Сталь є одним із найміцніших матеріалів, тому її використовують практично у всіх сферах машинобудування та виробництва. У статті ми розповімо про основні види механічної обробки металу та металевих виробів, нюанси кожного способу.
Особливості металообробки
Кожен фахівець, працюючий у цій сфері, зобов’язаний знати як методи різання, шліфування і прокату, так і те, як кожен матеріал поводиться у певних умовах. Перерахуємо ключові різновиди:
- Електрична. Зазвичай вона застосовується у випадках, коли необхідно зробити невеликий отвір, а також певного типу загартування.
- Механічна. Найбільш поширена група, у ній міститься велика кількість різних способів.
- Хімічна. За допомогою керованої реакції та хімікатів (солів, лугів) змінюються властивості металів, вони стають міцнішими або змінюють свій верхній шар.
- Тиск. Ще один поширений підвид, за яким на заготівлю виявляється велика сила, наприклад, пресом. Також часто доводиться поєднувати цей метод із нагріванням.
- Термічний. Це не лише загартування та інші способи підвищення температури, та й її зниження – кріогенна розробка.
Від чого залежить вид металообробки
Основна причина вибору – це технічні характеристики металу, а саме:
- його густина;
- хімічна активність;
- максимально та мінімально допустимі межі нагріву;
- крихкість та ін.
Другий вирішальний чинник – це завдання. Можна вибрати способи, які допомагають розрізати виріб, покращити його фізико-хімічні властивості та ін.
Таблиця за видами
| Процес | Задача |
| Прокат | Надання заготівлі необхідної форми без порушення цілісності |
| Ковка | Зміна конфігурації разом із деформацією фізичних якостей деталі під впливом температури |
| Пресс | Видавлювання зі сталевого листа або іншої площини потрібного елемента з двостороннім малюнком |
| Волочіння | Створення профілю поперечного перерізу |
| Об’ємне штампування | Одержання виробу необхідної форми |
| Шліфування | Надання поверхні потрібного рівня шорсткості та досягнення точності |
| Різання | Розпилювання заготовки на дві і більше частини |
| Точіння | Досягнення ідеального циліндра та створення насічок на ньому |
Електричний метод обробки металів
Руйнування структури матеріалу під впливом електрики давно вивчене і активно застосовується. Суть процедури в наступному: на певну маленьку ділянку подається іскра з високою напругою. При утворенні заряду та при його контакті з металевою поверхнею виділяється дуже велика кількість тепла. Під впливом температури сталь починає плавитися і випаровуватись – на місці утворюється отвір.
Перевагою такого способу є чистота зрізу та фактично повна відсутність залишків та обрізків. А щоб навіть ті невеликі частинки, що утворюються, не розліталися, у зону контакту заливають невеликим шаром маслянисту рідину. Така плівка буквально вловлює елементи.
Зварювання
Це основний метод з’єднання двох і більше металевих елементів. Зварний шов виходить завдяки розплавленню металу в утворюваній електродугою ванні. При застиганні він стає дуже міцним, майже монолітним з рештою поверхні. Є різні методи зварювання, найпоширеніші:
- ручний електродуговий з електродами;
- напівавтоматичний за допомогою дроту присадки.
Різновиди апаратів та технологію проведення дуги, режим вибирають залежно від матеріалу та необхідної мети. У ряді випадків перед зварюванням проводяться попередні процедури – зачистка, обрізання кромок, обробка.
Механічна обробка деталей з металу
При взаємодії інструменту із заготівлею можна зняти верхній шар – це найпоширеніший результат у цій групі способів металообробки.
Свердління та точення
Просвердлити можна наскрізний і глухий отвір. Воно може бути самобутнім або призначеним для подальшого нанесення різьблення. Свердлять таким чином:
- Спочатку закріплюють деталь на столі, зазвичай за допомогою лещат або за допомогою спеціального затиску на верстаті.
- Встановлюють оснащення. Це може бути свердло різного діаметра та заточування.
- Здійснюється запуск двигуна з наступним закономірним рухом інструменту одночасно у двох напрямках – навколо своєї осі та вперед, врізаючись у товщу металу.
Вибір свердла має залежати як від діаметра необхідного отвору, а й від щільності матеріалу. Кінчик може легко зламатися при неправильному підборі.
Точення – це металообробка циліндричних та конусних заготовок на токарному верстаті. Шаблон надійно фіксується у шпинделях з електричним приводом та обертається навколо своєї осі. Токар за допомогою спеціальних інструментів, що затискаються у лещатах, направляє ріжучу кромку на необхідну частину. В результаті зрізається верхній шар. Подібним чином також наноситься внутрішнє та зовнішнє різьблення.
Шліфування та фрезерування
Фрезерний верстат працює вже не тільки з циліндрами та конусами, але й з іншими формами. Принцип роботи аналогічний, але заготівля не обертається, рухається тільки фреза. Типорозмір різців найрізноманітніший, часто вони представлені свердлами, розгортками та іншими інструментами.
Шліфування призначене для того, щоб досягти максимальної точності розмірів і необхідної шорсткості. Коли потрібна максимальна гладкість, застосовуються абразивні кола з мінімальним розміром абразиву. Також додатково можна відполірувати поверхню за допомогою спеціальної полірувальної машини. Шліфування ділять за ступенем обробки на грубе або чорнове, чистове та тонке.
Спосіб обробки металу тиском
У випадку, коли не можна порушувати цілісність екземпляра, але потрібно змінити його форму, то застосовується м’якша металообробка за допомогою пресів та штампів. Обладнання працює за принципом великого тиску на робочу область.
Прокат
Всі вироби з металопрокату створені за цією технологією, а саме:
- листи;
- труби;
- фасонна продукція
Принцип роботи наступний: заготівля проходить через вальці, що стискаються, набуваючи необхідної форми. Зазвичай поперечний переріз зменшується, а розріз набуває потрібних параметрів. Є три підвиди прокатки:
- поздовжня, вона ж найпоширеніша – в ході операції лист або труба подаються вздовж, стискаються її краї з усіх боків;
- поперечно – поступальний рух відсутній, таким чином обробляються кулі, втулки, циліндри;
- поперечно-гвинтова – усереднений варіант, в основному застосовується для деталей із порожнинами всередині.
Волочіння
Завдання цієї процедури – зменшити величину перерізу деталі. У ході операції більша заготовка простягається через волоки. Прикладом може бути виготовлення дроту (звідки і назва поширеного матеріалу). Спершу більший металевий канат проходить крізь ряд фільєрів. Метод також має різновиди, волочіння буває:
- сухе – для змащування застосовується порошок;
- вологе – використовується мильна рідина;
- чернове та чистове;
- одноразове та багаторазове;
- холодне та гаряче.
Пресування
За допомогою цієї технології обробки металів отримують вироби з чавуну, алюмінію та інших крихких матеріалів, які під впливом високої температури або без нагрівання набувають потрібної форми. Заготівлю затискають у матриці з отворами. Згори починає діяти прес. Під його впливом речовина просто вичавлюється в заздалегідь підготовлені ємності. Так виходять запчастини для автомобілебудування, літакобудування та інших сфер виробництва.
Матриця зазвичай готується з жароміцної сталі, оскільки часто необхідне нагрівання. Пресування буває:
- холодним для алюмінію, олова, міді;
- гарячим для чавуну, сплавів із вмістом нікелю, титану.
Кування
Кожен тип металу має свою температуру, коли він піддається процедурі. Вона належить до одним із найдавніших, оскільки ще кузні середньовіччя працювали за цим принципом – нагрівання та механічна дія. Нині все доведено до автоматизму. Є три способи:
- машинна з молотами (пневматичними та іншими);
- штампування – ми виокремлюємо цей вид металообробки в окремий клас;
- ручний – майже не застосовується.
Штампування
Вона може бути об’ємною та листовою. У першому випадку виходять тривимірні вироби, у другому – штампи із плоскими параметрами. Є дві частини біля верстата – матриця та пуансон. Одна з них є статичною, а інша – рухомою. Обидві вони дзеркальні (у разі роботи з листом) або мають різну конфігурацію відповідно до потрібної деталі. Зазвичай між двома елементами є один або кілька проміжків, куди видавлюється надлишок. Потім він зчищається, а сама заготовка тут шліфується. Але є й повністю закриті штампи, в яких таких отворів з обох боків не передбачено, тоді потрібно точно розподіляти кількість металу.
Листове штампування буває двох видів:
- формоутворюючий – елемент отримує необхідні для деталі вигини;
- обрізний – відбувається фігурне різання.
Найпростішим прикладом технологічної процедури можна навести карбування монет.
Обробка за допомогою різання
Розрізати можна як металевий лист, так і будь-який порожнистий або суцільний елемент, наприклад, джгут. Різати можна безпосередньо або застосовувати фігурну процедуру. У першому випадку можливі навіть ручні ножиці по листовій сталі, а в другому не обійтися без високотехнологічних верстатів із пультом чистового керування.
Способи різання:
- Циркулярною пилкою – домашній варіант з невисокою точністю та великою трудомісткістю.
- Болгаркою теж застосовується в основному для використання вдома.
- Гільотиною – є верстат, де лезо з великою швидкістю і під тиском опускається на робочу зону.
- Стрічковопильним апаратом – оптимальний варіант, оскільки має безліч технологічних можливостей та дає рівні кромки.
- Киснева металообробка – підходить для сплавів із низьким вмістом легуючих компонентів. На матеріалі може залишитись оксидна плівка, яку потрібно прибрати.
- Лазерний – лазер сприяє утворенню високих температур, спрямованих на певне місце розпилювання. Дуже прогресивний метод.
- Плазмовий – найкращий і точний спосіб, при якому надлишки речовини на місці плавлення просто випаровуються, залишаючи дуже чисті кромки.
Також різання проводиться на токарному, фрезерному та іншому обладнанні – забирається верхній шар за допомогою ріжучої кромки інструментів.
Порівняльна таблиця режимів різання на різних верстатах
|
Тип операції |
Які параметри потрібно контролювати |
|
Точіння |
|
|
Фрезерування |
|
|
Свердління |
|
|
Зубонарізка |
|
|
Шліфування |
|
Хімічна обробка
Хімікати сприяють проведенню реакції, які дозволяють:
- очистити поверхню від корозії та забруднень;
- нанести додатковий захисний шар – оцинковування, гальванування;
- збільшити стійкість до зовнішніх впливів.
Зазвичай використовують озонування, хромування, оцинкування, борування та нанесення складу з алюмінієм.
Термічна металообробка
Використання високих температур призначається поліпшення характеристик стали. У кожного сплаву свої граничні межі, на яких руйнується або змінюється кристалічна решітка, після остигання зазвичай стає міцнішим.
Відпал
Служить підвищення пластичності і ковкості, тобто переважно використовується перед іншими методами обробки. Зазвичай застосовується після лиття, щоб усунути внутрішню напругу в заготівлі. Для проведення операції сталь нагрівають і залишають повільно остигати прямо в печі.
Загартування
Завдання – підвищення твердості, але при цьому може збільшитись і крихкість. Відмінність процесу в тому, що після нагрівання деякий час підтримується велика температура, в той час як охолодження, навпаки, дуже швидке – в маслі або воді.
Відпуск
Це другий етап після загартування зниження крихкості. Фактично це вторинний розігрів з повільним остиганням, але при менш високих температурних впливах.
Старіння
Це спосіб декоративного оформлення, щоб отримати красиву зістарену поверхню, але не зіпсувати основні якості.
Нормалізація
Ця зміна зернистості – з більшою на дрібну. Робиться це збільшення ковкости.
