Механическая обработка металла: что это такое, виды, способы и основы металлообработки

— последовательное изменение формы, размеров и свойств материала или полуфабриката для получения детали с требуемыми техническими условиями.

Техпроцесс имеет определенную структуру и состоит из следующих элементов: Операция
— часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и включающая все действия рабочего и станка по обработке заготовок. Называется по виду оборудования на котором выполняется (напр. токарная, сверлильная и т.п.).

Установ

— часть операции, которая выполняется при одном закреплении заготовки.

Позиция

— это каждое отдельное положение заготовки, занимаемое ею относительно станка при неизменном закреплении.

Переход

— часть технологической операции, выполняемая без изменения режущего инструмента, обрабатываемой поверхности, режима обработки.

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.

Оборудование для обработки давлением

Кузнечная обработка может производиться вручную с помощью молота и наковальни. Механический способ заключается в использовании пресса, опускаемого на нагретую поверхность металла.

Оба приспособления являются механическими. Но молотом наносятся удары, за счет которых обрабатываемая поверхность обретает нужную форму, а пресс оказывает давление.

Молот может быть следующих типов:

• паровым;
• паровоздушным;
• падающим;
• пружинным.

Молот

Также существует несколько типов прессового устройства:

Схема пресса

• гидравлический;
• парогидравлический;
• винтовой;
• фрикционный;
• эксцентриковый;
• кривошипный;
• пружинный.

Прежде чем приступать к обработке давлением, поверхность металла нагревается. Однако в последние годы вместо горячего воздействия чаще используется холодное, называемое штамповкой. Штамповка подходит для работы с любыми типами металлов. Она позволяет придать изделию нужную форму, не оказывая влияния на физические характеристики материала.

К наиболее популярным видам штамповки относятся:

• гибка;
• вытягивание;
• обжатие;
• формование;
• выпучивание;
• разбортовывание.

Штамповка метала

Гибка применяется для изменения осевой формы металлического элемента и производится с помощью тисков, устанавливаемых на гибочные штампы и прессы. Вытягивание производится на давильном станке и применяется для создания сложных изделий. Путем обжатия уменьшается поперечное сечение детали, имеющей полость. Формование применяется для создания элементов пространственных форм. Для выполнения этих работ используются специальные формовочные штампы.

Путем выпучивания заготовки обретают пространственную форму. А разбортовывание применяется для создания бортиков и других дополнительных элементов.

Механическая обработка металла: виды и методы

Есть две большие категории – со снятием верхнего слоя и без него. К первым относятся точение, сверление, шлифование, дробление и все, что можно отнести к резанию. В данном случае меняется форма, габариты заготовки.

Если не нужно использовать ничего для образования среза, то применяют давление или удар. Воздействие может быть оказано прессом, водой, воздухом, потоком абразивных частиц. Процедура может быть проведена вместе с термообработкой или в естественном температурном режиме. К этой категории относятся: штамповка, прессование, металлопрокат.

Химическая обработка

Химикаты способствуют проведению реакции, которые позволяют:

• очистить поверхность от коррозии и загрязнений;
• нанести дополнительный защитный слой – оцинковка, гальванирование;
• увеличить устойчивость к внешним воздействиям.

Обычно используют озонирование, хромирование, оцинковку, борирование и нанесения состава с алюминием.

От чего зависит процесс механической обработки поверхности металлов

Нельзя сразу приступить к работе, требуется предварительно создать подробный чертеж с размерами. Затем можно выбрать один из вариантов или их комбинацию, например, сперва отрезать лишнее, а затем обточить. Иногда графические документы требуются и для промежуточных этапов, если их много или они должны обладать высоким классом точности. Выбор в целом зависит от:

• материала и его физических, химических свойств;
• размеров;
• нужной формы;
• процедуры;
• шероховатости.

Расчет режимов механической обработки покрытий

К основным элементам режима резания относятся: глубина резания – t

(мм); подача
S
(мм/об); скорость резания
V
(м/мин) (при точении); линейная скорость круга
Vк
(м/с) (при шлифовании); линейная скорость детали
Vд
(м/мин) (при круглом шлифовании).

Исходными данными для выбора режима резания являются: данные об обрабатываемой детали (рабочий чертеж и технические условия); вид наплавки и материал покрытия, припуск на механическую обработку; точность обработки; требуемая шероховатость поверхности после обработки и др.

Выбор режима резания при токарной обработке (точение)

Выбор режимов резания при токарной обработке детали диаметром D

выполняется в следующей последовательности:

Глубина резания t

назначается из диапазонов:

t

= (0,40–0,80) мм – проход при черновом точении;

t

= (0,10–0,30) мм – проход при чистовом точении.

Количество проходов

рассчитывается по формуле (1):

i

=
z
/
t
. (1)

где z

– припуск на обтачивание (на сторону), мм.

Подача для чернового точения

выбирается (для учеб­ных целей) по таблице 7 для обтачивания c учетом диаметра обрабатываемой детали
D
и по таблице 8 для растачивания с учетом сечения державки и вылета резца.

Таблица 7.
Величина подачи при обтачивании деталей из стали

Таблица 8.
Величина подачи при растачивании

Подача для чистового точения

выбирается на основе требуемой шероховатости обработанной поверхности с учетом радиуса при вершине резца
r
(таблица 9).

Таблица 9.Подача в зависимости от заданной шероховатости поверхности для токарного резца со значениями главного и вспомогательного углов в плане φ = φ1 =

45°

Скорость резания V

рассчитывается по формуле (2):

, м/мин, (2)

где t

– глубина резания, мм;
S
­– подача, мм/об;
T
– стойкость инструмента, мин (выбирается согласно таблице 10)

Таблица 10.Стойкость инструмента

Значение коэффициента С

выбирается согласно таблице 11.

Таблица 11.Значение C

Значение коэффициента m

выбирается согласно таблице 12.

Таблица 12.Значение m

Значение показателя степени x

: при обработке стали –
x
= 0,21, при обработке чугуна –
x
= 0,18. Значение показателя степени
y
: при обработке стали –
у
= 0,27, при обработке чугуна –
у
= 0,30.

Частота вращения детали n

(об/мин) рассчитывается по формуле (3):

, об/мин (3)

Основное (технологическое) время

при точении
То
вычисляется по формуле (4):

, мин, (4)

где –

расчетная длина обработки в направлении подачи, мм;
l
– длина обрабатываемой поверхности, мм;
l
1 – длина врезания инструмента, мм (рассчитывается по формулам в соответствии с геометрией инструмента и глубиной резания; при точении
l
1 =
t
·
ctg φ
; при расчетах главный угол в плане
φ
можно принять равным
φ
= 45°, тогда
l
1 =
t
);
l
2
–
длина подхода и перебега инструмента, мм (
l
2 = 2–5 мм);
l
3 – длина проходов при взятии пробных стружек, мм (
l
3 = 5–8 мм);
i
– число проходов.

Опе­ративное время Топ

состоит из основного
Tо
и вспомогательного
Тв
времени

Топ

=
То
+
Тв
(5)

где То –

основное (технологическое) время при точении, мин;
Тв
– вспомогательное время, мин.

Вспомогательное время Тв

отводится на установку и снятие детали со станка, пуск и остановку станка, подвод и отвод режущего инструмента, из­мерение размеров и т. п., мин (
Тв
при точении выбирается из таблицы 13).

Таблица 13.Вспомогательное время Тв

при точении, мин

Дополнительное время Тдоп

при точении можно принять 3% от
Топ
(
Тдоп
= 0,03·
Топ
).

Подготовительно-заключительное время Tп.–з

при партии деталей
N
= 5–25 шт. можно принять (в учебных целях)
Tп.–з
= 13–16 мин.

Норма времени на обработку детали Тн

выражается формулой (6):

, мин (6)

где Топ

– оперативное время, мин;
Топ = То
+
Тв
;
То –
основное (технологическое) время, затрачиваемое непосредственно на формообразование поверхности, мин;
Tв
– вспомогательное время на установку и снятие детали со станка, пуск и остановку станка, подвод и отвод режущего инструмента, из­мерение размеров и т. п., мин (
Тв
при точении выбирается из таблицы 13);
Тдоп –
дополнительное время на обслуживание рабочего места,отдых и естественные надобности, мин;
Тп.–з
– подготовительно-заключительное время находится в зависимости от типа производства, конструктивной и технологической сложности обрабатываемых деталей, мин;
N
– количество деталей в партии, шт.

Используемое оборудование и инструмент для механической обработки металла

В основном это станки и расходные материалы. Крупные приборы можно разделить на ручное управление и с ЧПУ – пультом управления. Первые дешевле и проще в освоении, но они требуют постоянного присутствия и внимания оператора. А вторые позволяют сделать изделия с максимальным классом точности.

Есть также аппараты со скромными габаритами, которые удобны для переноски в руках, например, для шлифовки. Некоторые умельцы делают станочные установки самостоятельно, приведем пример в следующем видео, как в своем гараже сделать токарное приспособление:

Инструмент – это режущая кромка, обычно изготавливаемая из инструментальной стали, поэтому обладающая высокой прочностью.

Точение и сверление

Заготовка закрепляется в шпинделях, которые подключены к электрическому приводу совершают быстрое вращение. Резец закреплен в суппорте и совершает движения, которые либо направлены рукой оператора, либо системой управления. Вытачивать можно конусы, цилиндры и прочие фасовочные детали.

Сверление выполняется с целью образования отверстий. Они не обладают высокой точностью, а являются основой для механической обработки металлов, например, для нанесения резьбы. Также аналогичными процедурами, но с большей точностью, являются развертывание, рассверливание, растачивание и зенкерование.

Структура техпроцесса и особенности его оформления

Структура техпроцесса механообработки представлена двумя видами технологий:

• операционной — благодаря операциям, состоящим из переходов и установ, данная технология считается более подробной, чем маршрутная;
• маршрутной — это обобщенное описание очередности операций и их содержания.

Согласно ЕСТД в комплект технологической документации входит множество соответствующих карт. Их количество и тип устанавливается стандартами и производственными условиями.

Операционная технология оформляется на соответствующих картах, где описывается мехобработка всех поверхностей болванки.

Под картой эскизов подразумевается графическое изображение металлоизделия в виде, который будет иметь заготовка по завершению той или иной операции механической обработки. Следует отметить, что на операционном чертеже обозначаются:

• поверхности, которые подвергаются механообработки (для этого используются толстые линии и порядковые номера). Если обработка отмеченных поверхностей осуществляется одинаковым инструментом и при одинаковых режимах резания, то в технологической карте будет содержаться число переходов, соответствующее количеству поверхностей, которые подвергаются мехобработке;
• точность поверхностей, которые обрабатываются. Обозначается данный параметр квалитетом точности, шероховатостью, допусками отклонения формы;
• базовые поверхности.

Карта эскизов разрабатывается для той или иной операции индивидуально.

Металлообработка давлением

Это процедура, при которой не страдает целостность – верхний слой остается на месте. Но форма значительно меняется. Это осуществляется посредством штамповки, прессования или ковки. Часто процесс сопровождается нагревом элемента до температуры, превышающей температуру пластичной деформации. Например, кованые детали нагревают, затем делают несколько ударов. А для штампования используется одновременно две металлические фигуры, которые зеркально повторяют друг друга – матрица и пуансон. Между ними зажимается стальной лист.

Обработка с помощью резки

Разрезать можно как металлический лист, так и любой полый или сплошной элемент, например, жгут. Резать можно напрямую или применять фигурную процедуру. В первом случае возможны даже ручные ножницы по листовой стали, а во втором не обойтись без высокотехнологичных станков с пультом чистового управления.

Оборудования с ЧПУ высокого качества и по доступным ценам можно приобрести на сайте . Здесь представлен широкий ассортимент продукции для профессионального производства изделий из металла.

Способы резки:

• Циркулярной пилой – домашний вариант с невысокой точностью и большой трудозатратностью.
• Болгаркой – тоже применяется в основном для использования дома.
• Гильотиной – представляет собой станок, где лезвие с большой скоростью и под давлением опускается на рабочую зону.
• Ленточнопильным аппаратом – оптимальный вариант, поскольку имеет множество технологических возможностей и дает ровные кромки.
• Кислородная металлообработка – подходит для сплавов с низким содержанием легирующих компонентов. На материале может остаться оксидная пленка, которую нужно убрать.
• Лазерная – лазер способствует образованию высоких температур, которые направлены на определенное место распиловки. Очень прогрессивный метод.
• Плазменная – самый хороший и точный способ, при котором излишки вещества на месте плавления просто испаряются, оставляя очень чистые кромки.

Также резка производится на токарном, фрезерном и ином оборудовании – убирается верхний слой с помощью режущей кромки инструментов.

Сравнительная таблица режимов резания на разных станках

Термические операции механической обработки металла

Для многих результатов требуется нагрев элемента с последующим охлаждением. Это позволяет увеличить прочность, изменить кристаллическую структуру, а также совершить деформации, например, ковку. Различают следующие виды термообработки.

Отжиг

В результате увеличения температуры до предела пластичности с последующим снижением жара вместе с печью уменьшается твердость, но становится проще обрабатывать деталь. Часто используется перед штампованием или ковкой.

Закалка

Это аналогичная процедура, но она включает еще один этап – повышенные градусы держат достаточно долго для того, чтобы структура стабилизировалась. А охлаждение происходит не медленно, а быстро – в минеральном масле или просто в воде. Это нужно для того, чтобы снять внутреннее напряжение, образованное после литья, а также для таких элементов, которые испытывают постоянное механическое воздействие в период эксплуатации.

Отпуск

Это повторный нагрев после закалки, который позволяет закрепить все проявившиеся качества, но при этом снизить повышенную хрупкость. Повторное нагревание значительно менее интенсивное.

Старение

Редко используется искусственная стимуляция процессов, которые происходят при стандартном изменении в течение времени.

Нормализация

Это изменение структуры – если сперва после литья химическая решетка с крупным зернами, то после операции она становится мелкозернистой. Это сильно повышает ковкость, но прочность не страдает. В статье мы рассказали про разные технологии механической обработке металла и показали фото. В качестве завершения темы посмотрим короткий ролик.

Операционная технология мехобработки: специфика разработки

При выборе оптимального варианта очередности механообработки металлоизделия необходимо учитывать два основных фактора:

1. тип производства;
2. требования, которым должно соответствовать качество обработанной детали.

На предприятиях, специализирующихся на выпуске единичной продукции, технологические операции включают множество переходов и установов. Этим обуславливается необходимость часто сменять металлорежущий инструмент и настраивать его, что ведет к увеличению вспомогательного времени и другим последствиям.

Для предприятий, выпускающих детали сериями, характерны техпроцессы, в которых одноименные операции разделяются на основные и вспомогательные переходы. В одной операции не предусмотрена переустановка заготовки, а режущий инструмент меняется минимальное количество раз, из-за чего сокращается время на его подналадку.

Оценить требования, предъявляемые по отношению к качеству готовой детали, при создании техпроцесса мехобработки детали удастся, если учитывать ряд аспектов. К примеру, техпроцесс должен подчиняться структурной схеме. Каждый этап операционной технологии неразрывно связан с методом механической обработки и ее точностью. При необходимости получить поверхностный слой детали с твердостью более HRC 35 нужно в ходе работ сменить лезвийный инструмент абразивным.
Перейти к списку статей >>

Фрезерные работы

Фрезерование деталей справедливо считают наиболее сложной частью технологического процесса производства металлоконструкций. В качестве режущего инструмента применяются различные типы фрез, которые делятся на:

• торцевые;
• цилиндрические;
• дисковые (отрезные и пазовые);
• фасонные — с радиусом и угловые (для наклонных поверхностей);
• модульные и прочие.

Современные фрезерные станки позволяют производить обработку вертикальных, горизонтальных и наклонно расположенных плоскостей детали, а также пазов и фасонных поверхностей. Заготовка при этом движется поступательно, а фреза вращается.

Механообработка детали может быть:

1. попутной,
2. встречной.

Попутная обработка обычно применяется при финишном проходе, но не менее часто деталь передается на шлифовальный участок для окончательной доводки поверхности.

Токарная механообработка

В процессе токарной обработки заготовки она вращается, а токарь удаляет с неё лишние слои металла с помощью поступательно движущегося резца, постепенно придавая изделию необходимые размеры и нужную форму. При черновой обработке детали скорость подачи и глубина реза больше, нежели при обработке финишной.

Окончательная обработка заготовки требует более высокой скорости ее вращения и медленной подачи резца. Резец при этом выбирается с новой сменной пластиной (более острый, способный обеспечить высокую точность обработки и, следовательно, низкую шероховатость поверхности).