Analisi della tecnologia dei pezzi di tornitura CNC

Principi e caratteristiche del processo di tornitura CNC

La tornitura CNC è un processo di lavorazione di precisione che utilizza programmi informatici per controllare gli utensili del tornio e tagliare pezzi in rotazione. Durante la lavorazione, il pezzo è fissato nel mandrino e ruota ad alta velocità (800-2000 giri/min), mentre l'utensile si muove lungo gli assi X/Z per formare un percorso di taglio, in grado di lavorare superfici cilindriche, superfici coniche, filettature, ecc.

Rispetto ai torni tradizionali, i suoi vantaggi sono significativi: In primo luogo, la precisione di lavorazione raggiunge IT7-IT8 tolleranza (±0,015-0,03 mm), soddisfacendo i requisiti di precisione; in secondo luogo, consente la produzione automatizzata in continuo con una perfetta integrazione CAD/CAM, permettendo la produzione di massa di pezzi complessi; in terzo luogo, offre un'elevata flessibilità di processo, permettendo di cambiare rapidamente i modelli di prodotto con le modifiche del programma, adatto per la produzione di più varietà e piccoli lotti.

Caratteristiche tecniche fondamentali dei pezzi di tornitura CNC

Centri di tornitura CNC sono spesso dotati di una torretta motorizzata e di un sottomandrino, che consentono di completare operazioni di lavorazione di materiali compositi come la tornitura, la fresatura e la foratura in un'unica configurazione. Il nostro Weldo Il centro di tornitura vanta una precisione di posizionamento sull'asse X di ±0,003 mm/300 mm e una ripetibilità di ±0,001 mm. Dotato di una torretta a 12 posizioni, il cambio utensile richiede solo 0,3 secondi.

Per pezzi complessi come gli ugelli del carburante dei motori aeronautici, che contengono un foro interno di φ5 mm (tolleranza ±0,005 mm), filettature di precisione M8×1,25 e tre scanalature di tenuta larghe 0,5 mm, i processi tradizionali richiedono tre macchine per la lavorazione sequenziale. La tornitura CNC, invece, può ottenere questo risultato in un'unica operazione, aumentando l'efficienza di 40%.

Vantaggi comparativi della tornitura CNC rispetto alla fresatura/macinazione

Nella tornitura CNC di alberi e componenti di dischi/manicotti, la tornitura CNC offre velocità significativamente più elevate rispetto a fresatura e rettificasemplificando al contempo le operazioni. Ad esempio, un albero di trasmissione in acciaio φ50mm×200mm 45# raggiunge un tasso di rimozione del materiale di 8-12cm³/min, 2-3 volte quello della fresatura, con una rugosità superficiale costantemente inferiore a Ra1,6μm, eliminando la necessità di rettificare e riducendo i costi di 35%. Nella lavorazione di parti metalliche non ferrose a parete sottile, come gli alloggiamenti dei motori in lega di alluminio, i parametri di forza di taglio ridotti nella tornitura CNC possono impedire la deformazione, aumentando il tasso di passaggio da 75% a 98%.

La selezione dei materiali influisce sull'efficienza della lavorazione, sui costi e sulle prestazioni dei pezzi torniti con CNC. Nell'industria, le proprietà meccaniche, la lavorabilità e l'economicità dei materiali devono essere considerate in modo completo in base alla funzione del pezzo. I metalli rappresentano circa 85% dei materiali comunemente utilizzati, con leghe di alluminio, acciaio inossidabile e ottone come scelte preferite.

Selezione del materiale e compatibilità di lavorazione

La scelta dei materiali per le parti di tornitura CNC influisce direttamente sull'efficienza della lavorazione, sui costi e sulle prestazioni finali. Nella pratica industriale, i pezzi di tornitura CNC richiedono una valutazione completa delle proprietà meccaniche, della lavorabilità e dell'economicità dei materiali in base ai requisiti funzionali dei pezzi. I materiali comunemente utilizzati si dividono principalmente in due categorie: materiali metallici (che rappresentano circa 85%) e materiali non metallici (15%). Tra questi, le leghe di alluminio, l'acciaio inossidabile e l'ottone sono le scelte preferite per i pezzi di tornitura CNC grazie alle loro eccellenti prestazioni globali.

Confronto delle prestazioni di lavorazione dei materiali metallici

Le leghe di alluminio sono materiali comunemente utilizzati. Ad esempio, 6061-T6 ha una resistenza alla trazione di 310MPa e una densità di 2,7g/cm³, che lo rendono adatto a pezzi leggeri. La velocità di taglio è di 150-300 m/min, la durata dell'utensile è di 800-1200 pezzi/bordo di taglio e il costo è 40% inferiore a quello dell'acciaio inossidabile. L'acciaio inox 304 ha una durezza di HB187, è soggetto all'indurimento da lavoro e richiede utensili in acciaio ad alta velocità (ad es. W18Cr4V) e il raffreddamento in emulsione ad alta pressione, e ha una velocità di taglio di 80-120 m/min. L'ottone H62 offre un'eccellente lavorabilità e prestazioni di rottura dei trucioli, consentendo il taglio ad alta velocità (200-400 m/min). È comunemente utilizzato negli accessori per il bagno e nei connettori.

Scenari di applicazione dei materiali non metallici

I tecnopolimeri stanno registrando una rapida crescita nell'applicazione dei pezzi di tornitura CNC. Il POM (poliossimetilene) ha un coefficiente di attrito di soli 0,04, che lo rende adatto per i componenti delle trasmissioni; il PEEK resiste a temperature elevate fino a 260℃, consentendo la lavorazione di alloggiamenti di sensori per motori aeronautici; il PTFE (politetrafluoroetilene) presenta una forte resistenza alla corrosione ed è comunemente utilizzato nelle guarnizioni per apparecchiature chimiche. Un'azienda di dispositivi medici ha sostituito gli strumenti chirurgici in acciaio inossidabile con parti di tornitura in PEEK, riducendo il peso di 60% ed evitando il rischio di rilascio di ioni metallici. Nella lavorazione delle materie plastiche, l'uso di utensili PCD a tagliente singolo con raffreddamento ad aria compressa può evitare il surriscaldamento e la deformazione.

Processo decisionale di selezione dei materiali

La selezione dei materiali per le parti di tornitura CNC segue un processo decisionale in quattro fasi: 1. Definire la funzione del pezzo; 2. Determinare i parametri chiave; 3. Valutare l'economia di lavorazione; 4. Verificare la stabilità della fornitura. Ad esempio, quando un produttore di componenti per auto seleziona i materiali per l'albero motore di un veicolo a nuova energia, confronta l'acciaio 45#, il 40CrNiMoA e il 6061-T6, e infine sceglie il 40CrNiMoA in base ai requisiti di coppia. Grazie al processo di tempra a induzione, la durata dei componenti raggiunge le 100.000 ore.

Ottimizzazione dei parametri chiave di lavorazione

La qualità e l'efficienza dei pezzi di tornitura CNC dipendono da impostazioni ragionevoli dei parametri. I parametri fondamentali comprendono la velocità di taglio (vc), l'avanzamento (f) e la profondità di taglio (ap). Un produttore di componenti strutturali aerospaziali ha ottimizzato questi parametri, incrementando l'efficienza di tornitura di 7075 lega di alluminio da 35% e riducendo la rugosità superficiale da Ra3,2μm a Ra0,8μm.

Impostazione scientifica dei parametri di taglio

I parametri di taglio ottimali variano a seconda del materiale. Per la lavorazione dell'acciaio 45#, i parametri consigliati sono vc = 120-150 m/min, f = 0,15-0,25 mm/r e ap = 1-3 mm. Per la lega di titanio TC4, i parametri dovrebbero essere ridotti a vc = 40-60 m/min, f = 0,05-0,1 mm/r e ap = 0,5-1 mm. La selezione dei parametri segue il principio del "taglio leggero e ad alta velocità". Ad esempio, aumentando il coefficiente di velocità (VC) della lega di alluminio 6061 da 150 m/min a 250 m/min (mantenendo f = 0,2 mm/r e ap = 2 mm) si riduce il tempo di lavorazione di 35% e si aumenta il consumo di utensili di soli 12%.

Selezione degli utensili e gestione della vita utile

Nella tornitura CNC, il materiale dell'utensile deve essere adatto al pezzo: gli utensili in acciaio rapido sono adatti per l'acciaio ordinario e la ghisa; gli utensili in carburo cementato hanno una buona versatilità e per la lavorazione dell'acciaio inossidabile si dovrebbero scegliere tipi a grana ultrafine; gli utensili in PCD sono adatti per i metalli non ferrosi e i materiali non metallici. Anche la geometria dell'utensile è importante; per la lavorazione delle leghe di alluminio si consigliano inserti affilati con un angolo di spoglia di 35° e un angolo di spoglia di 5°, mentre per la lavorazione di acciai ad alta resistenza è necessario un angolo di spoglia negativo. Un impianto di lavorazione di ingranaggi, utilizzando un sistema di gestione della durata degli utensili, ha aumentato la durata degli inserti in carburo cementato da 30 pezzi/taglio a 45 pezzi/taglio, con un risparmio annuo di 50.000 USD sui costi degli utensili.

Ottimizzazione del raffreddamento e della lubrificazione

Un raffreddamento e una lubrificazione sufficienti sono fondamentali per garantire la qualità dei pezzi torniti a CNC. Per la lavorazione di parti in acciaio, utilizzare un'emulsione (concentrazione 8-10%); per la lavorazione di leghe di alluminio, utilizzare un fluido da taglio semisintetico; per la lavorazione di leghe di titanio, utilizzare un olio da taglio ad alta pressione. Una certa azienda aerospaziale ha utilizzato un sistema di raffreddamento ad alta pressione (pressione di 70 bar) per lavorare parti di alberi in lega di titanio TC4, aumentando la durata degli utensili da 15 a 28 pezzi e stabilizzando la rugosità superficiale a Ra1,6μm.

Controllo qualità e standard di ispezione

Il controllo della qualità dei pezzi lavorati a CNC è integrato in tutto il processo di produzione e richiede 12 punti di controllo della qualità dall'ingresso delle materie prime alla produzione del prodotto finito. Dopo aver implementato un controllo qualità completo, un'azienda di componenti automobilistici ha visto il suo PPM (parti per mille) ridursi da 350 a 80 e il tasso di reclami dei clienti diminuire di 75%.

Metodi di controllo della precisione dimensionale

Per ottenere il controllo della tolleranza IT7-IT8 è necessario garantire l'accuratezza della macchina utensile (calibrazione regolare con un interferometro laser), controllare la stabilità del processo (utilizzando il controllo statistico del processo SPC) e ottimizzare il serraggio (utilizzando appoggi di follow-up e centri flessibili per la lavorazione di alberi sottili). Una fabbrica di cuscinetti di precisione ha lavorato un albero motore di φ12 mm×300 mm con una cilindricità stabile di 0,005 mm, soddisfacendo i requisiti di adattamento.

Fattori che influenzano la qualità della superficie

La rugosità superficiale dei pezzi lavorati a CNC è influenzata principalmente dalla velocità di avanzamento e dalla qualità del bordo dell'utensile. La formula teorica è Ra = (f²)/(8×rε), ma nella realtà, a causa delle vibrazioni, può aumentare fino a 2-3μm. Per ottenere una finitura a specchio (Ra≤0,05μm) sono necessari utensili diamantati e microalimentazione. Una fabbrica di componenti ottici ha ottenuto un Ra di 0,02μm nella lavorazione di specchi in lega di alluminio, soddisfacendo i requisiti di riflessione laser.

Tecnologia di ispezione e configurazione delle apparecchiature

La configurazione delle apparecchiature di ispezione segue il principio della "piramide di precisione": una macchina di misura a coordinate (CMM) misura le dimensioni chiave, un misuratore di rotondità ispeziona i pezzi di tipo albero e un misuratore di rugosità superficiale valuta la qualità della superficie. Un'azienda aerospaziale ha costruito un'officina di ispezione digitale, ottenendo un'ispezione a grandezza naturale di 100%, aumentando l'efficienza di 60%, mentre le sonde online hanno ridotto il tempo di campionamento da 30 minuti a 2 minuti per pezzo.

Tipi di parti di tornitura CNC

Parti dell'albero

Trasmissione MandriniCome gli alberi del motore (φ10-100 mm, tolleranza ±0,01 mm), gli alberi di ingresso del riduttore (materiale 45# acciaio/20CrMnTi).

Alberi sottili di precisione: alberi di guida per apparecchiature mediche (rugosità superficiale Ra≤0,8μm), viti di guida per apparecchiature automatiche (filettatura trapezoidale Tr20×4).

Parti di dischi e manicotti

Flange: flange di collegamento al sistema idraulico (precisione della scanalatura di tenuta ±0,02 mm), coperchi terminali del motore (tolleranza della sede del cuscinetto di grado IT7).

Manicotti/cuscinetti: manicotti per sincronizzatori di cambi automobilistici.

Parti funzionali di forma speciale

Parti filettate: Raccordi per l'aviazione (filettatura fine M16×1,5, tolleranza del diametro del passo 4h), anime di valvole idrauliche (filettatura trapezoidale + superficie del cono di tenuta).

Pezzi di contorno complessi: Anelli dell'ugello del turbocompressore (precisione del profilo della lama ±0,05 mm), ingranaggi del movimento dell'orologio (modulo 0,5-1,5).

Accessori per materiali speciali

Parti metalliche non ferrose: Alloggiamento del motore in lega di alluminio 6061-T6 (design leggero, spessore delle pareti 1,5-3 mm), nucleo della valvola del bagno in ottone H62 (resistente all'usura e alla corrosione).
Parti in plastica ingegneristica: Ingranaggi di trasmissione in POM (coefficiente di attrito 0,04), alloggiamenti per sensori aeronautici in PEEK (resistenza alle alte temperature 260℃).

Casi di applicazione tipici

La tornitura di pezzi a controllo numerico è ampiamente utilizzata in settori di alto livello come la produzione automobilistica, l'aerospaziale e i dispositivi medici. I diversi settori industriali hanno requisiti tecnici e soluzioni differenti.

Lavorazione dell'albero motore del veicolo a energia nuova

Il progetto di lavorazione dell'albero motore di un'azienda leader nella produzione di veicoli a nuova energia (40CrNiMoA) richiedeva un diametro di φ35 mm (tolleranza ±0,01 mm), una cilindricità ≤0,005 mm e una simmetria della chiavetta ≤0,02 mm. È stato utilizzato un centro di tornitura a doppio mandrino con lavorazione composta a pinza singola, con inserti in carburo CBN che raggiungono una velocità di taglio di 180 m/min e un sistema di misurazione in macchina. Dopo la messa in funzione, il tempo del ciclo di produzione è sceso da 45 minuti/pezzo a 18 minuti/pezzo, con una capacità annua di 500.000 pezzi e un tasso di difettosità ≤0,3%.

Lavorazione di giunti idraulici aerospaziali

La lavorazione di giunti idraulici aerospaziali in lega di titanio (materiale TC4) presenta sfide quali il taglio di materiali difficili, superfici coniche di tenuta ad alta precisione e complessi circuiti interni dell'olio. Un'azienda aerospaziale ha utilizzato punte in carburo solido per eseguire fori profondi φ6 mm e ha utilizzato utensili di formatura per lavorare la superficie conica di tenuta con monitoraggio online, impiegando anche il raffreddamento criogenico. Questo processo ha aumentato la vita a fatica del giunto da 1000 a 5000 cicli, soddisfacendo i requisiti di affidabilità dei sistemi idraulici aerospaziali.

Produzione di strumenti chirurgici mini-invasivi per uso medico

Il progetto di produzione di pinze chirurgiche laparoscopiche (acciaio inossidabile 316L) di un'azienda di dispositivi medici richiedeva uno spessore della testa della pinza di 0,3 mm (tolleranza ±0,01 mm), un'affilatura del tagliente ≤0,02 mm e una rugosità superficiale Ra0,4μm. Il progetto ha utilizzato la tornitura CNC di precisione e il taglio ultrasottile, utensili in acciaio ad alta velocità e lucidatura elettrolitica dei taglienti, con l'intero processo svolto in camera bianca. Il prodotto è certificato ISO 13485, con una forza di taglio clinica ≤5N, una riduzione di 60% rispetto ai prodotti tradizionali.

Le parti lavorate a controllo numerico sono componenti fondamentali nell'industria della produzione di apparecchiature e il loro livello tecnologico influisce sulle prestazioni delle apparecchiature di fascia alta. Con lo sviluppo di tecnologie come i compositi per la fresatura e la tornitura a cinque assi e la pianificazione intelligente dei processi, lo sviluppo futuro si concentrerà su alta precisione, design leggero e integrazione funzionale. Se desiderate saperne di più sui servizi di tornitura e lavorazione CNC, contattate Weldo per maggiori informazioni.

FAQ del processo di tornitura cnc