvoudige rechte sneden tot schuine en hellende oppervlakken voor specifieke doeleinden. Er zijn veel verschillende freesgereedschappen om dit te bereiken, zoals een bedfrees, kolomfrees, portaalfrees, C-framefrees, kniefrees, revolverfrees, ram-type frees en meer. Enkele toepassingen van freesgereedschappen zijn:
TandwielenSleuven en groevenOnderdelen voor de lucht- en ruimtevaartLandbouwmachinesOnderdelen voor de auto-industrieEnergiesector
Boren
Boorgereedschappen zijn een van de eenvoudigste soorten bewerkingsapparatuur. Hun doel is om rond het werkstuk te bewegen en gaten te creëren met behulp van boormachines. De gaten worden gemaakt voor het inbrengen van schroeven, secundaire montage of gewoon voor esthetiek. Toepassingen van boren zijn:
SchroefgatenBrandstofinjectorlichamenWarmtewisselaarbuizenVloeistofmontage-eindenLandingsgestel van vliegtuigen
Kotteren
Kottergereedschappen vergroten eerder geboorde gaten in het werkstuk. Dit gebeurt met een enkelpunts snijgereedschap of een assortiment van dergelijke gereedschappen. In zekere zin is kotteren een tegenhanger van draaien, het belangrijkste verschil is dat kotteren werkt op de interne diameter, terwijl draaigereedschappen werken op de externe diameter. Veelvoorkomende toepassingen van dit proces zijn te zien in lopen van vuurwapens of motorcilinders. Toepassingen van kotteren zijn:
Motorcilinders in de auto-industrieKranen en eindladersMijnbouwVuurwapens
Nabewerken
Ruimen is een proces voor het enigszins vergroten van de diameter van een geboord gat en het toevoegen van een interne oppervlakteafwerking eraan. Dit proces wordt gebruikt wanneer een gat met een zeer nauwkeurige diameter of oppervlakteafwerking vereist is, die boorgereedschappen niet kunnen leveren. Het gebruikelijke proces om een nauwkeurig gat te creëren met behulp van ruimen is om een te klein gat te boren en vervolgens ruimen te gebruiken om het gat te verbreden tot de precieze breedte en afwerking. Toepassingen van ruimen zijn:
Schroefdraad snijdenTorenbankRemoving burrs
Slijpen
SlijpenSlijpen wordt gedaan om een kleine hoeveelheid ongewenst materiaal van een werkstuk te verwijderen voor het toevoegen van een gladde afwerking en het waarborgen van zeer nauwkeurige afmetingen. Dit proces maakt gebruik van een abrasieve oppervlakte genaamd een slijpschijf als snijgereedschap. Slijpgereedschappen komen in vele soorten, waaronder handmatige en geautomatiseerde opties. Veelgebruikte slijpgereedschappen zijn haakse slijpers, matrijs- en bankslijpers. Toepassingen van slijpen zijn:
Remcilinders en zuigersHydraulische stuurbekrachtigingszuigersTandwielassenSurgical drillsHeupstammenFemurkniegewrichtenLucht- en ruimtevaartonderdelenMeubelindustrie
Planeren
Planeren is het proces van het genereren van vlakke oppervlakken op een werkstuk, gedaan met een machine genaamd een planermachine. Planers maken gebruik van de relatieve beweging tussen een snijgereedschap met één punt en het werkstuk om de snijkracht te genereren. Naast lineair planeren kunnen ze ook worden gebruikt voor helix- of spiraalplaner toepassingen. Toepassingen van planeren zijn:
Vlak oppervlak genereren voor elke vereisteHet gelijktijdig maken van meerdere sleuven
Zagen
Zagen is een van de oudste bewerkingsprocessen. Het maakt gebruik van een scherp mes (soms vervangen door een draad of ketting) met getande randen. Het wordt het meest gebruikt in houtbewerking, maar vindt ook toepassingen in metaalbewerking en steenbewerking. Enkele toepassingen van zagen zijn:
HoutbewerkingHuisbouwMeubelmakerijTegelbewerking
Broaching
Bij het frezen wordt het ongewenste materiaal verwijderd met behulp van een getand snijgereedschap. Dit gereedschap wordt een ‘frees’ genoemd. Frezen kan op twee manieren worden gedaan: lineair en roterend, waarbij de lineaire methode het meest voorkomt. Dit proces is uitstekend voor het precisiebewerken van nichevormen. Enkele veelvoorkomende toepassingen van frezen zijn:
Interne sleuvenNiet-circulaire gatenSpline-assenSchroefmachineonderdelenStanswerk
Brandtechnieken voor bewerking
Het brandbewerkingsproces maakt gebruik van hoge temperaturen om materiaal te verwijderen, in plaats van een scherp snijgereedschap dat wordt gebruikt bij conventionele bewerkingstechnieken. In wezen wordt het verwijderde materiaal weg gesmolten wanneer de brandgereedschappen hitte toepassen. Het smeltproces hangt af van het type brandtechniek dat wordt gebruikt. Er zijn drie gangbare methoden van brandbewerkingstechnieken:
Laser snijden:
Bij laser snijden wordt materiaal verwijderd door een sterk geconcentreerde lichtstraal. Het wordt gebruikt voor het snijden van materialen in elke gewenste vorm. Het proces werkt op zowel metalen als niet-metalen. Het is een van de meest nauwkeurige snijmethoden. Enkele toepassingen van laser snijden zijn:
FoliesFilmLaminatenEtikettenpapier en PSARubberafdichtingenKunststoffenTextielAggressieve kleefstoffen
Plasma snijden:
Plasma snijden gebruikt een stroom geïoniseerd gas om materiaal te smelten en te verwijderen. Het proces vereist dat het werkstuk elektriciteit geleidt, dus het werkt alleen voor metalen en geleidend legeringen. Enkele toepassingen van plasma snijden zijn:
FabricagewerkplaatsenAutoreparatie en maatwerkSloop en recyclingIndustrieel bouwen
Oxy-brand snijden:
Oxy-brand snijden, ook bekend als gas snijden, is een zeer oude snijtechniek die een mengsel van zuurstof en een brandbaar brandstofgas zoals acetyleen, aardgas, propaan of propeen gebruikt om materiaal te verwijderen door smelten. Het is minder precies dan laser- of plasma snijden. Het apparaat is echter zeer draagbaar. Toepassingen van dit proces zijn:
Steenbewerking AutomobielindustrieLosmaken van vastzittende bevestigingsmiddelen Hardfacing Lassen
Erosie Machinale Technieken
Erosie-machinale technieken verwijderen materiaal door het om te zetten in deeltjes die door de machinale technieken worden verwijderd. Zoals bij brandtechnieken zijn er meerdere manieren om erosie-machining uit te voeren:
Waterstraalsnijden
Waterstraalsnijden is een zeer populaire methode die gebruikmaakt van de kracht van hoogdrukwater om de snijactie te creëren. Het werkt op elk type materiaal zoals metalen, hout, steen, keramiek, kunststoffen, papier, rubber en meer. De vormen kunnen complex en gedetailleerd zijn, afhankelijk van het aantal assen in de machine. Enkele toepassingen van dit proces zijn:
PapierindustrieMijnbouwKunstinstallatiesIsolatoren Chirurgisch materiaalVoedingsindustrie
EDM Snijden
EDM staat voor Elektrisch Ontladingsbewerking, met andere namen zoals vonkerosie, vonkerosie, draadbranden, draaderosie of matrijs sinken. Dit proces wordt gebruikt in de metaalbewerking omdat het alleen werkt voor elektrisch geleidend materiaal. Bij deze methode vindt materiaalverwijdering plaats door snelle vonken (ontladingen door elektrische boog), gegenereerd door een hoge spanning. Toepassingen van deze methode zijn:
PrototypingMallen voor muntproductieMetaaldisintegratiebewerkingGesloten lus productie
CNC-bewerking
CNC-bewerking is geen bewerkingsmethode op zich, maar een technologie die op andere methoden wordt toegepast. Het staat voor Computer Numerieke Besturing en maakt geautomatiseerde controle van een machine mogelijk. Het vereist een hoge initiële investering en een bekwame operator, maar bespaart arbeidskosten en tijd. Het wordt in alle moderne industrieën gebruikt vanwege de hoge productiesnelheid die vereist is.
Precisiebewerking
Precisiebewerking is een ontwikkelde toepassing van CNC-bewerking waarbij de onderdelen met een hoge mate van nauwkeurigheid worden gemaakt. Het maakt gebruik van de verschillende hierboven genoemde bewerkingsmethoden, met de hoogste normen van kwaliteit in het snijgereedschap, gereedschappen en andere gebieden. Dit is meestal vereist in sectoren waar consistentie op micro- of nanoniveau nodig is, zoals elektronica, luchtvaart, defensie, medische sector of andere soortgelijke industrieën.
Wat zijn de verschillende bewerkingsgereedschappen?
De bewerkingsgereedschappen die in een proces worden gebruikt, hangen af van de gebruikte bewerkingsmethode. Enkele van de veelvoorkomende bewerkingsgereedschappen zijn:
Draai gereedschappen
Er zijn veel verschillende soorten draai gereedschappen, zoals:
Kom gougeSpindel gougeRuwings gougeOvaal skew beitelRonde neus schraperAfstand gereedschapHolingsgereedschap
Freesgereedschappen:
De verschillende gereedschappen die betrokken zijn bij de freesbewerkingen zijn:
Vlakke freesEndmillKogelbeitelSlab millZijkant- en vlakke freesVliegfreesHolingsfreesSchelpfreesDovetail cutterRuwings end millWoodruff cutter
Slijpgereedschappen:
Er zijn veel verschillende soorten slijpgereedschappen, zoals:
BandslijperTafel slijperOppervlakte slijperGereedschap en snijgereedschap slijperJig slijperTandwiel slijperCentrale slijperDiem grinderHoekslijper
Boor gereedschappen:
Er zijn veel verschillende soorten boor gereedschappen, zoals:
HandboorHandboor met beugelStandaard elektrische boorHAMMERboorWerkbankboor
In elke boor is er de optie om verschillende eindstukken te gebruiken, afhankelijk van de behoefte. Enkele veelvoorkomende bits zijn:
Draadvormige bitsMetselwerkbitsDowelbitsVlakke bitsAugers
Boor gereedschappen:
Hoewel boren een eenvoudige taak is, kan het gebruik maken van verschillende gereedschappen voor maatwerk. Enkele veelvoorkomende boor gereedschappen zijn:
Ruwe boorhoofdenFijne boorhoofdenTwin cutter boorhoofdenDigitale boorhoofdenSpecialistische boorhoofdenModulaire boor gereedschappen
Wat zijn de Voordelen van Verspanen?
Verspaningstechnieken worden al zo lang gebruikt vanwege de talloze voordelen die ze bieden ten opzichte van andere fabricagemethoden, zoals additieve productie. Enkele voordelen van verspaningstechnieken zijn:
Veelzijdig Proces: Verspanen is een zeer veelzijdig proces wat betreft het aantal materialen waarop het kan werken. Terwijl additieve productiemethoden meestal alleen op kunststoffen werken, is verspanen niet beperkt tot dergelijke gevallen. Het kan werken op metalen en niet-metalen, zoals we later zullen zien in de sectie over materiaaltoepassingen van verspaningsbewerkingen.Precisie: CNC-bewerking biedt een precisie die door geen andere methode kan worden geëvenaard. Het is gemakkelijk om toleranties van ongeveer 0,001″ te bereiken. Nog lagere toleranties zijn mogelijk door gebruik te maken van speciale precisie gereedschappen.Surface Finishing: Verspaningsbewerkingen bieden meerdere opties voor oppervlakteafwerking. Bovendien is het verspaningsproces vrij glad, wat de behoefte aan latere secundaire afwerkingsfasen kan elimineren, waardoor tijd en kosten worden bespaard.Hoge Dichtheid Verspaning: Veel situaties, vooral in de luchtvaart- en defensie-industrie, vereisen onderdelen gemaakt van de hardste materialen. Deze materialen zijn moeilijk te vormen met andere fabricagemethoden. Echter, verspanen kan deze hoog-dichtheid materialen gemakkelijk bewerken.Labourbesparing: Het verspaningsproces is tegenwoordig geautomatiseerd en wordt door computers gecontroleerd. Er is geen handmatige handling van gereedschappen nodig. Dit bespaart arbeid in grote mate en menselijke middelen kunnen worden vervangen door hoogwaardig intellectueel werk.Productiesnelheid: Verspanen kan een hoge productiesnelheid bieden, geschikt voor massaproductie. De snelheid kan worden aangepast en lagere hoeveelheden kunnen worden gehaald uit de verspaningsbewerkingen voor toepassingen zoals prototyping of gereedschapsfabricage.Consistentie: Verspaningsbewerkingen hebben een hoge reproduceerbaarheid en consistentie. Dit komt doordat de gereedschappen door een computer worden bestuurd, waardoor de beweging en werking van de gereedschappen hetzelfde blijven zonder menselijke fouten. Dit is zeer gunstig voor massaproductie waar klanten zoeken naar consistente producten.Hogere winst: Door de exponentieel snellere productie en lagere arbeidskosten kunnen fabrikanten hogere winsten behalen uit het productieproces. Verspaningsbewerkingen vereisen ook minder infrastructuur, wat leidt tot lagere kosten.
Wat zijn de Nadelen van Verspanen?
Hoewel verspanen de kernpijler is van moderne productie, kunnen er enkele nadelen aan het proces kleven, zoals:
Beperking tot bewerkbare oppervlakken: Er is een beperking aan het aantal oppervlakken dat in een werkstuk kan worden bewerkt. Het gebied onder de klemmen en de zijde die het werkbankje raakt, is vaak niet bereikbaar voor het roterende snijgereedschap. Om deze oppervlakken te bewerken, moet de operator het werkstuk verwijderen, de oriëntatie aanpassen en opnieuw bevestigen.Operatorvaardigheden: Hoewel de menselijke arbeid bij verspanen sterk is verminderd, ligt de nadruk meer op de vaardigheden van de operator. Een ongeschikte operator kan leiden tot lage kwaliteit, beschadiging van het werkstuk of zelfs schade aan de machine. Daarnaast vereist het bewerken van complexe producten ook een vaardig programmeerteam.Initieel kostenplaatje: De initiële kosten van industriële verspaningsinstallaties kunnen zeer hoog zijn. Drie-assen freesmachines zijn uitstekend voor de snelle productie van complexe onderdelen, maar de hoge kosten van deze machines ontmoedigen fabrikanten om ze aan te schaffen.
Deze nadelen van verspanen kunnen gemakkelijk worden vermeden door de verspaningsvereisten uit te besteden aan een derde partij fabrikant. XTJ is de beste oplossing op dit gebied, met de meest geavanceerde apparatuur en een zeer ervaren team.
Welke Materialen Kunnen Worden Bewerkt?
Er is geen limiet wat betreft de materialen die een verspaningsproces kunnen ondergaan. Enkele populaire opties zijn:
Aluminium
Het lage gewicht en de hoge sterkte van aluminium maken het een aantrekkelijk materiaal voor veel fabrikanten. Dit is waarom het een van de meest voorkomende soorten bewerkingsmaterialen is. Bewerking werkt op alle kwaliteiten aluminium zoals Aluminium 6061, 7075, 6082, 5083, enzovoort.
Staal
Staal, een legering van ijzer en koolstof, is een zeer veelzijdig en robuust materiaal. Er zijn veel verschillende soorten staal die worden verkregen door de hoeveelheid koolstof in de samenstelling aan te passen. Al deze variaties van staal zijn bewerkbaar. Enkele veelvoorkomende voorbeelden zijn roestvrij staal, koolstofstaal, zacht staal, enzovoort.
Messing
Hoewel messing een duur materiaal is, ondergaat het ook zeer vaak bewerking. Enkele veelvoorkomende toepassingen van messingbewerking zijn in kunstwerken en beeldhouwkunst.
Titanium
Titanium is een van de hardste metalen. Bewerking van titaniumonderdelen wordt gedaan wanneer de eisen vragen om de hoge sterkte- en dichtheidskenmerken van titanium.
Hout
HoutHoutbewerkingsmachines zijn al lange tijd gebruikelijk. Houtbewerking wordt vaak gedaan voor meubelmakerij, beeldhouwen en vele andere toepassingen.
Kunststoffen
Kunststoffen vormen een brede klasse op zich. Alle soorten kunststoffen, inclusief thermoplasten en thermoharders, kunnen worden bewerkt. Bewerking van kunststoffen biedt een hogere precisie dan andere methoden zoals spuitgieten of 3D-printen.
Bewerkingsterminologie
Vanwege de technische aard van bewerking moeten mensen in de industrie op de hoogte zijn van de gebruikte terminologie in machinewerkplaatsen.
Er zijn veel verschillende soorten bewerking, dus de volledige lijst met termen is vrij uitgebreid. Hier zijn enkele veelgebruikte termen:
Adapter: Past een gereedschap van een bepaalde maat aan op een machine met een andere maatvereiste. Speling: Gebruikt om het verschil in de afmetingen van twee bevestigde onderdelen aan te duiden. Spil: Het deel van een machine (meestal draaibank) dat de tandwielen, koppelingen en andere componenten bevat en beschermt. As: De denkbeeldige lijn die door het midden van een voorwerp loopt en om welke het kan draaien. Gebruikt om de capaciteit van een CNC-machine aan te duiden (zoals een 5-assige freesmachine). Lager: Gebruikt tussen bewegende delen om wrijving sterk te verminderen. Gereedschap/Bit: Onderdeel gemaakt van titanium of gehard staal dat wordt gebruikt voor het genereren van de snijkant. Borring: Scherpe randen en hoeken op het uiteindelijke onderdeel na bewerking. Afschuining: Gebogen oppervlak dat op de randen of hoeken van een werkstuk wordt gesneden. Koelmiddel: Vloeistof gevuld in een CNC-machine om warmteopbouw te verminderen en bewerkbaarheid te vergroten. Kop: Vaste uiteinde van een CNC-machine. Opstelling: Taken die worden uitgevoerd voordat de bewerking begint, zoals het aanpassen van instellingen en het monteren van het werkstuk. Voorraad: Materialen die worden gebruikt om het uiteindelijke onderdeel te maken.
XTJ is een toonaangevende OEM-fabrikant die zich inzet voor het bieden van alles-in-één productieoplossingen van prototype tot productie. We zijn trots op ons ISO 9001 gecertificeerde systeem voor kwaliteitsbeheer en we zijn vastbesloten om waarde te creëren in elke klantrelatie. We doen dat door samenwerking, innovatie, procesverbeteringen en uitzonderlijk vakmanschap.
