I. Proizvodni procesi odstranjevanja materiala
Proizvodni procesi odstranjevanja materiala vključujejo odstranjevanje odvečnega materiala z obdelovanca na določen način, da dobimo del želene oblike in dimenzij. Ti postopki zahtevajo, da ima obdelovanec dovolj odvečnega materiala na površini. Med postopkom odvzema materiala se obdelovanec postopoma približuje obliki in velikosti idealnega dela. Večja ko je razlika v obliki in velikosti med surovino ali surovcem in končnim delom, več materiala se odstrani, kar povzroči večjo izgubo materiala in večjo porabo energije med procesom obdelave. Včasih količina izgubljenega materiala celo presega prostornino samega dela.
Čeprav imajo postopki odstranjevanja materiala nizko stopnjo izkoriščenosti materiala, ostajajo glavno sredstvo za izboljšanje kakovosti delov in imajo tudi močno prilagodljivost obdelave, zaradi česar se pogosto uporabljajo v mehanski proizvodnji. Kombinacija postopkov odstranjevanja materiala s postopki oblikovanja materiala lahko znatno zmanjša porabo surovin. Z razvojem tehnologij izdelave skoraj-neto-oblik (natančno litje, natančno kovanje itd.) je mogoče izkoristek materiala še izboljšati. Ko so proizvodne količine majhne, je uporaba samo postopkov odstranjevanja materiala tudi ekonomsko smiselna za zmanjšanje naložb v procese oblikovanja materiala.
Postopki odstranjevanja materiala imajo veliko oblik, vključno s tradicionalnim rezanjem in posebno strojno obdelavo.
Rezanje je postopek, pri katerem se z orodji za rezanje kovin na obdelovalnih strojih odstrani odvečna kovina z obdelovanca (surovca), tako da oblika, velikost in kakovost površine obdelovanca ustrezajo konstrukcijskim zahtevam. Med postopkom rezanja sta orodje in obdelovanec nameščena na obdelovalni stroj, ki ju poganja, da izvajata določeno relativno gibanje. Med relativnim gibanjem med orodjem in obdelovancem se odvečna kovina odstrani in tvori obdelano površino obdelovanca. Običajne metode rezanja kovin vključujejo struženje, rezkanje, skobljanje, vlečenje in brušenje. Rezanje kovin vključuje pojave, kot so sila, toplota, deformacija, vibracije in obraba. Ti pojavi vplivajo na proces predelave in kakovost. Zato je za izboljšanje kakovosti in učinkovitosti obdelave ključnega pomena pravilna izbira metode obdelave, obdelovalnega stroja, orodja, vpenjala in rezalnih parametrov.
Posebna strojna obdelava se nanaša na metode obdelave, ki uporabljajo električno energijo, svetlobno energijo itd., da odstranijo material z obdelovanca. Ti vključujejo obdelavo z električnim praznjenjem, elektrokemijsko obdelavo in lasersko obdelavo. Obdelava z električnim praznjenjem (EDM) uporablja pojav impulzne razelektritve med elektrodo orodja in elektrodo obdelovanca za erozijo materiala obdelovanca in doseganje želene obdelave. Med obdelavo obstaja določena razelektritvena reža med elektrodo obdelovanca in elektrodo orodja in ne prideta v neposreden stik. V procesu obdelave ni nobenih sil, kar omogoča obdelavo katerega koli prevodnega materiala ne glede na njegove mehanske lastnosti. Njegova glavna prednost je zmožnost strojne obdelave zapletenih notranjih kontur, s čimer se težavnost obdelave notranjih kontur spremeni v obdelavo zunanjih kontur, zaradi česar je še posebej uporaben pri izdelavi kalupov. Zaradi nizke stopnje odstranjevanja kovine z EDM se na splošno ne uporablja za oblikovanje izdelkov. Laserska obdelava in obdelava z ionskim žarkom se pogosto uporabljata za mikro-obdelavo.
Z napredkom znanosti in tehnologije na področju letalstva in računalništva nekateri deli zahtevajo izjemno visoko natančnost obdelave in površinsko hrapavost, kar zahteva natančno in ultra-natančno obdelavo. Natančna in ultra{2}}natančna obdelava lahko doseže dimenzijsko natančnost do pod-mikronske ali celo nanometrske ravni. Te metode obdelave vključujejo ultra-natančno struženje in ultra-natančno brušenje.
II. Proizvodni procesi oblikovanja materiala
Proizvodni procesi oblikovanja materiala uporabljajo kalupe za oblikovanje surovin v dele ali surovce. Med procesom oblikovanja materiala se spremenijo oblika, velikost, mikrostruktura in celo stanje vezave surovin. Ker natančnost oblikovanja na splošno ni visoka, se za izdelavo surovcev pogosto uporabljajo proizvodni postopki oblikovanja materiala. Uporabljajo se lahko tudi za izdelavo delov s kompleksnimi oblikami, vendar ne zahtevajo zelo visoke natančnosti. Postopki oblikovanja materiala imajo visoko proizvodno učinkovitost. Običajno uporabljeni postopki oblikovanja vključujejo litje, kovanje in metalurgijo prahu.
(I) Kasting
Ulivanje je procesna metoda vlivanja tekoče kovine v votlino kalupa, ki ustreza obliki in velikosti dela, in pridobivanje surovca ali dela po ohlajanju in strjevanju. Osnovni postopek vključuje oblikovanje, taljenje, vlivanje in čiščenje. Zaradi zmogljivosti polnjenja, krčenja in drugih dejavnikov med ulivanjem zlitine imajo lahko ulitki neenakomerno mikrostrukturo, votline zaradi krčenja, toplotno obremenitev in deformacijo, kar povzroči nizko natančnost, kakovost površine in mehanske lastnosti. Kljub temu se ulivanje zaradi velike prilagodljivosti in nizkih proizvodnih stroškov še vedno pogosto uporablja. Surovci kompleksnih oblik, zlasti deli s kompleksnimi notranjimi votlinami, so pogosto izdelani z litjem. Trenutno pogosto uporabljene metode litja v proizvodnji vključujejo navadno litje v pesek, litje po vložku, litje v kovinske kalupe, tlačno litje in centrifugalno litje. Med temi se pogosto uporablja navadno litje v pesek.
(II) Kovanje in stiskanje
Kovanje in vtiskovanje pločevine se skupaj imenujeta kovanje in stiskanje. Kovanje je postopek uporabe zunanje sile na segreto kovino z uporabo opreme za kovanje, da se povzroči plastična deformacija, ki tvori surovec z določeno obliko, velikostjo in organizacijskimi lastnostmi. Kovani izdelki imajo gosto in enakomerno notranjo strukturo. Pretočne linije kovin so racionalno porazdeljene, kar izboljša trdnost dela. Zato se kovanje pogosto uporablja za izdelavo surovcev za dele, ki zahtevajo visoke splošne mehanske lastnosti.
Kovanje lahko razdelimo na prosto kovanje, kovanje in odprto-kovanje.
Prosto kovanje vključuje postavitev kovine med zgornjo in spodnjo matrico za plastično deformacijo z uporabo prostega pretoka kovine. Učinkovitost je nizka, natančnost pa nizka. Običajno se uporablja za izdelavo majhnih serij enostavnih-oblikovanih odkovkov.
Kovanje z matrico vključuje deformacijo kovine v votlini kovaške matrice. Plastični tok kovine je omejen z votlino matrice, kar ima za posledico visoko učinkovitost oblikovanja in visoko natančnost z bolj racionalno porazdelitvijo linij toka kovine. Vendar pa se zaradi visokih stroškov izdelave matrice običajno uporablja za množično proizvodnjo. V primerjavi s prostim kovanjem kovanje zahteva večjo silo kovanja in ga ni mogoče uporabiti za kovanje velikih delov.
Odpr-kovanje uporablja matrice na opremi za prosto kovanje za kovanje kovine. Odprte matrice so preproste za izdelavo, poceni in enostavne za oblikovanje, vendar natančnost oblikovanja ni visoka. Pogosto se uporablja za izdelavo majhnih odkovkov, ki ne zahtevajo visoke natančnosti.
Vtiskovanje pločevine uporablja matrice na stiskalnici za vtiskovanje pločevine v različne oblike in velikosti. Obdelava štancanja ima izjemno visoko produktivnost in visoko natančnost obdelave. Njegove oblike obdelave vključujejo brušenje, krivljenje, globoko vlečenje in oblikovanje. Izrezovanje se uporablja za vtiskovanje pločevine v različne ravninske dele. Upogibanje, globoko vlečenje in drugi postopki oblikovanja se uporabljajo za vtiskovanje pločevine v različne tri{4}}dimenzionalne dele. Vtiskovanje pločevine se pogosto uporablja v električnih izdelkih, izdelkih lahke industrije in avtomobilski proizvodnji.
(III) Metalurgija prahu
Praškasta metalurgija je proizvodni proces, pri katerem se kot surovine uporabljajo kovinski prah ali mešanice kovinskega in ne{0}}kovinskega prahu. S postopki, kot sta oblikovanje in sintranje, proizvaja določene kovinske izdelke ali materiale. Uporablja se lahko za izdelavo posebnih kovinskih materialov in kovinskih delov z minimalno strojno obdelavo ali brez nje. Praškasta metalurgija se ponaša z izkoristkom materiala do 95 %, s čimer se občutno znižajo stroški strojne obdelave in proizvodni stroški, s čimer dobiva vse širšo uporabo v strojništvu. Vendar pa zaradi visokih stroškov praškastih surovin, ki se uporabljajo v metalurgiji prahu, slabe fluidnosti prahu med oblikovanjem in nekaterih omejitev glede oblike in velikosti delov, deli praškaste metalurgije vsebujejo določeno količino drobnih por v notranjosti. Njihova trdnost je približno 20 % do 30 % nižja kot pri ulitkih ali odkovkih, prav tako pa sta slabši tudi njihova plastičnost in žilavost.
Procesni tok proizvodnje praškaste metalurgije vključuje pripravo prahu, mešanje, stiskanje in oblikovanje, sintranje in oblikovanje. Postopek priprave prahu in mešanja običajno zaključi dobavitelj prahu.
III. Aditivni proizvodni procesi
Postopki aditivne proizvodnje vključujejo postopno sestavljanje delov z nabiranjem materiala po plasteh. Med proizvodnim procesom podatke tri-dimenzionalnega trdnega modela dela obdela računalnik, da nadzira proces kopičenja materiala in oblikuje želeni del. Prednost te vrste postopka je, da odpravlja potrebo po orodjih, napeljavah in drugih dejavnostih priprave proizvodnje, kar omogoča oblikovanje delov poljubno zapletenih oblik.
Proizvedene prototipe je mogoče uporabiti za ocenjevanje dizajna, oddajo ponudb ali prikaz vzorcev. Zato je ta proces znan tudi kot tehnologija hitre izdelave prototipov. Tehnologija hitre izdelave prototipov se uporablja pri izdelavi prototipov izdelkov, izdelavi kalupov in izdelavi majhnih količin delov ter tako postane učinkovita tehnologija za pospeševanje razvoja novih izdelkov in omogočanje sočasnega inženiringa. To podjetjem omogoča hiter odziv na trg in izboljšanje konkurenčnosti.
