Wykańczanie powierzchni części obrabianych CNC

Wykańczanie powierzchni jest częścią produkcji, zwłaszcza w przypadku części obrabianych CNC. Wykorzystuje techniki specjalnie zaprojektowane do modyfikowania właściwości powierzchni komponentu w celu spełnienia ukierunkowanych potrzeb funkcjonalnych, estetycznych lub związanych z wydajnością. Wykończenie powierzchni upiększa część i zwiększa jej właściwości użytkowe, takie jak odporność na korozję, odporność na zużycie i chropowatość powierzchni.

Czym jest wykończenie powierzchni?

Wykańczanie powierzchni to proces, w którym zmienia się powierzchnię obrabianej części pod względem tekstury, wyglądu i funkcjonalności. W zależności od potrzebnej części, wykończenie może być mechaniczne, chemiczne lub elektrochemiczne.

Obróbka CNC prowadzi do wysokiej dokładności i powtarzalności obrabianego przedmiotu. Komponenty mogą jednak posiadać cechy na swojej powierzchni, które wpływają zarówno na kształt, jak i wykończenie.

Jednym z powszechnych problemów są ślady narzędzi - drobne linie lub rowki pozostawione przez narzędzie tnące - które mogą wpływać zarówno na estetykę, jak i funkcjonalność. Techniki takie jak polerowanie lub wtórne wykończenie mogą pomóc w usunięciu tych śladów. Może to nie być pożądane pod względem estetycznym lub funkcjonalnym.

Obrobione cechy, takie jak zadziory, podniesione krawędzie, cząstki lub małe grzbiety tworzące się na granicy cech, wymagają operacji gratowania.

Drobne ślady, które mogą przybrać formę zadrapań na powierzchni spowodowanych procesem obróbki, obsługą lub transportem, są niepożądane z estetycznego punktu widzenia. Mogą one być źródłem późniejszych trudności mechanicznych.

Typowe techniki wykańczania powierzchni obrabianych CNC

Wykańczanie powierzchni odgrywa istotną rolę w określaniu jakości i wydajności części obrabianych CNC. Poniżej omówimy kilka standardowych procesów wykańczania w różnych branżach.

Anodowanie

Anodowanie skutecznie poprawia ochronę antykorozyjną, właściwości mechaniczne i wygląd produktów, zwłaszcza aluminium. Procedura ta polega na tworzeniu wytrzymałej i odpornej na rdzę warstwy tlenku na powierzchni metalu. Anodowanie tworzy warstwę tlenku, tworząc powłokę wokół metalu. Nie tylko poprawia to właściwości metalu, ale także przyczynia się do zwiększenia wartości estetycznej produktu końcowego.

Proces

1. Przygotowanie powierzchni: Czyszczenie części odbywa się przed zastosowaniem procesu anodowania. Dokładne czyszczenie usuwa oleje i brud. Operatorzy mogą stosować mechaniczne lub chemiczne techniki obróbki wstępnej, takie jak polerowanie lub trawienie.
2. Zanurzenie w roztworze elektrolitu: Po oczyszczeniu, technicy umieszczają część w kąpieli elektrolitowej, często kwasowej, siarkowej lub chromowej. Kąpiel ta powoduje proces elektrolityczny, w wyniku którego powstaje warstwa tlenku. W tym procesie sama część tworzy anodę systemu. Katodą jest aluminium lub ołów naprzeciwko anody.
3. Zastosowanie prądu elektrycznego: Technicy przepuszczają prąd stały (DC) przez część i katodę, a na części zachodzi proces elektrochemiczny. Jony z elektrolitu reagują z atomami aluminium na powierzchni części i wytwarzają tlenek glinu (Al₂O₃). Ta warstwa tlenku jest początkowo porowata i ułatwia późniejszą obróbkę tkaniny, taką jak farbowanie.
4. Barwienie i uszczelnianie: Warstwa anodowana umożliwia wnikanie barwników, co ułatwia barwienie części. Barwniki organiczne lub nieorganiczne wnikają w pory. Uszczelnianie jest ostatnim procesem zwiększającym ochronę przed korozją i zapobiegającym blaknięciu koloru. Obejmuje to podniesienie części do temperatury wrzenia, w której tlenek glinu uwadnia się i zamyka wszystkie pory. Inne rodzaje uszczelniania obejmują substancje chemiczne, takie jak octan niklu, które dodatkowo chronią powierzchnię.

Rodzaje anodowania

Anodowanie kwasem chromowym (Typ I )

Wykorzystuje kwas chromowy jako elektrolit i tworzy cienką i gładką warstwę anodową. Ma jednak niższą odporność na ścieranie niż inne powłoki. Ma największe zastosowanie w częściach lotniczych, gdzie podstawowymi właściwościami są wytrzymałość zmęczeniowa i wysoka odporność na korozję. 

Anodowanie kwasem siarkowym (Typ II)

Metoda ta wykorzystuje roztwór kwasu siarkowego jako elektrolit. Części w tym procesie są grubsze niż w przypadku anodowania kwasem chromowym. Anodowanie typu II sprzyja barwieniu powierzchni i nadaje się do zastosowań estetycznych. Jest znany z większości małych urządzeń, akcesoriów samochodowych i budynków, w których pożądany jest wygląd, umiarkowana odporność na rdzewienie i wytrzymałość.

Twarde anodowanie przy użyciu kwasu siarkowego w niższych temperaturach (Typ III )

Porównywalny z typem II, ale w niższych temperaturach i przy wyższym napięciu. Tworzy znacznie gęstszą i sztywniejszą powłokę tlenkową. Słynie z wysokiej odporności na ścieranie w połączeniu z wysoką twardością. Warstwa anodowa jest grubsza, do 100 mikronów, i ma lepsze właściwości w zakresie zużycia i korozji. Nadaje się do wymagających zastosowań, takich jak wyroby lotnicze, produkty wojskowe i sprzęt przemysłowy. Zastosowania te wymagają maksymalnej trwałości powierzchni lub całego urządzenia. Możliwe zastosowania obejmują tłoki, koła zębate i inne ruchome części.

Śrutowanie

Obróbka strumieniowo-ścierna to kolejna metoda wykańczania powierzchni, która polega na uderzaniu szklanych kulek na bazie tlenku pod wysokim ciśnieniem w powierzchnię materiału. Dostosowanie procesu pozwala na uzyskanie gładkich i szorstkich powierzchni za pomocą mediów ściernych. Jest to powszechne w upiększaniu, przygotowywaniu powierzchni lub usuwaniu zanieczyszczeń powierzchniowych, takich jak rdza lub farba.

Proces

1. Przygotowanie powierzchni: Obejmuje mycie w celu usunięcia pozostałości olejów lub innych łatwo usuwalnych zanieczyszczeń.
2. Szafka do piaskowania lub konfiguracja maszyny: Technicy umieszczają część w komorze do obróbki strumieniowo-ściernej lub w uchwycie maszyny. Szafa jest zamkniętą przestrzenią, w której odbywa się obróbka strumieniowo-ścierna, a ścierniwo nie wylatuje z niej.
3. Powietrze pod ciśnieniem i materiały ścierne: Operatorzy używają sprężonego powietrza do wyrzucania materiału ściernego, głównie szklanych kulek, na powierzchnię części. Stopień obróbki powierzchni zależy od ciśnienia powietrza i rodzaju materiału użytego w procesie.
4. IVKontrolowane wykończenie powierzchni: Operator może określić wielkość nacisku, bliskość powierzchni, na którą jest nakładany, oraz kąt nakładania mediów. Jest to niezbędne do pełnej kontroli wykończenia. Czyszczenie strumieniowo-ścierne nadaje się do obróbki różnych części na różne sposoby, w zależności od potrzeb.
5. Czyszczenie po piaskowaniu: Operatorzy myją część po obróbce strumieniowo-ściernej, aby usunąć z niej wszelkie ścierniwo lub pył. Pomaga to uniknąć zakłóceń wynikających z zanieczyszczenia innymi elementami, zanim część zostanie poddana operacjom takim jak powlekanie lub montaż.

Rodzaje piaskowania

Śrutowanie szklanymi kulkami

Ta obróbka strumieniowo-ścierna wykorzystuje kuliste kulki szklane jako ścierniwo. Uzyskane wykończenie powierzchni jest stosunkowo gładkie i jednolite. Ta metoda obróbki strumieniowo-ściernej jest bardziej odpowiednia do wytwarzania matowej lub satynowej powierzchni na części. Kulki szklane są mniej ścierne niż inne znane ścierniwa. Usuwa tylko niewielką ilość materiału, dzięki czemu nadaje się do polerowania lub czyszczenia i mycia powierzchni. Jest to często pomocne w urządzeniach gospodarstwa domowego, wnętrzach i elementach zewnętrznych samochodów, meblach, produktach przemysłu lekkiego i innych częściach. W tych zastosowaniach niezbędny jest gładki i piękny wygląd.

Śrutowanie tlenkiem glinu

Zastosowanie bardziej złożonego i obszerniejszego tlenku glinu. Materiały te są sztywniejsze i mniejsze niż ziarno premier. Ze względu na swoją twardość, tlenek glinu usuwa znacznie więcej materiału z powierzchni niż kulki szklane. Jest przydatny tam, gdzie wymagana jest nieco bardziej szorstka powierzchnia lub bardziej doskonałe usuwanie materiału.

Śrutowanie plastikowymi kulkami

Wykorzystuje plastikowe kulki jako materiał ścierny, minimalizując w ten sposób rygorystyczną obróbkę części. Dzięki cienkim plastikowym kulkom, wcinają się one w metal tylko w niewielkim stopniu. Proces ten zapewnia dokładne wykończenie powierzchni bez negatywnego wpływu na wytrzymałość danej części. Śrutowanie plastikowymi kulkami jest odpowiednią opcją do czyszczenia bardziej miękkich metali lub delikatnych części, często stosowanych w produkcja części samochodowych oraz produkcja komponentów lotniczych.

Śrutowanie węglikiem krzemu

Jedną z najbardziej agresywnych technik jest użycie cząstek węglika krzemu. Węglik krzemu jest jednym z najtwardszych materiałów ściernych. Sprawdza się dobrze w przypadku sztywnego materiału i agresywnego usuwania. Skutkuje to bardziej nieregularną powierzchnią i ma zastosowanie w sytuacjach, w których wymagane jest mocne trzymanie lub zaciskanie części. Niektóre zastosowania obejmują czyszczenie łopatek turbin, odlewów, części o wysokiej intensywności i wielu innych, które wymagają solidnej powierzchni przed dalszą obróbką.

Elektropolerowanie

Elektropolerowanie to dokładny proces elektrochemiczny, który rozpuszcza nieznacznie materiał z powierzchni części metalowych. Technika ta jest przeciwieństwem galwanizacji i bardziej przypomina rozpuszczanie, polerowanie i wygładzanie. Elektropolerowanie ma główne zastosowanie w stopach żelaza i chromu, aluminium, tytanu i niklu. W związku z tym jest pomocne w sektorach wymagających wysokiego poziomu czystości powierzchni, takich jak przemysł spożywczy, sprzęt medyczny i farmaceutyczny.

Proces

1. Przygotowanie powierzchni: Przed elektropolerowaniem następuje czyszczenie części metalowych w celu ich odtłuszczenia. Czyszczenie eliminuje wszelkie substancje, które mogą utrudniać proces elektrochemiczny.
2. Zanurzenie w kąpieli elektrolitycznej: Operatorzy zanurzają metalową część w kąpieli elektrolitycznej. Kąpiel zawiera roztwór kwasu, częściej kwasu siarkowego i fosforowego. W elektrochemicznej części systemu ‘część’ działa jako anoda, podczas gdy katoda jest materiałem obojętnym, takim jak stal nierdzewna lub ołów.
3. Zastosowanie prądu elektrycznego: Operatorzy stosują prąd elektryczny pomiędzy anodą i katodą części. Prąd powoduje, że warstwa utleniająca z części rozpuszcza się w roztworze wodnym. Usuwanie materiału gwałtownie wzrasta dla zakrzywionych szczytów lokalnych na powierzchni katody, a nie dla zakrzywionych dolin. To selektywne usuwanie przyczynia się do spłaszczenia powierzchni, umożliwiając polerowanie części w celu uzyskania gładkiej powierzchni.
4. Rozpuszczanie materiału: Proces elektropolerowania usuwa cienką, precyzyjną warstwę materiału (zwykle w zakresie od 001 do 02 mm). Gromadzą się one na elektrolicie, aż do osiągnięcia odpowiedniego wykończenia powierzchni. Końcowe wykończenie powierzchni wydaje się lepsze i bardziej wyrafinowane niż w przypadku innych procesów polerowania mechanicznego.
5. Wygładzanie i polerowanie powierzchni: Elektropolerowanie pozostawia powierzchnię gładką, błyszczącą i ‘jasną’ w porównaniu do jej pierwotnego stanu. Oprócz aspektu estetycznego, znacznie minimalizuje chropowatość na poziomie mikroskopowym i pomaga zmniejszyć ryzyko korozji.
6. Czyszczenie i inspekcja po polerowaniu: Po obróbce elektrolitycznej część wykończona powierzchniowo jest myta w wodzie w celu usunięcia roztworu elektrolitu. Sprawdzenie wykończenia powierzchni gwarantuje, że odpowiedni materiał został usunięty.

Porównanie metod wykańczania powierzchni

Najlepsze wykończenie powierzchni dla części obrabianych CNC zależy od takich cech, jak rodzaj użytego materiału, wymagania aplikacji i warunki pracy części. Najważniejszą decyzją jest wybór wykończenia powierzchni, ponieważ reguluje ono wydajność, wytrzymałość i ostatecznie cenę części. Wszystkie omawiane materiały różnie reagują na określone procedury wykończeniowe, a procedury takie jak anodowanie są zwykle standardem w przypadku aluminium. Podobnie, konieczne jest uwzględnienie funkcji omawianej części. Na przykład, biorąc pod uwagę rzeczywistą odporność na zużycie, komponenty powinny być anodowane na twardo.

Z drugiej strony, elektropolerowanie może być korzystne dla części znajdujących się w niezwykle sterylnych środowiskach. Ekspozycja środowiskowa jest również istotnym czynnikiem, szczególnie w przypadku części w środowiskach korozyjnych, wysokich lub niskich temperaturach lub chemikaliach. Estetyka również wpływa na wybór, głównie tam, gdzie branże takie jak elektronika użytkowa i sektor motoryzacyjny, między innymi, wykorzystują techniki takie jak polerowanie i anodowanie. Względy budżetowe mają zasadnicze znaczenie przy wyborze wykończenia powierzchni, ponieważ bardziej ochronne i atrakcyjne wizualnie opcje często wiążą się z wyższymi kosztami. W tym przypadku bardzo ważne jest rozważenie wymagań dotyczących wydajności w stosunku do kosztów, aby podjąć właściwą decyzję.

Wskazówki: Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o pełnym zakresie procesów wykańczania powierzchni, kliknij “Więcej procesów wykańczania powierzchni”, aby kontynuować.

Wnioski

Wykończenie powierzchni jest istotnym elementem ogólnej produkcji w przypadku części obrabianych CNC, mającym ścisły wpływ na czynniki związane z funkcjonalnością i wyglądem.

Procesy anodowania, piaskowania i elektropolerowania poprawiają właściwości takie jak korozja, odporność na zużycie i wykończenie powierzchni, nadając komponentom estetyczny wygląd.

Każda metoda wykańczania odnosi się do wymagań lub obaw związanych z materiałem części i jej przeznaczeniem. Wybór właściwej techniki wykańczania powierzchni wiąże się z wydajnością i trwałością części obrabianych CNC.

Inne atrybuty, w tym warunki egzogeniczne, wpływają na ten proces decyzyjny ze względu na wymagania dotyczące wydajności produktu. Kolejnym istotnym czynnikiem są koszty produkcji.

Zrozumienie specyfiki konkretnej metody wykańczania powierzchni ma kluczowe znaczenie dla dokonywania właściwych wyborów dla ich indywidualnych potrzeb w oparciu o funkcjonalność, koszt i estetykę ich konkretnych produktów.