Технологии обработки металлов: виды механической металлообработки – основные способы

1. Особенности металлообработки
2. Электрический метод обработки металлов
3. Сварка
4. Механическая обработка деталей из металла
5. Способ обработки металла давлением
6. Обработка с помощью резки
7. Химическая обработка
8. Термическая металлообработка
9. Особенности художественной обработки
10. Вывод

Сталь является одним из самых крепких материалов, поэтому ее используют практически во всех сферах машиностроения и производства. В статье мы расскажем про основные виды механической обработки металла и металлических изделий, нюансы каждого способа.

Особенности металлообработки

Каждый специалист, работающий в этой сфере, обязан знать не только методы резания, шлифования и проката, но и то, как каждый материал себя ведет в определенных условиях. Перечислим ключевые разновидности:

• Электрическая. Обычно она применяется в случаях, когда необходимо сделать небольшое отверстие, а также для определенного типа закалки.
• Механическая. Наиболее распространенная группа, в ней содержится большое количество разных способов.
• Химическая. Посредством управляемой реакции и химикатов (солей, щелочей) меняются свойства металлов, они становятся крепче или изменяют свой верхний слой.

Обратите внимание! Перечисленные виды могут быть комбинированы, например, электрохимическая обработка.

• Давление. Еще один распространенный подвид, согласно которому на заготовку оказывается внушительная сила, к примеру, прессом. Тоже часто приходится соединять этот метод с нагревом.
• Термическая. Это не только закалка и прочие методы увеличения температуры, но и ее понижение – криогенная технология.

От чего зависит вид металлообработки

Основная причина выбора – это технические характеристики металла, а именно:

• его плотность;
• химическая активность;
• максимально и минимально допустимые границы нагрева;
• хрупкость и пр.

Второй решающий фактор – это задача. Исходя из нее можно выбрать способы, которые помогают разрезать изделие, улучшить его физико-химические свойства и пр.

Таблица по видам

Обработка давлением

Если механические виды обработки металлов не подходят и требуется сохранить целостность заготовки, мастера могут применять оборудование, работающее с давлением. Технологические процессы в этом случае разделяются на две группы:

1. Штамповка. Для этого метода используются два ключевых элемента — пуансон и матрица. Между этими деталями помещается обрабатываемая заготовка. Далее с помощью усилия она сдвигается. Заготовка принимает форму матрицы. Существует горячая и холодная штамповка. В первом варианте деталь изначально подвергается нагреванию.
2. Ковка. В давние времена кузнецы ковали оружие и доспехи. Для этого заготовка разогревалась в горне, а после этого по ней наносились удары с помощью молота. Так изменяется структура материала и улучшаются его характеристики.

Сейчас при ковке используются пневматические молоты и промышленные печи.

Электрический метод обработки металлов

Разрушение структуры материала под воздействием электричества давно изучено и активно применяется. Суть процедуры в следующем: на определенный маленький участок подается искра с высоким напряжением. При образовании заряда и при его контакте с металлической поверхностью выделяется очень большое количество тепла. Под воздействием температуры сталь начинает плавиться и испаряться – на месте образуется отверстие.

Преимуществом такого способа является чистота среза и фактически полное отсутствие остатков и обрезков. А чтобы даже те небольшие частички, которые образуются, не разлетались, в зону контакта заливают небольшим слоем маслянистую жидкость. Такая пленка буквально улавливает элементы.

Электрическая обработка

При обработке металла электрическим способом подается разряд высокой интенсивности. Он разрушает поверхность заготовки. Используют технологию:

• если нужно сделать отверстия в тонком металлическом листе;
• для заточки инструментов;
• при обработке заготовок из твердых сплавов;
• чтобы достать из ранее сделанного отверстия часть отломавшегося сверла или другой элемент (если это нельзя сделать другим способом).

Напряжение подается на электрод, сделанный из графита или латуни. Металл под таким воздействием оплавляется. В некоторых случаях используют ультразвук. Полученные после подачи напряжения колебания частотой 20 кГц и больше вызывают резонанс. Это ведет к точечному разрушению верхнего слоя заготовки. Метод применим для работы с нержавеющей сталью и прочными сплавами. Под воздействием ультразвука разрушается не только металл, но и драгоценности.

Сварка

Это основной используемый метод соединения двух и более металлических элементов. Сварной шов получается благодаря расплавлению металла в образуемой электродугой ванне. При застывании он становится очень прочным, почти монолитным с остальной поверхностью. Есть разные методы сваривания, самые распространенные:

• ручной электродуговой с электродами;
• полуавтоматический с помощью присадочной проволоки.

Разновидности аппаратов и технологию проведения дуги, режим выбирают в зависимости от материала и необходимой цели. В ряде случаев перед сваркой проводятся предварительные процедуры – зачистка, обрезка кромок, разделка.

Механическая обработка деталей из металла

При взаимодействии инструмента с заготовкой можно снять верхний слой – это самый распространенный результат в данной группе способов металлообработки.

Сверление и точение

Просверлить можно сквозное и глухое отверстие. Оно может быть самобытным или предназначенным для последующего нанесения резьбы. Сверлят следующим образом:

• Сперва закрепляют деталь на столе, обычно с помощью тисков или посредством специального зажима на станке.
• Устанавливают оснастку. Это может быть сверло разного диаметра и заточки.
• Производится запуск двигателя с последующим закономерным движением инструмента одновременно в двух направлениях – вокруг своей оси и вперед, врезаясь в толщу металла.

Выбор сверла должен зависеть не только от диаметра необходимого отверстия, но и от плотности материала. Кончик может просто сломаться при неправильном подборе.

Точение – это металлообработка цилиндрических и конусных заготовок на токарном станке. Шаблон надежно фиксируется в шпинделях с электрическим приводом и вращается вокруг своей оси. Токарь с помощью специальных инструментов, которые зажимаются в тисках, направляет режущую кромку на необходимую часть. В результате срезается верхний слой. Подобным образом также наносится внутренняя и внешняя резьба.

Шлифование и фрезерование

Фрезерный станок работает уже не только с цилиндрами и с конусами, но и с другими формами. Принцип работы аналогичный, но заготовка уже не вращается, движется только фреза. Типоразмер резцов самый разный, часто они представлены сверлами, развертками и прочими инструментами.

Шлифовка предназначена для того, чтобы добиться максимальной точности размеров и необходимой шероховатости. Когда нужна максимальная гладкость, применяются абразивные круги с минимальным размером абразива. Также дополнительно можно отполировать поверхность с помощью специальной полировальной машины. Шлифование делят по степени обработки на грубое или черновое, чистовое и тонкое.

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.

Способ обработки металла давлением

В случае, когда нельзя нарушать целостность экземпляра, но требуется изменить его форму, то применяется более мягкая металлообработка с помощью прессов и штампов. Оборудование работает по принципу оказания большого давления на рабочую область.

Прокат

Все изделия из металлопроката созданы по данной технологии, а именно:

• листы;
• трубы;
• фасонная продукция.

Принцип работы следующий: заготовка проходит через сжимающиеся вальцы, приобретая необходимую форму.Обычно поперечное сечение уменьшается, а разрез приобретает нужные параметры. Есть три подвида прокатки:

• продольная, она же самая распространенная – в ходе операции лист или труба подаются вдоль, сжимаются ее края со всех сторон;
• поперечная – поступательное движение отсутствует, таким образом обрабатываются шары, втулки, цилиндры;
• поперечно-винтовая – усредненный вариант, в основном применяется для деталей с полостями внутри.

Волочение

Задача данной процедуры – уменьшить величину сечения детали. В ходе операции более крупная заготовка протягивается через волоки. Примером может служить изготовление проволоки (откуда и название распространенного материала). Сперва более крупный металлический канат проходит сквозь ряд фильер. Метод также имеет разновидности, волочение бывает:

• сухое – для смазывания применяется порошок;
• влажное – используется мыльная жидкость;
• черновое и чистовое;
• однократное и многократное;
• холодное и горячее.

Прессование

С помощью этой технологии обработки металлов получают изделия из чугуна, алюминия и других хрупких материалов, которые под воздействием высокой температуры или без нагрева приобретают нужную форму. Заготовку зажимают в матрице с отверстиями. Сверху начинает действовать пресс. Под его воздействием вещество просто выдавливается в заранее подготовленные емкости. Так получаются запчасти для автомобилестроения, самолетостроения и прочих сфер производства.

Матрица обычно подготавливается из жаропрочной стали, поскольку часто необходим нагрев. Прессование бывает:

• холодным для алюминия, олова, меди;
• горячим для чугуна, сплавов с содержанием никеля, титана.

Ковка

У каждого типа металла есть своя температура, когда он поддается процедуре. Она относится к одним из самых древних, поскольку еще кузницы средневековья работали по этому принципу – нагрев и механическое воздействие. Сейчас все доведено до автоматизма. Есть три способа:

• машинная с молотами (пневматическими и другими);
• штамповка – мы выделяем этот вид металлообработки в отдельный класс;
• ручная – почти не применяется.

Штамповка

Она может быть объемной и листовой. В первом случае получаются трехмерные изделия, во втором – штампы с плоскими параметрами. Есть две части у станка – матрица и пуансон. Одна из них является статичной, а другая – подвижной. Обе они зеркальные (в случае работы с листом) или имеют разную конфигурацию, в соответствии с нужной деталью. Обычно между двумя элементами есть один или несколько зазоров, куда выдавливается излишек. Затем он счищается, а сама заготовка на этом месте шлифуется. Но есть и полностью закрытые штампы, в которых таких отверстий по бокам не предусмотрено, тогда требуется точно распределять количества металла.

Листовая штамповка бывает двух видов:

• формообразующая – элемент получает необходимые для детали изгибы;
• обрезная – происходит фигурная резка.

Простым примером технологической процедуры можно привести чеканку монет.

Актуальность металлообработки

Обработка металла по праву считается одной из наиболее древних отраслей промышленности, история которой насчитывает десятки тысяч лет: начиная от ручной обработки цветных металлов древними людьми и заканчивая сложными высокотехнологичными производственными процессами, использующими современное оборудование.

В настоящее время металлообработка является фундаментальной основой огромного количества технологических процессов, включая в себя широчайший спектр различных методов и используемого оборудования, совокупность которых позволяет осуществлять производство качественных, надежных и долговечных металлических изделий.

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

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.

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.

Термическая металлообработка

Использование высоких температур предназначается для улучшения характеристик стали. У каждого сплава свои предельные границы, на которых разрушается или меняется кристаллическая решетка, после остывания обычно становится прочнее.

Отжиг

Служит для повышения пластичности и ковкости, то есть в основном используется перед другими методами обработки. Обычно применяется после литья, чтобы убрать внутреннее напряжение в заготовке. Для проведения операции сталь нагревают и оставляют медленно остывать прямо в печи.

Закалка

Задача – повышение твердости, но при этом может увеличиться и хрупкость. Отличие процесса в том, что после нагрева некоторое время поддерживается большая температура, в то время как охлаждение, напротив, очень стремительное – в масле или воде.

Отпуск

Это второй этап после закалки для снижения хрупкости. Фактически это вторичный разогрев с медленным остыванием, но при менее высоких температурных воздействиях.

Старение

Это способ декоративного оформления, чтобы получить красивую состаренную поверхность, но не испортить основные качества.

Нормализация

Это изменение зернистости – с более крупной на мелкую. Делается это для увеличения ковкости.

Особенности художественной обработки

Металлоконструкции создаются для декора зданий, для изготовления функциональных, но при этом красивых предметов быта. Можно использовать литье, чеканку, сварку, фигурную резку, чтобы добиться высокой эстетичности изделий. Также иногда применяют химические процедуры, чтобы нанести узор – травление.