Обработка металла

Основные способы обработки

Основы металлообработки необходимо знать любому начинающему мастеру и литейщику. Зная, как себя ведут те или иные металлы при разных способах обработки, можно избежать ошибок при проведении технологического процесса.

Современная металлообработка включает в себя несколько основных направлений обработки:

1. Электрическая. С помощью этого способа можно сделать отверстия в металлических листах для заточки инструмента и работы с твердыми видами стали.
2. Механическая. Обширная группа методов обработки металлических заготовок. Их обрабатывают с помощью специального оборудования.
3. Химическая. Создание искусственной химической реакции с помощью кислот, щелочей и других компонентов.
4. Работа с давлением. Чтобы не нарушать целостность заготовки и изменить её форму, используется оборудование создающее мощное давление. Для изменения формы заготовки из твердых видов стали материал изначально разогревают.
5. Термическая. Чтобы улучшить технические характеристики материала, используются различные способы обработки заготовок температурой.

Технология металлообработки развивается и улучшается с каждым годом. Появляется новое оборудование и варианты работы с металлами.

От чего зависит тип обработки

Виды металлообработки подразумевают под собой разные способы работы с металлами. Каждый из методов выбирается в зависимости от твердости материала и других его характеристик. Также на это влияет то, что нужно сделать с заготовкой. Например, для изменения технических характеристик материала используется термическая обработка. Чтобы изменить форму заготовки, может применяться механический способ или оборудование нагнетающее давление.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

• Штамповка.
• Ковка.

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Ковка

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

• гибка;
• вытягивание;
• осаживание;
• и другие.

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Общее описание технологического процесса

Механообработка заготовок может производиться двумя методами:

• давлением (без снятия стружки);
• резанием (со снятием стружки).

В первом случае материалу придается нужная форма и объем путем силового воздействия инструмента, например, кузнечная обработка. Во втором случае с него снимаются поверхностные слои (припуск), например, фрезерование, строгание, шлифование.

Механическая обработка металлов является одним из этапов получения готового изделия из заготовки и требует предварительной подготовки технологической карты с указанием требуемых размеров и классов точности. На основе технологической карты составляется чертеж готового материала, где также указываются размеры и классы точности.

https://youtube.com/watch?v=WmTQqaIKFNc

Основные виды механической обработки металлов

Фрезерная обработка

Токарная обработка

Механическая обработка металла может производится как со снятием верхнего слоя, так и без него. К операциям со снятием верхнего слоя относятся: точение металла, сверление металла, дробление металла, зубофрезерные работы, строгание металла, долбление металла , шлифование металла. К операциям без снятия верхнего слоя можно отнести давление и удар. В этом случае на металлическую деталь воздействуют с помощью прессов, воды, воздуха под большим давлением или интенсивным потоком абразивных частиц (например, пескоструйка). Такие процедуры могут проводиться под воздействием повышенной температуры или в естественном температурном режиме. К данной категории металлообработки можно отнести штамповку, металлопрокат и прессование. Ниже мы рассмотрим самые распространенные методы мехобработки металлических деталей со снятием верхнего слоя (резанием)

Сваривание

Среди ставших уже традиционными методами можно выделить электродуговую, аргонодуговую, точечную, роликовую и газовую сварку. Разделить сварочный процесс можно также на ручной, автоматический и полуавтоматический. При этом для высокоточных процессов сварки применяются новые методы.

Лазерная сварка

Благодаря применению сфокусированного лазера появилась возможность производства сварочных работ на мелких деталях в радиоэлектронике или присоединение твердосплавных режущих элементов к различным фрезам.

В недалеком прошлом технология обходилась достаточно дорого, но с применением современного оборудования, в котором импульсный лазер заменили газовым, методика стала более доступной. Оборудование для лазерной сварки или резки также оснащается программным управлением, а при необходимости производится в вакууме или инертной среде

Обработка давлением

Обработка металлических заготовок с использованием давления основана на эксплуатации их пластических свойств. Другими словами, так называют способность металла изменять свою форму, но при этом не подвергаться разрушению. При использовании этой технологии не только получают детали нужной конфигурации, но изменяют структуру материала и его основные механические свойства.

Основные технологические процессы способа:

1. Прокатка;
2. Волочение;
3. Прессование;
4. Ковка;
5. Штамповка.

Для повышения пластичности заготовки и уменьшения количества энергии, необходимой для выполнения операции заготовки могут быть нагреты. Его нагревают до заданной температуры, которая зависит от марки материала. Для нагревания материала могут быть применены горны, индукционные устройства и многие другие.

Значительное количество металла, обрабатываемого методом давления, нагревают в печах камерного типа или устройствах непрерывного действия с газовым подогревом. В прокатных станах, которых обрабатывают слябы, применяют греющие колодцы. Для разогрева заготовок из цветных металлов применяют печи электрического нагрева.

Штамповку можно условно разделить на следующие группы: прокатка, волочение, прессование, ковка и штамповка.

Прокатка – это самый широко распространённый метод переработки металла. Его пропускают через зазор, расположенный между валками, которые вращаются в разных направлениях. Иногда это проделывают для уменьшения сечения прутка, иногда для формирования профиля, например, двутавровую балку.

Волочение – эта технология, применяемая для получения проволоки разного диаметра, прутка. Волочение обеспечивает изготовление изделия с предельно точными размерами и отменным качеством шероховатости поверхности.

Прессование применяют для получения профильных изделий разного сечения и размера. Эту операцию применяют для прутка, труб разного профиля из цветных металлов. Эту операцию выполняют на прессах с гидравлическим приводом, обеспечивающих усилие в 15 000 тонн.

Ковка, это, пожалуй, одна из старых операций по обработке металлических материалов. Заготовку, разогретую до ковочной температуры, укладывают на твердое основание (наковальню) и при помощи ударного инструмента придают ей нужную форму. С применением свободной ковки можно обрабатывать заготовки весом до 250 тонн. В ковочных цехах устанавливают молоты, работающие под автоматическим или ручным управлением.

Передовые методы металлообработки

Технология металлообработки — это совокупность технологических процессов, с помощью которых кузнецы изменяют характеристики, форму, размеры металлов и сплавов. Чтобы облегчить работу людей, машины постоянно улучшаются. На них устанавливаются дополнительные модули, которые расширяют функционал. Машины снабжаются системами ЧПУ.

Разработчики новых механизмов нацелены на достижение трёх целей:

1. Увеличение точности работы подвижных элементов.
2. Надёжность в активной эксплуатации. Разработки направлены на изготовление более выносливого оборудования, которое сможет работать дольше, эффективнее.
3. Продуктивность — от скорости выполнения операций подвижными механизмами повышается количество готовой продукции.

Установка дополнительных шпинделей, рабочих частей, систем ЧПУ увеличивает производительность, точность, эффективность промышленных станков.

Химическая и механическая обработка

Применяются методы термического воздействия с применением химии для насыщения металла элементами, например, углеродом. Такой способ воздействия называется химикотермический. А если на изделие в процессе его остывания воздействовать механически, придавая ему нужную форму, то это термомеханическая обработка.

Сварка

Прочное соединение двух и более металлических деталей между собой.

При сварке изделия нагревают в месте предполагаемого шва до расплавления. Затем атомы соединяемых деталей смешиваются, при остывании образуя шов.

В обычных условиях невозможно соединить детали, сдавливая их между собой, дело в том, что поверхность металла загрязнена разными веществами. В том случае, когда материал нагревается и плавиться, высвобождаются свежие слои металла, поэтому их соединение становится возможным.

Выделяют три вида сварки:

• термическая,
• термомеханическая,
• механическая.

Тепловое или термическое воздействие на детали подразумевает нагрев без применения дополнительного давления. Тепло получают от электрической дуги (электрическое воздействие), газового пламени.

При термомеханическом соединении детали нагревают лишь до состояния их пластичности, после чего плотно соединяют их, сдавливая друг с другом.

При сварке с применением давления металл деформируют до такой степени, что он начинает растекаться, как вода.

Сварка с применением давления

Стекают загрязненные слои, обнажая свежий слой. Затем начинается химическая реакция, соединяющая детали вместе.

Такой процесс происходит только с применением автоматики. Человек не обладает достаточной силой, чтоб привести к таким реакциям. Такая сварка применима в том случае, когда нужно соединить большие детали с толстыми стенками.

Ручная сварка

В быту чаще используют переносные сварочные аппараты, способные сварить конструкции из металлов небольшой толщины. Здесь используется принцип электрической дуги.

При помощи специального электрода вызывают короткое замыкание на свариваемое изделие. Возникает устойчивый дуговой разряд порядка 6 тыс. градусов по Цельсию. Затем, на расстоянии 2–5 миллиметров между электродом и изделием происходит сварочный процесс. В итоге получается прочный шов, способный выдержать большое давление извне.

Сварка под флюсом

В условиях производства используют автоматическую сварку под флюсом.

Процесс сварки под флюсом

Его насыпают на свариваемые изделия слоем в 50–60 миллиметров. Затем приступают к сварке.

Сначала нагревается сам флюс, и сварка происходит в газовой среде флюса, в то время как сам металл не подвергается воздействию кислорода. Шов такой сварки получается прочнее ручной сварки.

Обработка давлением

Для придания будущему изделию нужной формы, при изготовлении полуфабрикатов и деталей, на него воздействуют давлением. При этом свойства материала не изменяются, меняется только форма.

Существуют следующие способы воздействия давлением:

• ковка,
• штамповка,
• штамповка листовая,
• прокатка,
• прессование,
• волочение.

Ковка

Древнейший метод обработки – ковка. Металл нагревают до пластичного состояния, после чего придают ему нужную форму при помощи специальных инструментов. В древние времена с помощью ковки кузнецы изготавливали оружие, орудия работы, инструменты. Сейчас ковка больше используется в архитектуре, при создании узора ворот, поручней лестниц.

А также ковка возможна без предварительного нагрева. Нужную форму придают, изгибая определенным образом. При таком способе нужна будет дополнительная обработка металла, ведь появляются погрешности в работе.

Штамповка

Автоматизированный процесс, с применением станков. Будущую деталь либо помещают в специальную форму, после чего подвергают давлению, либо воздействуют на нее штампом заданной формы. В первом случае получают объемные изделия, во втором используют листовой металл.

При прокатке металл пропускают между двух крутящихся валиков. На выходе получают гладкие листы. Процесс волочения похож на прокатку, однако, получаются не листы, а проволока. А также используется комбинированное воздействие давления на металл.

Электрическая обработка

Одна из последних стадия обработки.

Такая обработка металлов применяется для особо твердых сплавов, требующих ювелирной работы и не поддающихся воздействию другими способами. Все этапы процесса выполняются скрупулезно, придерживая необходимые условия для получения качественного материала.

А также электрической обработкой вырезают в изделии мелкие отверстия, зазубрины, делают гравировку.

Основные виды и способы механической обработки металла

Ниже перечислим процедуры, способствующие изменению физических или химических качеств, деформации предмета. Прежде чем выбрать подходящий метод, необходимо сравнить все характеристики металлического образца и результат, который нужно получить. Основная цель – преодоление предела упругого деформирования, то есть следует добиться того, чтобы элемент поменял форму и не вернулся в прежнюю обратно.

Фрезерные работы

Вращающиеся фрезы на станке предназначены для фигурной резки круглых заготовок. Они зажимаются между двумя шпинделями, в редких случаях – прикручиваются к одной стороне. Есть устройства с ручным приводом, тогда оператор вручную направляет инструментом с лезвием, а есть те, которые подключены к пульту ЧПУ, то есть имеют компьютеризированное управление. Они работают в автоматическом режиме, рабочий только задает программу наблюдает за процессом.

Зубонарезные работы

Это процедура нарезания и обработки зубьев, например, при изготовлении шестерен. Стружка снимается тонким слоем с помощью специального станка. Сперва происходит черновая механическая металлообработка, затем чистовая. Иногда для упрочнения требуется термообработка с последующей шлифовкой, подгонкой. Инструмент – дисковая фреза, имеющая профиль, соответствующий расстоянию между зубцов.

Токарные работы

С помощью резцов, сверл и разверток с поверхностного металлического слоя снимаются лишние стружки. Образуется нужный узор, впадины, отверстия. Есть два движения – вращение заготовки и воздействие подачи. На токарном станке можно сверлить проемы и развертывать, зенкеровать их, нарезать резьбу, отрезать часть, вытачивать канавки. Результатом будут полученные изделия:

• гайки;
• втулки;
• валы;
• шкивы;
• муфты;
• кольца;
• зубчатые колеса.

2 Обработка на токарных станках – виды используемых резцов

Эффективность работы токарных установок зависит от глубины резания, величины продольной подачи изделия для обработки и скорости резки. Именно эти показатели дают возможность достичь:

• повышенного темпа вращения шпинделя станка и непосредственно обработки заготовки;
• достаточную устойчивость инструмента для резки и требуемый уровень его воздействия на деталь;
• максимально допустимый объем стружки, которая образовывается в процессе обработки;
• поддержания поверхности станка в состоянии, необходимом для выполнения токарных работ.

Конкретная скорость резки определяется видом обрабатываемого материала, типом используемых резцов и их качеством. Показатель обточки изделий и скорость резки того или иного станка устанавливают частоту, с которой вращается его шпиндель. Плотность и прочие физические параметры деталей можно узнать из соответствующих таблиц и спецификаций изделий.

Резцы для токарных станков могут быть чистовыми и черновыми. Конкретный их вид определяется характером обработки. Геометрические размеры резцов (точнее – их режущей части) дают возможность работать с малой и большой площадью слоя, поддающегося срезанию. По направлению движения резцы делят на левые и правые. Вторые движутся при работе станка к передней его бабке от задней (то есть, справа налево), первые, соответственно, наоборот – слева направо.

По расположению лезвия и форме резцы подразделяют на:

• оттянутые (у них ширина крепежной части выше ширины резцов);
• прямые;
• отогнутые.

По назначению резцы классифицируют на:

• подрезные;
• проходные;
• канавочные;
• фасонные;
• расточные;
• резьбовые;
• отрезные.

Геометрия конкретного резца оказывает существенное влияние на качество резания и его точность. Производительность обработки на токарных станках повышается в том случае, когда токарь грамотно подбирает геометрию резца. Для этого ему необходимо знать, что означает понятие “углы в плане”. Под таковыми понимают углы между направлением подачи и кромками резца:

• вспомогательный – φ1;
• главный – φ;
• при вершине – ε.

Последний угол зависит от заточки резца, первые два – еще и от его установки. Если главный угол имеет большое значение, стойкость резца уменьшается из-за того, что фактически действует лишь малая часть кромки. При малом его значении резец является более стойким, теплота при обработке отводится более эффективно. Для нежестких тонких изделий обычно выбирают главный угол равный 60–90 градусам, для больших по сечению деталей – 30–45 градусов.

Показатель вспомогательного угла, как правило, равняется 10–30°. Большие его значения не имеют смысла, так как вершина резца будет значительно ослабляться. Для обработки (одновременно) торцовой плоскости и цилиндрической поверхности обычно применяют упорные проходные резцы. Отогнутые и обычные прямые оптимальны для наружных поверхностей заготовки, отрезные – для протачивания канавок и отрезания определенных частей детали, расточные (упорные или сквозные) – для растачивания ранее просверленных с использованием разных видов сверл отверстий.

А вот обработка фасонных поверхностей, у которых образующая линия имеет длину до 40 мм, производится при помощи фасонных резцов:

• круглых, стержневых и призматических по конструкции;
• тангенциальных и радиальных по движению (его направлению) подачи.

Передовые методы металлообработки

Промышленное оборудование постоянно совершенствуется. Какие функции улучшаются:

1. Производительность. Это важный фактор, которые влияет на окупаемость оборудования и прибыль, которую можно получить при работе на станке. Производительность возрастает после увеличения скорости работы механизмов.
2. Точность. Чтобы сократить количество брака, изготовители оборудования работают над точностью рабочих механизмов.
3. Долговечность и износоустойчивость.

Самой частой операцией, при которой применяются станки для металлообработки, является резка.

Газовая резка металла

Оборудование для газовой резки применяется давно. Оно полностью автоматизировано и требует минимум усилий для управления. Система ЧПУ позволяет выполнять ровные резы металлических заготовок, что было проблемно при наличии человеческого фактора.

Плюсы газовой резки:

• высокая скорость и производительность;
• дешёвое оборудование.

Минусы:

1. термоусадка металла после выполнения работ;
2. возможные погрешности в точности.

Газовое оборудование устанавливается на больших предприятиях и в частных мастерских.

Газовая резка металла

Плазменные для резки

Принцип работы плазменных аппаратов заключается в том, что разрезание заготовки или листа происходит с помощью струи плазмы. Такие металлообрабатывающие станки обладают высокой точностью реза и производительностью.

Лазерная обработка

Лазерные станки для обработки металла популярны в частных мастерских и на производстве. Лазерная головка передвигается по направляющим и разрезает заготовки на размеченные части. Лазерным лучом можно выполнять гравировку. Такие станки обладают высокой точностью. С их помощью обрабатывают однородные металлы и мягкие сплавы.

Шлифовальные

Шлифовальные станки предназначены для финишной обработки металлических поверхностей. В зависимости от необходимой толщины съёма, выбирается фракция абразивных кругов или наждачных лент. На одной машине может закрепляться больше одного абразивного круга или ленты.

Токарные

К токарной группе относятся конструкции, которые используются для создания деталей сложной формы. Рабочей частью выступает вращающийся шпиндель, в который закрепляется заготовка. Чтобы обработать заготовку, необходимо закрепить определённые резцы в суппорте и подвести к ним детали. Острые грани срезают слой металла под действием вращения. Могут использоваться для сверления, нарезания резьбы внутри и снаружи заготовок, зенкерования, расточки отверстий.

Сверлильные

Сверлильные станки — это устройства с неподвижной станиной, на которой в вертикальном положении закрепляется один или несколько шпинделей. На них можно выполнять сверление, зенкеровку, нарезание внутренней резьбы. С помощью метчиков можно растачивать отверстия в заготовках.

Сверлильный станок

Гидроабразивные и электроэрозионные

Это оборудование, используемое для разрезания металлических листов любой толщины. Принцип работы заключается в том, что металл разрезается с помощью тонкой водяной струи, которая воздействует на него под большим давлением. Недостаток этого метода — низкая скорость. Однако она компенсируется высокой точностью реза.

Портальные машины газовой резки металла

Оборудование предназначено для производства. Связано это с возможностью расположить на рабочей поверхности большие металлические листы. Их размеры могут достигать 3×12 метров. Плюсы и минусы у таких станков точно такие же, как у обычной газовой резки.

Обработка применением электричества

Металлы обрабатывают с применением электричества. Существуют два основных способа – электроискровой и ультразвуковой.

Первый эксплуатировать для изготовления в теле детали отверстий разной формы, размеров и сложности. Эту технологию используют для производства инструмента, в частности, пресс-форм и штампов.

Второй способ применяют при работе с высоколегированными сталями, твердыми сплавами и пр. в частности его использование позволяет выполнять очистку поверхности детали от следов коррозии, масел и пр.

Каждый из способов обработки металла имеет множество разновидностей и предполагает использование соответствующего оборудования, инструмента и оснастки.

Рейтинг: /5 –
голосов

Используемое оборудование

Механообработка применяется на специализированных предприятиях, обеспеченных достаточным количеством производственных площадей и необходимого оборудования.

Для снятия поверхностных слоев изделие обрабатывается на токарном станке и фрезерных установках. Наиболее востребованными среди них являются:

• токарные центры с ЧПУ;
• вертикально-фрезерные станки.

Новые модели рабочих приспособлений позволяют соблюдать высокую точность геометрии и шероховатость поверхности.

Оборудование, позволяющее обрабатывать материал механическим способом, представлено в широком разнообразии. Каждое предприятие самостоятельно принимает решение о необходимости приобретения того или иного устройства. Например, на некоторых производствах установлены карусельные станки, способные обрабатывать изделия до 9 метров в диаметре.

К числу стандартного оборудования, которым укомплектовывается любое предприятие, обрабатывающие металлические изделия механическим способом, относятся следующие устройства:

• фрезерные;
• зубофрезерные;
• радиально-сверлильные;
• горизонтально-сверлильные;
• вертикально-сверлильные.

От чего зависит тип обработки

Производство полноценной детали из металлической заготовки — довольно трудоемкая процедура. Она состоит из большого количества операций. К ним относится и мехобработка. Перед тем как приступать к этой работе, составляется специальная техническая карта и создается чертеж будущего изделия, в котором указывается класс точности и все необходимые характеристики.

Помимо этого, различают чистовую, получистовую и черновую разновидность механической обработки. Способ обработки металлического сплава находится в зависимости от габаритов и шероховатости элемента, класса точности и свойств поверхности, которая подвергается обработке. К примеру, чтобы сделать отверстие в соответствии с квалитетом Н11, применяют черновую обработку с помощью сверла, а для развертывания (получистового) на третий класс можно применять зенкер или развертку и на особенностях, которыми они обладают.

https://youtube.com/watch?v=SFBXeIUWnuQ

Общие сведенья о токарной обработке металла

Процедура обработки металла производится на специальных токарных станках при помощи различных режущих инструментов. Заготовка устанавливается в шпиндель устройства, работа которого начинается после включения электродвигателя.

Обрабатываемая деталь начинает вращаться с большой скоростью и резцом, сверлом или другим режущим инструментом с нее по всей поверхности снимается небольшой слой металла.

С помощью постоянного перемещения инструмента происходит непрерывность резки детали до необходимых размеров и форм. Более подробный процесс токарной обработки детали можно посмотреть по видео ролику.

Станки позволяют производить эффективную обработку различных заготовок, получив в результате коническую, резьбовую, цилиндрическую, фасонную или другую поверхность. С помощью токарных работ могут быть выполнены:

• кольца;
• валы;
• шкивы;
• муфты;
• зубчатые кольца;
• втулки;
• гайки.

Кроме этого, на токарном станке можно:

1. Вытачивать канавки.
2. Отрезать различные части изделий.
3. Делать обработку разных отверстий при помощи зенкерования, развертывания, сверления, растачивания.
4. Нарезать резьбу.

В процессе выполнения работ следует обязательно пользоваться различным измерительным инструментом, которым определяются размеры, формы и варианты расположения заготовок. При единичном и мелкосерийном производстве для этого применяются нутромеры, штангенциркули, микрометры. На больших предприятиях пользуются предельными калибрами.

Преимущества токарной обработки металлов

Такой процесс считается универсальной технологией и применяется для изготовления различных изделий из сплавов и металлов. На станке, оснащенном резцами специально назначения, можно обрабатывать даже особо твердые материалы.

Основные достоинства технологии:

1. Высокая чистота поверхности получаемых изделий.
2. Точность обработки.
3. Возможность получения за один рабочий цикл изделия со сложной конфигурацией.
4. Полученная после обработки детали стружка переплавляется и может использоваться повторно.
5. При применении специального оборудования есть возможность производства крупногабаритных деталей.

Кроме этого, с помощью токарного оборудования можно организовать серийное производство изделий различного назначения.