Металлообработка на современном производстве
Сегодня ни для кого не является секретом, что большинство продукции, начиная от автомобилей и заканчивая самыми дешёвыми моделями мобильных телефонов, изготавливается с применением современных материалов: пластика, алюминия, стали. Сравнительная дешевизна пластмассы обуславливается наличием сырья для её производства: запасы нефти и газа дают всё необходимое в полном объёме. Производство стали и алюминия требует, несомненно, больше затрат при изготовлении продукции, но по качеству они не уступают пластику, а в ряде случаев превосходят его.
Подавляющая масса деталей изготавливается с использованием технологии литья. Изделия из пластмассы получают при довольно низкой температуре (в районе 180-200 градусов), при этом они очень быстро остывают, хорошо сохраняя форму. После изготовления деталям не нужна последующая обработка. У алюминия температура плавления тоже довольно невысока – чуть более 600 градусов. Самым трудоёмким процессом является получение стали из железосодержащего сырья, поэтому готовые детали предпочитают получать из проката, применяя методы механической обработки.
Любое из изделий, начиная от самого простого и заканчивая самым сложным, начинает процесс изготовления с технического задания. По сути, это требование к определённому виду продукции с набором содержащихся в нём функций. Сначала над эскизом работают конструкторы, затем дизайнеры, которые с помощью компьютерной графики делают эскиз модели трёхмерным и объёмным. Имея графический образ, технологи моделируют изделие в специальных программах, так называемых САD-системах, где каждая составляющая моделируется по отдельности.
В процессе моделирования составляющих технологическая группа продумывает, каким образом будет изготовлена каждая деталь. Основными приёмами в процессе изготовления являются механическая обработка и литьё. При механообработке зачастую применяют станочную обработку детали твёрдосплавным инструментом (токарная, фрезерная), реже применяется штамповка.
При помощи такого процесса, как литьё, можно за один раз получить сразу несколько заготовок. Технология очень удобна, а при использовании многоразовых форм для отливки можно получить десятки, а то и сотни заготовок. Качество отлитых деталей зависит от материала, из которого изготовлена форма, и от метода, которым производится литьё.
В представлении большинства из нас работа за станком сводится к тому, что в течение всей смены токарь или фрезеровщик не покидает своего рабочего места до окончания рабочего дня. На любом серьёзном предприятии в большинстве цехов стоят станки с компьютерным управлением (ЧПУ). Основные операции выполняются с помощью компьютера, который называется контроллером. Производителей, поставляющих станки ЧПУ на мировой рынок, можно пересчитать по пальцам, ещё меньше поставщиков котроллеров. Лидерами на мировом рынке являются Фанак (Япония), Хейденхайн (Голландия), Сименс (Германия). Советский Союз тоже выпускал довольно неплохие станки ЧПУ для своего времени, но всё это производство благополучно развалилось вместе со страной.
Стоимость такого агрегата очень высока, эксплуатация стоит ещё дороже, поэтому такой вид оборудования используют там, где прибыль гарантирована. В основном на таких станках обрабатываются детали с самым высоким классом точности или форма самой детали просто не позволяет применять при изготовлении другие технологии. Чаще всего на таких станках изготавливают оснастку, например, форму для литья, с помощью которой впоследствии можно получить множество одинаковых заготовок. Качество и точность исполнения операций напрямую зависит от качества заданной программы, поэтому станки часто задействованы на изготовление деталей одного вида.
К станкам с ЧПУ относятся три основных вида: электроэрозионные, фрезерные и токарные. Большинство из нас имеют представление о двух последних видах, поэтому стоит подробнее остановиться на первом виде. Суть работы на таком станке сводится к тому, что металл разрезается на части тонкой тугоплавкой проволокой или струной. При соприкосновении проволоки и металла образуется электрическая дуга и происходит процесс, сходный сварке, когда металл прожигается. На токарном или фрезерном станке при обработке обязательно учитывается твёрдость металла, при работе на электроэрозионном станке данный аспект не играет никакой роли. Таким образом, изготавливаются пуансоны и матрицы для штампов, то есть детали из металла повышенной плотности и твёрдости. Впоследствии на таких деталях штампуют особо точные детали, например, решётки на блоке питания компьютера.
На 3-осевых фрезерных станках ЧПУ режущий инструмент движется в трёх плоскостях, существуют и более совершенные модели, называемые многоосевыми, способные устанавливать фрезу под углом к обрабатываемой заготовке. Такие модели стоят на порядок выше, создавать программу для таких станков очень сложный процесс, нужны определённые знания. Поэтому на отечественных предприятиях такие станки, как правило, не задействованы, там же, где они имеются в наличии, подобные агрегаты исполняют функции 3-осевых.
Последние тенденции при создании программы таковы, что скорость вращения обрабатываемой детали и режущего инструмента составляет около сотни тысяч оборотов за минуту. При такой обработке деталь получается зеркальной, не требующей полирования, а износ инструмента минимальный. На российских предприятиях скоростной метод обработки не прижился: мастера откровенно побаиваются, ведь кусок металла, отлетевший на такой скорости, подобен пуле. При соблюдении всех норм ТБ несчастные случаи при работе на таких станках практически исключены, поскольку в такие моменты оператор не находится рядом. Ведь его обязанности заключаются в установке детали, подборе программы, установке нужного инструмента и конечной калибровке готовой детали.
Корректируя процессы при изготовлении каждой детали, переустановки стараются свести к минимуму, поскольку при каждом снятии теряется точность, а чтобы снова выставить деталь, требуется очень много времени. По этой причине детали такого плана стараются изготовить на комбинированных станках, где соединены вместе токарный и фрезерный агрегаты.
Проверка готовой детали завершает производственный цикл изготовления. Контрольные замеры проводят с помощью специальных измерительных машин, необычных по своей форме и предназначению. Затем с помощью метрологической системы проверяются все размеры детали, которые должны соответствовать реальным параметрам. Данный этап относится к разряду самых дорогих, но он просто необходим при изготовлении высокоточных образцов.
Примерно так работает производство сегодня. Конечно, вся эта схема весьма отдаленно напоминает полный производственный цикл, многие процессы просто невозможно описать. В завершение можно сказать, что на современном предприятии изделие приобретает первоначальный вид в офисной обстановке. Только в завершающей стадии деталь становится такой, какой мы привыкли её видеть.