Виды и технологии обработки металла

Обработка металла — технологический процесс, который заключается в воздействии на материал с целью изменения его физико-механических свойств, формы и размеров. Благодаря этому получают готовые детали с требуемыми характеристиками. Существует несколько основных видов металлообработки, которые применяются в различных отраслях промышленности. Расскажем об особенностях каждого из них.

Механическая обработка

К этой категории относятся методы преобразования заготовки в готовую деталь путем удаления излишков металла с помощью различных инструментов, имеющих режущую кромку: резцов, фрез, сверл, метчиков, зенкеров, разверток. Станки для таких работ могут быть узкоспециальными и многофункциональными. Выбор необходимых операций механической обработки определяется на основании чертежа и технологической карты и зависит от свойств металла, конечных размеров, формы детали и требуемой шероховатости поверхности.

Фрезерование

Операция применяется для создания сложных конфигураций в детали. В качестве инструмента используется фреза, которая закрепляется во вращающемся шпинделе станка. Деталь устанавливается на столе, который может перемещаться в различных направлениях и подаваться на инструмент. В зависимости от цели обработки применяются фрезы разных форм и размеров (дисковые, пальчиковые, торцевые). Заготовка устанавливается горизонтально, вертикально или под углом к оси шпинделя.

Токарная обработка

Используется для получения тел вращения желаемой формы, нарезания резьбы, канавок, торцевания. Заготовка закрепляется в шпинделе токарного станка и вращается с необходимой скоростью. В качестве инструмента применяются стальные резцы с различной режущей кромкой в зависимости от выполняемой операции (расточные, отрезные, фасонные). При обработке резец перемещается с заданной подачей в продольном и поперечном направлениях относительно оси вращения.

Сверление

Цель обработки — создание сквозных и глухих отверстий нужного диаметра и глубины в детали под внутреннюю резьбу или размещение крепежных и установочных изделий, например, болтов и штифтов. В качестве режущего инструмента используется сверло, устанавливаемое в патроне сверлильного станка, который вращается и движется вдоль оси отверстия. Заготовка закрепляется неподвижно на столе. Наиболее распространены спиральные сверла. Геометрия и материал инструмента подбирается в зависимости от свойств заготовки (алюминий, нержавеющая сталь, чугун, латунь и т. д.).

Зенкование

Операция относится к технологии обработки краев отверстий с помощью специального инструмента — зенковки. Она состоит из рабочей части конической или цилиндрической формы с несколькими режущими лезвиями и хвостовика, который крепится в патроне станка. Для обработки используется то же оборудование, что и для сверления. Процесс зенкования заключается в создании углублений конической или цилиндрической формы под потайные головки крепежных изделий, например, винтов, заклепок и болтов. Важным моментом операции является соблюдение точной центровки зенковки и отверстия.

Нарезание резьбы

Методы металлообработки предлагают разные способы изготовления резьбы. Наиболее часто используют:

• нарезание резьбы на токарном станке с помощью резца;
• накатывание резьбы на резьбонакатных станках;
• нарезку резьбы с применением метчика или плашки.

Выбор способа изготовления зависит от объема требуемых резьбовых соединений.

Резка

Механическая резка металла — это процесс разделения его на части или вырезания в нем отверстий. Операция выполняется при раскрое на заготовки листового, круглого, трубного и профилированного металлопроката. Наиболее часто для этих целей используются дисковые, ленточнопильные станки и гидравлические гильотины.

Обработка давлением

Метод основан на изменении формы, размеров и физико-механических свойств металла путем его пластической деформации, которая создается усилием специального инструмента. Процессы обработки давлением подразделяются на два вида. Первый состоит в формировании постоянного поперечного сечения заготовки по длине — это прессование, волочение и прокатка. Второй заключается в придании заготовке размеров и формы, близких к характеристикам готовой детали — это ковка и штамповка. Суть этих способов металлообработки:

• Прессование — представляет собой процесс выдавливания горячего металла из полости через сечение инструмента, формирующего получаемый профиль.
• Прокатка — пластическая деформация металла происходит между вращающимися профилированными валками.
• Волочение — это метод протягивания металла через постепенно сужающееся сечение в инструменте.
• Штамповка — изготовление детали производится под давлением с использованием штампа, внутренняя полость которого соответствует форме готовой штампованной заготовки.
• Ковка — нагретый металл деформируется ударами, наносимыми бойком на локальных участках заготовок, которые называются поковками.

Обработка давлением производится на молотах, прессах, ковочных машинах, прокатных станах.

Ультразвуковая обработка

Применяются зерна абразивных материалов, таких как карбид бора и электрокорунд. Для подачи этих частиц в рабочую зону используется вода. Обработка производится за счет воздействия на абразивную смесь колебаниями с частотой от 16 до 30 кГц, которые генерирует магнитострикционный излучатель. В результате этого процесса верхний слой металла разрушается, а образующийся шлам удаляется. Технология ультразвуковой обработки позволяет изготавливать глухие полости, щели различных конфигураций с высокой точностью и чистотой поверхности, разрезать заготовки на пластины, вырезать из листа детали различной геометрии, очищать поверхности деталей, гравировать изображения.

Гидроабразивная обработка

Технология предназначена для резки металла с помощью высокоскоростной струи воды, в которую добавлены абразивные частицы, например, зерна алмаза или карбида кремния. Этот метод позволяет выполнять точные и чистые разрезы без термического воздействия на зону реза с минимальной потерей материала (диаметр абразивной струи составляет 1,0±0,5 мм). Также возможна многослойная резка тонколистовых металлов. Технику часто используют для вырезания деталей сложных конфигураций из пластин. К недостаткам гидроабразивной технологии относится низкая скорость резания по сравнению с другими способами, высокая цена абразивных гранул и возможность коррозии обрабатываемых сплавов.

Абразивная обработка

Это технологический процесс, в котором резание заготовки производится при помощи абразивных зерен и поликристаллов. Частицы материала могут находиться в связанном состоянии — в лентах, кругах, барабанах, брусках — либо в свободном состоянии в виде порошка. К основным методам абразивной обработки связанными кристаллами относятся шлифование, суперфиниширование и хонингование. Порошкообразные материалы применяются при полировании и пескоструйной обработке.

Шлифование

Назначение этого метода заключается в обработке металлических заготовок до нужных размеров с точностью до 1 мкм или до требуемого класса шероховатости поверхности изделия. Вращающимся с высокой скоростью абразивным инструментом снимается тонкий слой материала с заготовки, которая может совершать возвратно-поступательное, вращательное движение или оставаться неподвижной.

Различают несколько техник шлифования:

• Плоское — металлообработка производится с помощью абразивных кругов.
• Ленточное — поверхности обрабатываются бесконечными лентами с абразивным напылением.
• Круглое — обработке подвергаются цилиндрические и конические отверстия детали.
• Бесцентровое — в отличие от предыдущих видов заготовка не закрепляется, а совершает движение при шлифовании.

Также выделяют шлифование зубьев, шлицов и резьбы.

Суперфиниширование

Такой процесс еще называют доводкой. Он выполняется после шлифования для финишной обработки заготовки, чтобы получить высокую чистоту поверхности с требуемым классом шероховатости. Это обеспечивает плотное прилегание готовых деталей, снижает трение и улучшает их эксплуатационные характеристики. Основные материалы для этой операции — абразивные бруски и смазочно-охлаждающая жидкость.

Полирование

Полировка поверхности производится после шлифования или доводки и относится к отделочной операции. Для обработки используются мельчайшие фракции алмазов и карбидных соединений на основе кремния и пасты, содержащие олеиновые кислоты. Полированная поверхность имеет настолько малую шероховатость, что отражает свет, как зеркало.

Хонингование

Технология относится к чистовым и отделочным видам обработки внутренних цилиндрических и конических металлических поверхностей. Назначение операции — снижение параметра шероховатости и отклонения формы отверстия от цилиндричности. Обработка производится хонинговальными головками с установленными на рабочих поверхностях абразивными брусками, которые вращаются и совершают возвратно-поступательные движения.

Пескоструйная обработка

Назначение операции заключается в очистке поверхностей от ржавчины и других загрязнений. Инструментом является высокоскоростная струя абразивной смеси, например, воздуха с кварцевым песком. Наиболее часто пескоструйная обработка используется при подготовке металлических изделий к сварочным работам или нанесению покрытий для защиты от коррозии.

Термическая обработка

Термообработка металлов представляет собой контролируемый процесс повышения прочности, твердости, износостойкости и других физико-механических характеристик путем изменения микроструктуры материала. Процедура включает нагревание заготовки до высоких температур, выдержку в течение определенного промежутка времени и охлаждение на воздухе или в жидкости. Наиболее распространенные методы термической обработки металлов:

• Отжиг — снимает внутренние напряжения и повышает пластичность.
• Закалка — увеличивает прочность и твердость.
• Цементация — насыщает поверхностный слой металла карбидом железа, что повышает износостойкость и твердость.
• Старение — позволяет значительно повысить прочностные характеристики детали и твердость, но одновременно снижается пластичность.
• Нормализация — улучшает механические характеристики и устраняет внутренние напряжения.

Химико-термическая обработка

Назначение — изменить химический состав поверхности металла для повышения твердости, устойчивости к износу и коррозионному разрушению. Процесс заключается в нагревании материала и насыщении поверхности химическими веществами. Например, для повышения твердости и износостойкости детали на нее наносят слой цианида. Такой процесс называется цианированием. Чтобы повысить стойкость изделия к коррозии применяют технологию химического окисления — создают слой оксида на защищаемых поверхностях.

Электрохимическая обработка

Технология основана на использовании электрического тока для создания защитного слоя на металле. Наиболее распространены:

• Гальванизация. Защитный слой осаждается на поверхности детали из водного раствора соли под действием тока. В качестве материалов, наносимых на изделия, применяют хром, цинк, медь, никель. Гальваническими покрытиями защищают черные металлы.
• Анодирование. Представляет собой электрохимический процесс, в котором создание защитной пленки происходит путем преобразования поверхности металла в оксидный слой. Анодирование применяют при обработке стали, алюминия, титана.

Обработка предназначена для повышения стойкости изделий к коррозии и улучшению внешнего вида.

Сварка

Сварка металлов относится к способам получения неразъемных соединений деталей. Технологический процесс заключается в нагревании места соединения (сварочных кромок) до расплавленного состояния, последующего остывания и твердения расплава с образованием сварного шва, характеристики которого близки к свойствам основного металла. Наиболее популярные виды — газовая и дуговая сварка.

Принцип газовой сварки основан на расплавлении сварочных кромок соединяемых деталей и присадочного прутка открытым пламенем сжигаемых газов, например, ацетилена. При этом продукты сгорания вытесняют воздух из зоны сварки, защищая шов от окисления.

При дуговой сварке расплавление кромок соединяемых деталей производится электрической дугой, возникающей между электродом и основным металлом. Ток для создания дуги поступает от источника питания. В качестве плавящихся электродов используются стержни, покрытые флюсом для защиты зоны шва от окисления, либо сварочная проволока и защитный газ (диоксид углерода, аргон). При сварке неплавящимися электродами из вольфрама применяют присадочный материал.

Обработка лазером

Лазерное излучение используется для резки, сварки, маркировки металлов. Технология наиболее востребована при обработке заготовок сложных конфигураций и миниатюрных деталей. Главное преимущество метода — высокая точность и автоматизация процесса.

Обработка плазмой

Метод позволяет быстро и точно резать металлы управляемой струей плазмы, которая образуется при ионизации газа, поступающего под давлением в сопло резака и нагревающегося электрической дугой до температуры 20 000 °С. Особенность метода состоит в том, что плазма расплавляет материал и выдувает жидкий металл через разрез. Технология применяется для обработки черных и цветных металлов.

Литье

При традиционном процессе жидкий металл подается в форму самотеком через литник. После охлаждения отливка извлекается. Для повышения производительности, точности изготовления и однородности структуры готовых изделий применяют технологию литья металлов под давлением.

Покраска

Покраска металлических изделий относится к финишным стадиям производства. Слой лакокрасочных материалов защищает детали от коррозионного разрушения и придает им эстетичный внешний вид.

Услуги нашей компании

«Верис Проект» специализируется на лазерной резке листового и трубного проката из углеродистой, легированной, конструкционной, нержавеющей стали и цветных металлов. Новейшее оборудование позволяет оперативно и качественно выполнять заказы по приемлемым ценам.

Мы готовы произвести полный цикл работ по металлообработке в соответствии с требованиями ГОСТ. Производство располагает оборудованием для выполнения механической обработки, роботизированной сварки, штамповки, гибки и координатной пробивки пазов различной конфигурации.