Для чего нужна обработка металлов

Обновлено: 17.05.2024

Строительные работы предусматривают не только кирпичную кладку, штукатурные, отделочные и малярные работы. В отдельный вид требуемых работ в этой отрасли входит обработка металлических конструкций, которые присутствуют практически в каждом доме. К ним можно отнести различные решетки, пролеты лестничных перил, отделочные оцинкованные карнизы и многое другое. Весь этот набор металлических изделий подвластен специалистам с высокой квалификацией, которым удается создать прекрасное творение из обычного листа металла с применением стальных уголков. Например, металлические двери для дома с обеспечением безопасности и защищенности вашего жилья.

Металлообработка включает полный процесс работы с металлом в создании не только отдельных частей, но и предполагает сборку узлов и различных по габаритам структур металлических конструкций. Термин обширен по диапазону действий, включая построение огромных кораблей и различных мостов и до изготовления деталей очень маленьких размеров, вплоть до ювелирных украшений. Следовательно, подразумевает и расширенный диапазон навыков, знаний процессов изготовления и необходимый инструмент.

На первый взгляд, обработка металла относится к простым технологическим процессам, с помощью которого можно изменять металлическую деталь, придать различную форму и размер с использованием одного метода, а порой с множеством методик обработки. Но здесь важно учитывать, что качественная сторона этого вида обработки предопределяет и надежность конструкций с учетом технологического производства. Поэтому такие виды работ доверяются профессиональным работникам с опытом, обладающими навыками владения, используемых оборудований металлообработок для получения различных видов изделий.

В целом металлообработка является одной из составляющих отрасли в различных производственных сферах относительно вопросов строительства, ремонтных работ и промышленной сфере.

С экономическим ростом не только страны, но всей мировой экономики, заметно повышается и промышленный уровень и как следствие увеличивается спрос на обработку металлических изделий. И этот вид работы останется востребованным с функционированием промышленной сферы, ведь оборудование имеет свойство изнашиваться, выходить из строя.

Услуга металлообработки на аутсорсинге выгодна многим организациям, например, в строительной отрасли, им проще передать металлообработку организации, которая специализируется по данному направлению деятельности. Поэтому аутсорсинг может приносить выгоду обеим сторонам — как промышленникам и частным хозяйствам, так и специалистам по металлообработкам.

Сегодня металлообработку можно характеризовать не как технологический процесс, а как науку, искусство производства и торговли. Этот вид деятельности уходит корнями вглубь веков с охватом культуры, различных цивилизаций и прошедших эпох. И началом послужила обработка более доступных и легких материалов для изготовления простейших орудий труда и украшений.

Полученные изделия в результате металлообработки выглядят как произведения искусства и творчества, которые нашли свое применение в обустройстве придомовых участков и в строительстве. Прекрасные скамьи для садов и парков, балконные ограждения и ворот, столбы для установки фонарей. Этому процессу подверглись и карнизы из цинка, различные водоотводные трубы и желоба для крыш, металлочерепицы, используемые в качестве кровельных покрытий.

Сегодня существуют сборные дома деревянных конструкций без применения гвоздей, но такие срубы встречаются редко. Современное строительство без металлоконструкций не может обходиться, а, значит, будет нуждаться в металлообработке. И качество металлообработки зависит не только от квалифицированных работников, но и от технической оснащенности производства.

Надо отдать должное металлообработке как сфере, без которой не обойдется ни одно промышленное производство. Экономический рост любой страны зависит от роста промышленности и его уровня, но также возрастает и потребность в металлах и прямо пропорционально возрастает популярность металлообработки. Продукция будет востребована во всех сферах народного хозяйства в медицине, в сельском хозяйстве, торговле и в быту. Получив свое развитие с незапамятных времен, металлообработка превратилась в целую науку комплексных работ, искусством, которого обладают профессиональные мастера своего дела.

Виды обработки металлов

Почти три тысячелетия люди производят из металлов и сплавов различные изделия: предметы быта и рабочие инструменты, механизмы, оружие и пр. Но чтобы получить готовую деталь, предварительно заготовка должна пройти обработку.

Так называются технологические процессы, вследствие которых изменяются размер, форма и другие характеристики заготовок. Существуют различные виды обработки металлов.

Какой нужно использовать, выбирают в зависимости от типа материала и результата, который требуется получить. Это может быть один из механических или термических способов, сварка или литье. Какие бывают виды обработки металлов, в чем разница между ними, читайте в нашей статье.

Основные виды обработки металлов

Металлообработка представляет собой технологические процессы, позволяющие изменить размеры, форму и остальные характеристики заготовок. Основными видами обработки металлов являются литье, механообработка, то есть использование резания и давления, сварка, а также термическая, электрическая, художественная обработка.

Каждый материал имеет свои физические и химические характеристики, поэтому требует применения особого подхода. При выборе метода учитывают такие показатели:

температуру плавления и закалки, если планируется термообработка;
твердость и прочность при применении резания, точения.

Стоит пояснить, что твердость и прочность влияют на выполнение конкретной задачи, например, на шлифовку, формирование фигурной поверхности, штамповку, распиловку, то есть отделение одного фрагмента, пр.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

В зависимости от запланированного результата выбирают технологию и определенный набор оборудования. Чаще всего используются такие виды обработки металлов:

Виды механической обработки металлов

Механическая металлообработка отличается от других подходов тем, что не изменяет химическую структуру металла или сплава, влияя только на размеры и конфигурацию изделия. В процессе работы заготовки подгоняются под заданные чертежом параметры при помощи режущего инструмента, сварки.

Готовые детали полностью соответствуют чертежу, имеют идеальную форму, точные габариты и ровную поверхность.

Механическое воздействие может оказываться различным металлорежущим оборудованием. С учетом используемого инструмента выделяют два вида механической обработки металлов:

Резание

Данный подход позволяет сформировать новую поверхность металла с помощью деформирования и удаления, срезания поверхностного слоя заготовки. В процессе работы неизбежно образуется стружка из верхнего слоя металла, то есть избыточный материал – его обозначают как припуск.

Чтобы снизить трудоемкость и затраты на обработку, его делают минимальным. Однако его размеры не должны негативно отражаться на качестве и ключевых характеристиках изделия.

Принято говорить о нескольких видах обработки металлов резанием в соответствии с применяемым инструментом:

Точение, при котором будущее изделие закрепляется во вращающейся оснастке. Далее резцом удаляют лишний слой металла, чтобы добиться заданных характеристик. Благодаря данному методу изготавливаются детали, имеющие форму тела вращения.
Сверление позволяет формировать в материале отверстия круглой формы. Для этого деталь жестко фиксируется, к ней медленно подают инструмент в продольном направлении. А вращающееся вокруг своей оси сверло погружается в деталь.

Фрезерование, в отличие от сверления, предполагает использование инструмента, где режущим является не только острие, но и боковые поверхности. Вращающаяся фреза может перемещаться в вертикальном направлении, а также в стороны и вперед/назад. Данный вид обработки металлов дает возможность изготавливать изделия практически любой формы.
Строгание позволяет формировать продольные пазы и предполагает, что резец движется назад и вперед относительно неподвижной заготовки. При каждом проходе он удаляет продольную полосу металла. Стоит оговориться, что существуют станки, в которых двигается деталь, а резец остается статичен.
Шлифование предполагает использование абразивного материала, который вращается либо совершает продольные возвратно-поступательные движения. Он удаляет тонкие слои металла с поверхности будущего изделия. Метод задействуется при финальной обработке поверхностей, подготовке перед нанесением покрытий.

Также на предприятиях применяется немало вспомогательных видов обработки металлов резанием. Они подбираются в соответствии с внешними показателями детали, позволяют работать с наружной и внутренней цилиндрической поверхностью либо плоскостями.

Пластическая деформация и электрофизическая обработка

К пластической деформации относят ковку, прессование, штамповку, накатку и другие способы. К ним прибегают, когда необходимо изменить форму, конфигурацию, габариты и физико-механические характеристики заготовки.

Для этого на производствах используется большой набор инструментов, призванных повысить эффективность обработки металла.

Чаще всего при данном виде обработки металлов специалисты работают с таким оборудованием:

токарные станки;
сверлильно-расточные аппараты;
шлифовальные машины;
фрезерные станки;
протяжные станки;
прессы.

После стотонного прессования или ковки на металл наносят различные покрытия посредством электрохимического метода. Таким образом изделия удается латунировать, никелировать, лудить и осуществлять другие операции.

Обработка металлов давлением

Люди начали активно использовать один из видов обработки металла давлением еще несколько тысячелетий назад. Современные методы сильно отличаются от тех, что применялись ранее, но суть остается неизменной: воздействие физической силы или давления позволяет придать заготовке необходимую форму и размер.

Существует семь методов обработки давлением, причем для каждого из них предназначено специальное оборудование:

Горячая прокатка используется при изготовлении листового, трубного, сортового, фасонного проката. Также горячекатаные заготовки могут в дальнейшем подвергаться холодному деформированию различными способами.
Холодная прокатка позволяет повысить показатели горячекатаных изделий, например, добиться более точных размеров, улучшить качество поверхности.

Холодное и горячее волочение предполагает протягивание заготовки через отверстие нужной формы – таким образом задают необходимое поперечное сечение длинномерного проката.

Для данного вида обработки металлов важно, чтобы площадь сечения отверстия была меньше аналогичного показателя заготовки. Этим методом изготавливают круглые, квадратные, многоугольные прутки, фасонный прокат с малым сечением, тонкостенные трубы, имеющие небольшой диаметр.

Горячая и холодная штамповка используется людьми уже много веков. Долгое время холодная штамповка оставалась главным способом создания металлической посуды, так как метод не отличался сложностью и большими затратами.

Штамповка может быть листовой и объемной. Первая позволяет изготавливать изделия разных размеров: от небольших деталей до корпусов транспорта. Во втором случае обеспечивается пространственное изменение формы объемной заготовки. Так, из простой формы, например, шара, цилиндра, параллелепипеда, куба, получают более сложные изделия.

Холодное и горячее прессование или экструдирование позволяет получать длинномерные профильные изделия и предполагает выдавливание заготовок через один или несколько каналов.

При этом виде обработки мягких цветных металлов, например, алюминия и меди, а также сплавов на их основе, удается отказаться от дополнительного нагрева. Работа со сталью предполагает горячее прессование.

Обработка металлов сваркой

Данный вид обработки предполагает нагрев металла до температуры пластичности или до плавления кромок. После чего детали соединяют в неразъемную конструкцию.

Специалисты выделяют три вида обработки металла сваркой:

Химический, при котором повышение температуры достигается при помощи химической реакции. Этот способ становится единственным выходом, если не удается использовать электрооборудование, газовый баллон.
Газовый предполагает нагревание металла газовой горелкой перед сваркой или резкой.
Электросварка используется чаще других методов, позволяет нагревать и плавить металл для дальнейшего соединения.

Существуют следующие разновидности электросварки:

Дуговая. В ее основе лежит применение тепла электрической дуги, а все работы осуществляются сварочным оборудованием и электродами в среде инертных газов.
Контактная. Требует нагревания сильным электрическим током и может быть точечная или роликовая. В первом случае элементы соединяют в отдельных точках, тогда как во втором формируют сплошной шов по всей поверхности стыка.

Этот вид обработки металлов позволяет соединять элементы трубопроводов, строительных конструкций, изготавливать кузова для автомобилей. Немаловажно, что сварка может без проблем комбинироваться с другими способами металлообработки.

Токарная обработка металлов

В данном случае с металлической заготовки срезается тонкий слой металла до придания ей необходимой формы и шероховатости. Работа проводится на токарном оборудовании с использованием набора режущих инструментов.

Токарная обработка близка к расклиниванию приповерхностного слоя металла острой кромкой рабочего инструмента. Благодаря механическому усилию кромка врезается в заготовку, снимает тонкий слой материала, то есть припуск, который превращается в стружку.

Высокое качество при этом виде обработки металлов достигается благодаря непрерывности и высокой скорости резки. Нужно учитывать, что скорость подбирается для каждого случая индивидуально.

Токарное оборудование позволяет изготавливать детали типа тел вращения, а именно:

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

Обработка металлов литьем

Много веков назад люди научились создавать различные предметы, нагревая металл до жидкого состояния и разливая в литейные формы. Далее материал остывал и затвердевал – в результате получалась отливка, дублирующая заливочную форму.

Постепенно данный вид обработки металлов менялся. Сегодня существует несколько способов литья, в том числе с дополнительным применением давления. Благодаря самым современным подходам изготавливают даже маленькие отливки с предельной точностью сохранения всех параметров.

Термическая обработка металлов

Различают три вида термической обработки металла:

Термообработка металла

Речь идет о нескольких способах воздействия, связанных с температурным режимом и позволяющих корректировать физические и механические свойства материала:

Закалка металла

Заготовку нагревают до достижения пластичного состояния, некоторое время выдерживают, чтобы стабилизировались молекулярные структуры, и быстро охлаждают. Для этого изделие погружают в воду либо масло.

Получившийся материал значительно превосходит обычный по твердости и хрупкости. Он применяется для изготовления конструкций, подвергающихся минимальным динамическим и сильным статическим нагрузкам.

Отжиг металла

В данном случае также происходит нагрев до пластичности. Разница в том, что процесс остужения проходит прямо в печи, поэтому достигается обратный закалке эффект. Металл теряет свою твердость, снимается внутреннее напряжение, он становится более пластичным, что позволяет использовать его для ковки, раскатки, штамповки.

Старение металла

Такой вид обработки используется преимущественно с декоративными целями и предполагает фазовые превращения материала. Иными словами, он в ускоренном темпе претерпевает все стадии естественного старения.

Отпуск металла

Является следующим этапом после закаливания, который призван снизить хрупкость материала, появившуюся на предыдущей стадии обработки. Деталь нагревается до высокой температуры, но не достигающей показателей, используемых во время закалки, далее ее постепенно охлаждают.

Данная операция выполняется при изготовлении инструментов.

Нормализация металла

Подобная обработка позволяет сформировать структуру с мелким зерном, благодаря чему возрастает ковкость, но сохраняется необходимая твердость. Нормализация нередко предшествует закаливанию и резке. Сам процесс близок к отжигу с той лишь разницей, что заготовка остывает на воздухе, а не в печи.

Большинство видов термической обработки металлов предполагает нагревание и последующее охлаждение. Разница состоит только в нюансах.

Химико-термическая обработка позволяет обогатить поверхность металла дополнительными компонентами, например, углеродом. Способ связан с использованием максимальных температур нагрева и значительных периодов выдержки – таким образом сплав получается однородным.
Термомеханическая обработка обеспечивает металлу лучшие механические характеристики, чем те, что достижимы при классической термообработке.

Электрическая обработка металлов

В данном случае используется воздействие электрическим током.

Какие виды обработки металлов относятся к данной группе? Это:

Электроискровый. Предполагает воздействие искусственным разрядом, что приводит к точечному повышению температуры заготовки до +8 000…+10 000 °C.
Электрохимический. Необходим для формирования блестящей поверхности изделия.

Указанные способы могут применяться при работе даже с наиболее твердыми разновидностями сплавов.

Химическая обработка металлов

К помощи химии прибегают, если нужно подготовить металлические поверхности к другим операциям или добиться более высоких эстетических показателей.

При этом виде обработки на металл воздействуют специальными веществами, повышающими его стойкость к появлению ржавчины, улучшающими внешний вид. Также химические составы позволяют очистить поверхность перед окрашиванием или сваркой.

На данный момент очень распространен гальванический метод электрохимической обработки, который необходим для формирования надежных защитных покрытий на поверхности изделий.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

механическая (обработка резанием);
литье;
термическая;
давлением;
сварка;
электрическая;
химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
Электросварка. Самый распространенный способ:
- Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
- При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.
С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:
- Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
- Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
- Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
- Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
- Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.
Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

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

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.

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.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:
- Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
- Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки . Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
- Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.
В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:
- отжиг;
- закалка;
- отпуск;
- старение;
- нормализация.
Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Термическая обработка стали

Термическая обработка стали позволяет придать изделиям, деталям и заготовкам требуемые качества и характеристики. В зависимости от того, на каком этапе в технологическом процессе изготовления проводилась термическая обработка, у заготовок повышается обрабатываемость, с деталей снимаются остаточные напряжения, а у деталей повышаются эксплуатационные качества.

Технология термической обработки стали – это совокупность процессов: нагревания, выдерживания и охлаждения с целью изменения внутренней структуры металла или сплава. При этом химический состав не изменяется.

Так, молекулярная решетка углеродистой стали при температуре не более 910°С представляет из себя куб объемно-центрированный. При нагревании свыше 910°С до 1400°С решетка принимает форму гране-центрированного куба. Дальнейший нагрев превращает куб в объемно-центрированный.

Сущность термической обработки сталей – это изменение размера зерна внутренней структуры стали. Строгое соблюдение температурного режима, времени и скорости на всех этапах, которые напрямую зависят от количества углерода, легирующих элементов и примесей, снижающих качество материала. Во время нагрева происходят структурные изменения, которые при охлаждении протекают в обратной последовательности. На рисунке видно, какие превращения происходят во время термической обработки.

Изменение структуры металла при термообработке

Назначение термической обработки

Термическая обработка стали проводится при температурах, приближенных к критическим точкам . Здесь происходит:
- вторичная кристаллизация сплава;
- переход гамма железа в состояние альфа железа;
- переход крупных частиц в пластинки.
Внутренняя структура двухфазной смеси напрямую влияет на эксплуатационные качества и легкость обработки.

Образование структур в зависимости от интенсивности охлаждения

Основное назначение термической обработки — это придание сталям:
- В готовых изделиях:
  1. прочности;
  2. износостойкости;
  3. коррозионностойкость;
  4. термостойкости.
- В заготовках:
  1. снятие внутренних напряжений после
    - литья;
    - штамповки (горячей, холодной);
    - глубокой вытяжки;
    Термическая обработка применяется к следующим типам сталей:
    1. Углеродистым и легированным.
    2. С различным содержанием углерода, от низкоуглеродистых 0,25% до высокоуглеродистых 0,7%.
    3. Конструкционным, специальным, инструментальным.
    4. Любого качества.
    Классификация и виды термообработки
    
    Основополагающими параметрами, влияющими на качество термообработки являются:
    - время нагревания (скорость);
    - температура нагревания;
    - длительность выдерживания при заданной температуре;
    - время охлаждения (интенсивность).
    Изменяя данные режимы можно получить несколько видов термообработки.
    
    Виды термической обработки стали:
    - Отжиг
      1. I – рода:
        
        гомогенизация;
        
        рекристаллизация;
        
        изотермический;
        
        снятие внутренних и остаточных напряжений;
        
        полный;
        
        неполный;
        
        Закалка;
        
        Отпуск:
        
        низкий;
        
        средний;
        
        высокий.
        
        Нормализация.
        
        Температура нагрева стали при термообработке
        
        Отпуск в машиностроении используется для уменьшения силы внутренних напряжений, которые появляются во время закалки. Высокая твердость делает изделия хрупкими, поэтому отпуском добиваются увеличения ударной вязкости и снижения жесткости и хрупкости стали.
        
        1. Отпуск низкий
        
        Для низкого отпуска характерна внутренняя структура мартенсита, которая, не снижая твердости повышает вязкость. Данной термообработке подвергаются измерительный и режущий инструмент. Режимы обработки:
        
        Нагревание до температуры – от 150°С, но не выше 250°С;
        
        выдерживание — полтора часа;
        
        остывание – воздух, масло.
        
        2. Средний отпуск
        
        Для среднего отпуска преобразование мартенсита в тростит. Твердость снижается до 400 НВ. Вязкость возрастает. Данному отпуску подвергаются детали, работающие со значительными упругими нагрузками. Режимы обработки:
        
        нагревание до температуры – от 340°С, но не выше 500°С;
        
        охлаждение – воздух.
        
        3. Высокий отпуск
        
        При высоком отпуске кристаллизуется сорбит, который ликвидирует напряжения в кристаллической решетке. Изготавливаются ответственные детали, обладающие прочностью, пластичностью, вязкостью.
        
        Нагревание до температуры – от 450°С, но не выше 650°С.
        
        Применение отжига позволяет получить однородную внутреннюю структуру без напряжений кристаллической решетки. Процесс проводят в следующей последовательности:
        
        нагревание до температуры чуть выше критической точки в зависимости от марки стали;
        
        выдержка с постоянным поддержанием температуры;
        
        медленное охлаждение (обычно остывание происходит совместно с печью).
        
        1. Гомогенизация
        
        Гомогенизация, по-иному отжиг диффузионный, восстанавливает неоднородную ликвацию отливок. Режимы обработки:
        
        2. Рекристаллизация
        
        Рекристаллизация, по-иному низкий отжиг, используется после обработки пластическим деформированием, которое вызывает упрочнение за счет изменения формы зерна (наклеп). Режимы обработки:
        
        нагревание до температуры – выше точки кристаллизации на 100°С-200°С;
        
        выдерживание — ½ — 2 часа;
        
        остывание – медленное.
        
        3. Изотермический отжиг
        
        Изотермическому отжигу подвергаются легированные стали, для того чтобы произошел распад аустенита. Режимы термообработки:
        
        нагревание до температуры – на 20°С — 30°С выше точки ;
        
        выдерживание;
        
        остывание:
        
        быстрое – не ниже 630°С;
        
        медленное – при положительных температурах.
        
        4. Отжиг для устранения напряжений
        
        Снятие внутренних и остаточных напряжений отжигом используется после сварочных работ, литья, механической обработки. С наложением рабочих нагрузок детали подвергаются разрушению. Режимы обработки:
        
        нагревание до температуры – 727°С;
        
        выдерживание – до 20 часов при температуре 600°С — 700°С;
        
        остывание — медленное.
        
        5. Отжиг полный
        
        Отжиг полный позволяет получить внутреннюю структуру с мелким зерном, в составе которой феррит с перлитом. Полный отжиг используют для литых, кованных и штампованных заготовок, которые будут в дальнейшем обрабатываться резанием и подвергаться закалке.
        
        Полный отжиг стали
        
        температура нагрева – на 30°С-50°С выше точки ;
        
        выдержка;
        
        охлаждение до 500°С:
        
        сталь углеродистая – снижение температуры за час не более 150°С;
        
        сталь легированная – снижение температуры за час не более 50°С.
        
        6. Неполный отжиг
        
        При неполном отжиге пластинчатый или грубый перлит преобразуется в ферритно-цементитную зернистую структуру, что необходимо для швов, полученных электродуговой сваркой, а также инструментальные стали и стальные детали, подвергшиеся таким методам обработки, температура которых не провоцирует рост зерна внутренней структуры.
        
        нагревание до температуры – выше точки или , выше 700°С на 40°С — 50°С;
        
        выдерживание – порядка 20 часов;
        
        охлаждение — медленное.
        
        Закалку сталей применяют для:
        
        Повышения:
        
        твердости;
        
        прочности;
        
        износоустойчивости;
        
        предела упругости;
        
        Снижения:
        
        пластичности;
        
        модуля сдвига;
        
        предела на сжатие.
        
        Суть закалки – это максимально быстрое охлаждение прогретой насквозь детали в различных средах. Каление производится с полиморфными изменениями и без них. Полиморфные изменения возможны только в тех сталях, в которых присутствуют элементы способные к преобразованию.
        
        Такой сплав подвергается нагреву до той температуры, при которой кристаллическая решетка полиморфного элемента терпит изменения, за счет чего увеличивается растворяемость легирующих материалов. При снижении температуры решетка изменяет структуру из-за избытка легирующего элемента и принимает игольчатую структуру.
        
        Невозможность полиморфных изменений при калении обусловлено ограниченной растворимостью одного компонента в другом при быстрой скорости охлаждения. Для диффузии мало времени. В итоге получается раствор с избытком нерастворенного компонента (метастабильтный).
        
        Для увеличения скорости охлаждения стали используются такие среды как:
        
        вода;
        
        соляные растворы на основе воды;
        
        техническое масло;
        
        инертные газы.
        
        Сравнивая скоростной режим охлаждения стальных изделий на воздухе, то охлаждение в воде с 600°С происходит в шесть раз быстрее, а с 200°С в масле в 28 раз. Растворенные соли повышают закаливающую способность. Недостатком использования воды считается появление трещин в местах образования мартенсита. Техническое масло используется для закалки легирующих сплавов, но оно пригорает к поверхности.
        
        Металлы, использующиеся при изготовлении изделий медицинской направленности не должны иметь пленки из оксидов, поэтому охлаждение происходит в среде разряженного воздуха.
        
        Чтобы полностью избавиться от аустенита, из-за которого у стали наблюдается высокая хрупкость, изделия подвергаются дополнительному охлаждению при температурах от — 40°С и до -100°С в специальной камере. Также можно использовать углекислую кислоту в смеси с ацетоном. Такая обработка повышает точность деталей, их твердость, магнитные свойства.
        
        Если деталям не требуется объемная термообработка, проводится каление только поверхностного слоя на установках ТВЧ (токами высокой частоты). При этом глубина термообработки составляет от 1 мм до 10 мм, а охлаждение происходит на воздухе. В итоге поверхностный слой становится износоустойчивым, а середина вязкая.
        
        Процесс закалки предполагает прогревание и выдержку стальных изделий при температуре, достигающей порядка 900°С. При такой температуре стали с содержанием углерода до 0,7% имеют структуру мартенсита, который при последующей термообработке перейдет в требуемую структуру с появлением нужных качеств.
        
        Нормализация формирует структуру с мелким зерном. Для низкоуглеродистых сталей — это структура феррит-перлит, для легированных – сорбитоподобная. Получаемая твердость не превышает 300 НВ. Нормализации подвергаются горячекатаные стали. При этом у них увеличивается:
        
        сопротивление излому;
        
        производительность обработки;
        
        прочность;
        
        вязкость.
        
        Процесс нормализации стали
        
        происходит нагрев до температуры – на 30°С-50°С выше точки ;
        
        выдерживание в данном температурном коридоре;
        
        охлаждение – на открытом воздухе.
        
        Преимущества термообработки
        
        Термообработка стали – это технологический процесс, который стал обязательным этапом получения комплектов деталей из стали и сплавов с заданными качествами. Этого позволяет добиться большое разнообразие режимов и способов термического воздействия. Термообработку используют не только применительно к сталям, но и к цветным металлам и сплавам на их основе.
        
        Стали без термообработки используются лишь для возведения металлоконструкций и изготовления неответственных деталей, срок службы которых невелик. К ним не предъявляются дополнительные требования. Повседневная же эксплуатация наоборот диктует ужесточение требований, именно поэтому применение термообработки предпочтительно.
        
        В термически необработанных сталях абразивный износ высок и пропорционален собственной твердости, которая зависит от состава химических элементов. Так, незакаленные матрицы штампов хорошо сочетаются при работе с калеными пуансонами.
        
        Фрезерная обработка металла: основные принципы и сведения
        
        Фрезерная обработка в последнее время набирает большую популярность, поэтому столь же востребована, как сверление деталей и токарная обработка. Суть её заключается в срезании слоя металла при помощи вращающейся, зубчатой фрезы. Фрезерование можно выполнять на заготовках из разных материалов, причем проделывается это как на специальных станках, так и вручную.
        
        Назначение фрезерной обработки
        
        При помощи различного вида фрез, можно более точно и качественно выполнять фрезеровку деталей. Это могут быть различные материалы, но наиболее распространенная обработка на металлах. А при помощи современных станков, оборудованных системами ЧПУ, есть возможность уменьшить количество брака, а также управлять при помощи не сложных числовых программ. Сейчас фреза заменена на лезвие в качестве рабочего инструмента, что и позволило уменьшить вероятность брака, делая заготовки максимально точно.
        
        Для чего же нужна в обработке фрезеровка? При её помощи можно проводить отрезку в металлах, шлифовать, наносить специальные узоры, гравировать, а также делать токарные и другие работы в разных видах деятельности. В набор входит несколько многозубчатых, режущих фрез, а их крепление в станках определяет горизонтальный или вертикальный тип работы. В производстве также может использоваться фрезерование под некоторым углом, для чего предварительно устанавливают фрезу в необходимом направлении. В зависимости от вида обрабатываемой продукции, такое фрезерование имеет несколько способов. Но стоит отметить, что используется немалое количество разнообразных фрез, в частности это цилиндрические, торцевые, концевые, зубчатые, фасонные, а также более сложные.
        
        Сферы применения фрезеровки довольно разнообразны, она может использоваться в металлообработке, машиностроении, в ювелирном производстве, деревообработке и даже в дизайне и архитектуре.
        
        Обработка металла фрезерованием производится вне зависимости от его прочности. Фрезы выбирают, исходя из того, какая нужна обработка, для плоскостей используют цилиндрические или торцевые типы фрез, в последних подбирают несимметрические схемы резания. То есть если детали правильной прямоугольной, квадратной и подобной формы, то чаще всего применяется два эти способа. Одинаковую профильную деталь можно сделать цилиндрической фрезой или с торца.
        
        Фрезерная резка алюминия считается в наше время довольно популярной, так как алюминий широко используется в эксклюзивном дизайне, интерьере, для рекламных элементов, операторской техники и пр. Благодаря его легкости, прочности и низкой температуре плавления, он широко используется и с него не сложно вырезать различные изделия. На деталях сувенирных изделий, маркетинговой и кухонной продукции на современных высокотехнологических станках можно делать надписи, узоры, рельефность и пр. При этом они получаются без заусенцев, правильного габарита и формы, а также с идеальными краями.
        
        Не малую популярность в наше время набрала объемная фрезеровка пластика, в особенности в 3D виде. Это довольно востребованные услуги, которые применяются для промышленных изделий, корпусов. Причем детали быстро делаются, так как довольно быстро работает станок фрезерно-гравировального типа, а цена за выполненные работы невысокая. Обрабатываются как шлицевые, так и фасонные и зубчатые детали, а также проделывают обработку отверстий, торцов, пазы. Из пластика в 3Д виде можно фрезеровать декоративные и пр. детали, формы для литья, полимерные корпуса и многое другое, создавая оригинальные и нужные формы изделий.
        
        Классификация фрезерных работ
        
        Как уже упоминалось, в зависимости от используемой фрезы, различают несколько видов фрезерования, а именно:
        
        Торцевое фрезерование, суть которого состоит в получении определенной формы деталей при помощи торцевой фрезы. Это необходимо в большинстве случаев для вырезания в изделиях подсечек, канавок, окошка, а также “колодец”, канавку и т. д. С её помощью также производят обратное фрезерование торца из внутренней части разного плана изделий. Фрезеровка торца нужна для получения деталей более точных габаритов, простоты монтажа и, по сути, срезанные торцы служат для передачи сжимающих усилий.
        
        Концевые, которые нужны для образований уступов в плоскостях вертикальной или горизонтальной формы.
        
        Цилиндрические, отличающиеся получением изделий в плоскостях соответствующей фрезой в обратном положении.
        
        Зубчатое.
        
        Фасонное, заключающееся в создании фасонных (сферы, эллипсы и пр.) деталей неправильной формы. Это фрезерование при помощи специальных фрез, в результате чего получаются фасонные изделия.
        
        Также распространены в разных направлениях деятельности много других видов фрез, которые отличаются многофункциональностью, большими возможностями и точностью в выполнении работ. Используются винтовые канавки для создания зенкер, сверл и другого, отрезной фрезой нарезают различного габарита бруски, к тому же можно получить сложную форму детали криволинейным типом фрезы. Стоит отметить отличие фрезерования двойными дисками, шлицевую лезвию для создания пазов в деталях, а также более сложные формы их. Также можно создать определенную форму при недолгом применении видов фрезерования.
        
        Кроме классификации фрезерования по видам фрез, также существует распределение их на вертикальное расположение в станке, горизонтальное и под углом.
        
        Станки для таких работ, в свою очередь, разделяют на механические и лазерные. Существует направление режущего, движущего элемента совместно с изделием, что принять называть попутным типом обработки. Если же навстречу резцу движется изделие, тогда это считается встречная фрезеровка.
        
        Стоит также отметить профильное фрезерование деталей как деревянных, так и металлических и пр. Это отличается в изделиях, которые идут выпуклой либо вогнутой формы. В этом случае необходимо более тщательно подходить к выбору технологического типа, что зависит в основном от габарита детали и сложности профилирования. Данный вид процесса проходит в три этапа: предварительная грубая и частично чистая фрезеровка, получистая и напоследок окончательная чистая. Часто для получения деталей высокого качества финишную обработку производят с большими подачами, а предыдущие операции выполняют отдельно на разных станках.
        
        Так как для фрезеровки деталей цилиндрическим способом производится при не столь хорошем креплении, то чаще всего профильное фрезерование изделий делается торцевым способом. В основном это универсальный способ для многосерийного промышленного изготовления. В этом случае есть возможность воспользоваться несколькими способами фрезерования разных плоских поверхностей. Это использование двух зубил, фрез большого диаметра и нескольких зубил одновременно.
        
        Работа в таком режиме может происходит значительно быстрее и спокойно, в особенности при использовании нескольких фрез сразу, расположенных с разных сторон от изделия. По этой причине фрезерование плоскостей при помощи торцевых фрез, более применяемое в производстве.
        
        Осуществляется фрезерование, помимо этого, также при помощи ионного луча. Это относительно новый и высокотехнологический процесс, позволяющий удалить максимально точный слой металла. Ионное фрезерование производится под воздействием атома гелия на поверхность, главным условием является контроль напряжения и энергии. Другими словами, сегодня не обязательно полировать или шлифовать детали, это можно сделать на атомном уровне, а на раскаленный металл можно вставлять дополнительные детали.
        
        Технологические этапы процесса
        
        Что касается технологического процесса фрезеровки, то она состоит из несколько последовательностей, которым необходимо следовать:
        
        Изделие осторожно подводят со стороны поверхности, необходимой для обработки, к фрезеру, который в это время вращается.
        
        Отведя стол, отключают шпиндель, чтобы он не вращался.
        
        После этого нужно задать требуемую глубину прорезания.
        
        Запускают шпиндель.
        
        Изделие, расположенное на столе, вместе с ним подводят к стыковке с фрезой.
        
        Обработку металлических деталей цилиндрической фрезой производят при длине фрезы на 10-15 мм более, чем есть изделие, а диаметр её подбирается, исходя из толщины разрезания и ширины. При выборе торцевых фрез работа будет делаться не так шумно, поскольку детали надежнее прикрепляются. Производительность предприятия будет высокой при использовании набора фрез, так как во многом упрощается задача. Все зависит от применяемых фрез, а это: совместные фрезы, зубила, двумя дисками одновременно, набора фрез, расположенных с разных боков заготовки и пр. Фрезерование плоскостей несколькими торцевыми фрезами делает сразу несколько обрезаний, а также исключает удары при работе.
        
        Современные технологии позволяют проводить безопасную и с меньшим процентом брака обработку на токарно-фрезерных станках, оборудованных системами ЧПУ. В некоторых случаях, как при обработке деталей повышенной твердости, можно на них делать шлифовку. Они гарантируют получение изделий по максимуму точной геометрической формы, а также производительность. Бывают как специального назначения, так и общего использования, но небольшие детали дома можно обрабатывать ручным электрическим фрезером. Управление на компьютере позволяет задать все параметры и выполнять максимально точно, к тому же есть возможность рассчитывать и создавать 3D модели непосредственно на станке.
        
        Благодаря современным технологиям, фрезерная обработка приобретает большую популярность в разных отраслях производств. Что касается металла, то можно на станках делать как алюминиевые, так и стальные, титановые изделия. Вне зависимости от материала, фрезерованием можно делать детали специального назначения, эксклюзивные, ювелирные и др. И только на станках, оборудованных системами ЧПУ, можно выполнять лазерную фрезеровку деталей сложной формы. Это дорогостоящая, но качественная обработка возможна без предварительной шлифовки.
        
        Читайте также:
        
        
        Аппарат для наплавки металла ручной
        
        Презентация свойства черных и цветных металлов
        
        Оперный вокал в металле
        
        Диаметр пластиковых и металлических труб
        
        Столб для электричества металлический 6 метров