Механическая обработка листового металла

Обновлено: 20.09.2024

Механическая обработка металла отличается от других видов тем, что во время процесса у металлической заготовки изменяется не внутренняя структура, а только лишь исходный размер и форма.

Для выполнения обработки используются различные станки: от кузнечных молотов до токарно-фрезеровальных станков с ЧПУ. Каждый из них применяется в зависимости от поставленных целей и необходимой точности готового изделия. Подробнее о том, как происходит механическая обработка металла, расскажем в нашей статье.

Технология механической обработки металла

Существует три метода механической обработки деталей:

Шлифование.
Давление, в процессе которого стружка не снимается.
Резание, когда происходит снятие стружки.

При использовании метода давления силовое воздействие на заготовку оказывается с помощью разных инструментов (примером может служить кузнечная обработка), в результате которой деталь приобретает требуемый объем и форму. Резание снимает с материала припуск (верхние слои). Пример такой обработки – строгание или фрезеровка. При шлифовке образуется пыль из металла, который смешивается с абразивным веществом. Этот метод используется после применения давления и резания.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Механическая обработка материалов – одна из стадий, прохождение которой необходимо для изготовления детали. Основы технологической обработки металлов содержат требование обязательной подготовки технологической карты до начала работ, в ней содержатся данные о размерах и классах точности изделия. После получения данной карты делается чертеж детали с повторным указанием размеров и классов точности.

Механическая обработка металла резанием

Способы механической обработки материалов объединяет применение в каждом из них твердого и острого инструмента, с усилием механически воздействующего на заготовку. Результатом становится отделение слоя металла от изделия и изменение его формы. «Припуск» – это величина, на которую заготовка больше конечного продукта.

Механическая обработка металла имеет следующие виды:

Точение – резец подводится к закрепленной на оснастке заготовке, которая вращается, и снимает с нее слой материала до получения заданных конструктором размеров. Данный вид обработки используется только для изготовления изделий, чья форма может быть получена вращением.
Сверление – вращающееся сверло погружается в неподвижно закрепленную заготовку, а затем постепенно продольно подается к ней. Таким образом проделываются круглые отверстия в деталях.
Фрезеровка – рабочей является боковая поверхность инструмента, в отличие от сверла, которое работает передней частью. Перемещения фрезы идут вертикально, а также вперед и назад, вправо и влево. Такая особенность обработки дает возможность изготовления изделий любой формы.
Строгание – движение резца вперед и назад происходит вдоль закрепленной заготовки, при этом металл снимается продольными полосами. Существуют станки, в которых двигается деталь, а не резец. Данный вид обработки позволяет сделать на изделии продольные пазы.

Любая операция изготовления детали требует собственного оборудования. При разработке технологического процесса происходит группировка операций, их чередование и комбинирование. Делается это для получения нужной производительности, а также для уменьшения производственных расходов.

Механическая обработка металла давлением

Давление как метод механической обработки используют для придания формы листу металла, а также для производства изделий из такого материала, как сортовой металлопрокат.

Под данным воздействием понимают следующие виды обработки: штамповку, гибку, высадку и т. д. Давайте рассмотрим подробнее различные способы работы методом давления.

Цветные металлы часто подвергают ручной кузнечной обработке в горячем цеху.

Металл для ее проведения заранее прогревают, причем степень нагрева должна превосходить температуру рекристаллизации, после чего материалу придают требуемую форму.

Инструментами для ее проведения являются молоток и ручной молот. Температура нагрева металла зависит от такого свойства, как количество углерода в нем.

При уменьшении этого значения должна повышаться рабочая температура.

Обработка, проведенная таким способом, признается эффективной. Причина заключается в высокой прочности сплошных изделий, которые можно сделать, при этом металл не теряет своих природных свойств.

Механическая обработка металлов и сплавов горячим методом более совершенна.

Для этого материал прогревается, ковка же идет не вручную, а при помощи специализированного оборудования.

Для механической ковки используют кузнечный штамп или она может быть свободной. В первом случае применяют пресс для создания изделия требуемой формы. Во втором – работа проводится с использованием наковальни и молотка, посредством которого и придают форму изделию.

Механическими устройствами в данном случае являются как пресс, так и молот. Однако форму изделие приобретает от молота – посредством ударов, а от пресса – вследствие давления.

Молот используют реже из-за излишнего шума и меньшей эффективности процесса. Чаще всего его применяют на крупных предприятиях.

Кроме горячего, существует метод холодного воздействия на металл. Он чаще используется по той причине, что не оказывает влияния на физические характеристики металла (цветного и черного) в процессе придания деталям требуемой формы.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

При холодном способе нагрева заготовки не требуется, процесс изготовления идет при комфортной температуре окружающей среды.

Холодный способ называют штамповкой. Он подразделяется на различные виды. Функции используемого оборудования позволяют проводить много- или однооперационную штамповку.

На металле может сохраняться сплошное покрытие или его разделяют. Устройства разного типа влияют на данный процесс в ходе придания изделию требуемой формы.

Существует несколько самых популярных видов воздействия с помощью пресса. Это обжатие, гибка, формование, вытягивание, разбортовывание и выпучивание.

Гибка изменяет осевую форму детали, что происходит при помощи тисков, устанавливаемых на специальные гибочные прессы и штампы.

Вытягивание позволяет делать изделия сложных форм. При этом используют давильный станок.

В полой детали поперечное сечение становится меньше благодаря обжатию. При этом последующее формование дает возможность придать детали пространственную форму.

Такой вид обработки требует формовочных и специальных вытяжных штампов.

В процессе выпучивания изделие также становится пространственным, разбортовывание же позволяет сделать бортики и иные элементы.

Шлифование как вид механической обработки металла

Шлифовка позволяет работать с внутренними и наружными поверхностями конической и цилиндрической форм, фасонными и плоскими. Она подходит также для изготовления резьбы достаточной точности.

Заметим также, что в настоящее время шлифовка чаще используется, чем твердое точение, постепенно вытесняя его. Последнее является достаточно типичной обработкой на токарном станке поверхностей, которые уже были подвергнуты термическому воздействию, то есть их структура была укреплена с помощью нагревания и последующего охлаждения.

Принцип работы заключается в том, что одновременно с кругом, который производит вращение вокруг оси (скорость резки), вращается также деталь. Подача может производиться в двух видах: продольная (или осевая, со шлифовкой по всей длине), и поперечная (с приближением к детали).

Данный метод похож на первый. Отличие заключается в нахождении круга, используемого для шлифовки, внутри изделия. Однако движения резания сохранились прежними. Кроме того, при проведении шлифовки используют охлаждение с помощью смазочно-охлаждающих жидкостей.

Данный метод, как понятно из названия, представляет собой воздействие на профиль зубчатого венца, производимое шлифовальным кругом, спрофилированным в один размер с эвольвентой зуба.

При использовании данного метода, в отличие от предыдущих, деталь не крепится в центре.

Вращается она, как правило, с помощью правого шлифовального круга, в то время как левый шлифует металл. По центру располагается нож из твердосплавного материала.

Плоская металлическая заготовка крепится станочными приспособлениями на столе станка для шлифовки или магнитного стола, после чего начинается работа шлифовальным кругом. Данный метод признается оптимальным для плоских поверхностей всех размеров и форм.

Оборудование для механической обработки металла

Процесс механической обработки металлов требует необходимых видов оборудования и достаточных для работы производственных площадей.

Удаление слоев с поверхности металла происходит на токарном, а также на фрезерном станках. Самыми востребованными стали:

токарная установка, оснащенная ЧПУ;
станок вертикально-фрезерный.

Механическая обработка металлов на станках новых моделей позволяет изготавливать детали с геометрией и шероховатостью поверхности высокой точности.

На рынке представлено большое разнообразие оборудования для механической обработки металлов. Предприятия могут самостоятельно выбирать устройства. Некоторые заводы ставят карусельные станки, на которых происходит обработка заготовок, имеющих в диаметре до 900 см.

Любое из производств, специализирующихся на механической обработке изделий из металла, комплектуется стандартными видами оборудования, к числу которых можно отнести:

фрезерные станки;
зубофрезерные устройства;
радиально-сверлильное оборудование;
горизонтально-сверлильные станки;
вертикально-сверлильные установки.

Посредством молота и наковальни происходит ручная кузнечная обработка. Для механической применяют специальный пресс, который бьет по нагретому металлу.

И молот с наковальней, и пресс считаются механическими приспособлениями. Однако молот воздействует на металл, придавая ему форму, посредством удара, а пресс – давления.

Существуют следующие типы молота:

падающий;
паровой;
пружинный;
паровоздушный.

Прессы бывают:

фрикционными;
гидравлическими;
винтовыми;
парогидравлическими;
эксцентриковыми;
пружинными;
кривошипными.

На первом этапе происходит нагрев поверхности заготовки. Впрочем, в последнее время чаще применяется не горячее, а холодное воздействие, которое называется штамповкой. Она может использоваться для обработки всех типов материалов. При этом физические характеристики металла не меняются в процессе придания заготовке требуемой формы.

Штамповка имеет следующие популярные виды:

гибка;
формовка;
вытягивание;
разбортовывание;
обжатие;
выпучивание.

Гибка меняет осевую форму деталей из металла. Ее проводят с использованием специальных тисков, которые ставят на гибочные прессы и штампы. Вытягивают детали на давильном устройстве, придавая им сложную конфигурацию. Обжатие делает меньше поперечное сечение заготовки с полостью внутри. Формованием придают изделиям пространственные формы. Работа происходит на специализированных формовочных штампах.

Пространственную форму можно получить, используя выпучивание детали. Бортики и иные элементы появляются у заготовок путем разбортовывания.

Резание как один из методов механической обработки материалов обычно используется на производственных предприятиях. Уже долгие годы он является не только самым распространенным, но одновременно и максимально универсальным, наиболее применимым. Более 80 % операций обработки металлов – это процессы, относящиеся к механической обработке.

Каждый день появляется все больше новых методов изготовления самых разных металлов и заготовок. Соответственно, повышается качество металлических изделий с одновременным снижением трудоемкости производства.

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.

Раскрой металла

Раскрой листового и другого профильного проката является одной из важнейших операций при создании металлоконструкций.

Процесс раскроя металла

Именно эта операция во много определяет качество продукции и ее стоимость. За все время придумано и внедрено в эксплуатацию множество технологий, применяемых при раскрое листового и другого профиля.

Суть раскроя металла

Раскрой металла, вне зависимости от его формы – это заготовительная операция. Именно на стадии ее выполнения обретают черты будущие детали металлоконструкции. На машиностроительных предприятиях, да и в производственных комплексах других отраслей, существуют целые заготовительные подразделения, оснащенные самым разным оборудованием, предназначенным для формирования заготовок, а то и готовых деталей. Все зависит от применяемого оборудования и инструмента.

Термин раскрой металла можно истолковать следующим образом – это метод размещения заготовок на листе. Форма, может, быть в виде прямоугольника или любой другой. При проведении раскроя металла появляется определенный объем возвратных и невозвратных отходов. Их объем напрямую зависим от технологии, которую использовали при раскрое.

Виды отходов при раскрое металлов

Отходы от заготовительных операций можно разделить на два класса:

Технологические отходы в виде стружки

К первому типу отходов относят тот металл, которые теряют вследствие технологической обработки. Например, при использовании газовой резки – это оплавление, в виде стружки, снимаемой с поверхности заготовки по время точения или фрезерования. К отходам относят ту часть металла, которая уже не будет использована в дальнейшем.

Отходы от раскроя металла

К отходам от раскроя листового металла можно отнести те остатки, которые образуются формой заготовки и отсутствием кратности при разметке раскроя. Под первыми понимают ту часть металла, которая располагается между наружным контуром одной или нескольких заготовок и неким контуром, который очерчивает габариты заготовок. Вторые – это те, которые образуются при сравнении размеров листа и раскроя заготовок. Эти отходы появляются в том случае, если размеры листа не совпадает с суммой размеров заготовок, расположенных вдоль ее сторон.

Основные способы раскроя металла

Производственники, в целях оптимального раскроя материала и минимизации объема отходов, стремятся подобрать оптимальный способ раскроя листового материала или проката исходя из технологий, применяемых для разделки металла на заготовки. Например, при использовании дисковых ножниц или газового резака, допустимо расположение заготовок в любом месте листа. В то время как, при раскрое на гильотинных ножницах необходимо следовать определенным ограничениям. Заготовку необходимо так размещать, что существовала возможность реализовать прямолинейные резы вдоль или поперек листа и прямых резов под углом.

Станок для резки листового металла с дисковыми ножницами

В случае необходимости обработки большой партии заготовок имеет смысл использовать комбинированный метод. Он заключается в том, что заготовки, имеющие разную форму, укладывают в прямоугольник с минимизированными размерами. Затем эти прямоугольники используют для лучшего заполнения листа. Формирования размерной последовательности. Перемещая эти формы по поверхности, получают улучшенную форму конфигурации.

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа

Метод лучшего заполнения короткой стороны листа – это позволяет снизить количество отходов, вызываемых отсутствием кратности. Остающаяся часть листа будет несколько короче чем вдоль длинной стороны. Заготовки должны быть подобраны таким образом, чтобы их размеры позволили оптимальным образом заполнить меньшую сторону листа. Для разметки вдоль длиной стороны выполняют аналогичную работу.

Суть способа формирования размерных последовательностей заключена в следующем — заготовки располагают на листе от крупных к мелким.

На основании проведенных работ составляют карту раскроя. Затем, определяют потребное количество материалов (листа или другого проката). Кстати, это основной документ, который должен быть на рабочем месте оператора заготовительной машины.

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны

Из плотной бумаги или картона подготавливают шаблоны заготовок, которые необходимо раскроить. Шаблоны располагают на лист и путем передвижения и их совмещения между собой получают оптимальный раскрой листового материала.

Рубка гильотиной

История этого оборудования, по официальным данным, берет свое начало со времен Французской революции. В то время ее применяли для устранения «врагов народа» и только множество лет, спустя, ей нашли другое применение, а именно, в раскрое листового металла. С использованием некоторых приспособлений на гильотине (механических ножницах) можно резать прокат, арматура.

Раскрой листа происходит в течение ряда операций.

Лист устанавливают на рабочий стол. С тыльной стороны станка установлена линейка, на которой выставляют размер отрезаемой заготовки.
После того как лист выставлен, оператор станка запускает его. Передняя плита прижимает лист к поверхности стола, в вторая, на которой установлены ножи, после этого опускается и под свои весом разрезает лист в установленный размер.

Следует отметить, что если ножи имеют подобающую заточку и установлены с минимальной погрешностью, то рез получается без заусенцев и замятий. При этом, на листе не будет возникать кривизна, так как рез происходит во всей длине листа одномоментно.

Оборудование этого класса оснащают электрическими двигателями. У одних марок, например, Н177, перемещение передней и задней плиты осуществляет с помощью механизма, основу которого составляет довольно габаритный маховик. На таких станках допустимо резать листы до 12 – 14 мм, разумеется, толщина зависит от свойств и марки материала.

Существуют станки этого класса, в котором плиты перемещают с помощью гидравлического механизма. Но в отличие от механических устройств они требуют к себе бережного отношения, постоянного контроля над уровнем и состояния масла и пр. На таких станках допустимо резать материалы до 30 мм толщиной.

Современные гильотинные ножницы, оснащают цифровой техникой выставления размеров, возможностью настройки усилия реза и другими опциями. Существуют и станки, оснащенные системами числового управления. Оборудование этого класса, выполняет раскрой метала с минимальными погрешностями.

Для создания изделий из жести (оцинкованного металла) применяют ручные ножницы. В зависимости от конструкции на них можно заниматься кройкой листов жести с шириной двух и более метров при толщине до 20 мм.

Существует еще одна разновидность гильотин – сабельные. Их также используют в кустарных мастерских или небольших производствах.

Гильотина для раскроя металла сабельного типа

Кстати, ножницы гильотинного типа нашли свое применение не только при изготовлении металлических конструкций но и в полиграфии, с их помощью разрезают большие стопки бумаги.

Резка металла ленточными и дисковыми пилами

Для раскроя металла используют и такой инструмент, как дисковые пилы. Этот инструмент применяют для обработки крупных заготовок. Надо отметить, что при работе с таким инструментом требуется использование довольно большого количества физической силы. Рабочий орган этого инструмент – диск, изготовленный из инструментальной стали.

Этот инструмент наиболее эффективен при работе со сталью и другими материалами, в том числе и с цветными металлами и сплавами. Чаще всего этот метод обработки металла выбирают для обработки листового материала, трубы. Рез выполняют прямо, но, возможно, и его выполнение под заданным углом.

Дисковый инструмент отличается высокой производительностью, безопасностью и простой эксплуатацией при раскрое сложных заготовок. Этот инструмент — вот уже длительное время обладает широкой популярностью и среди производственников, и среди домашних мастеров. Это вызвано в том числе и его доступностью. На рынке представлено множество моделей дисковых пил, в том числе и стационарных и приобрести их может каждый.

Ленточнопильный раскрой металла

Другой, не менее популярный, способ раскроя, это обработка заготовок на ленточной пиле. Рабочий орган этого оборудования – ленточная пила, которая работает как обычная ножовка. Полотно ленточной пилы замкнуто в кольцо и отличается большой длиной. То есть, по сути, ленточная пила представляет собой кольцо, с одного края которого расположены зубья. Для производства ленточной пилы применяют углеродистые стальные сплавы, но существуют и биметаллические модели.

В комплект ленточнопильного станка входят два шкива, которые вращаются от электрической силовой установки.

Станки этого класса представляют массу возможностей при обработке прутков, фасонных профилей, труб. На станках некоторых марок допустимо выполнять не только прямые резы, но и фигурные.

Фигурный раскрой металла на ленточной пиле

На рынке представлены разнообразные модели начиная от однотумбовых станков, управляемых вручную и заканчивая машинами портального типа, работающих под управлением компьютера.

Просечные прессы

Главное предназначение этого оборудования – это раскрой заготовок из металла. Прессы этого класса отличаются высокой точностью работы и широким диапазоном пробиваемых отверстий.

Просечные прессы для раскроя металла

Просечные прессы применяют для изготовления перфорированных листов. Предельные размеры, обрабатываемых листов зависят от марки применяемого станка.

Конструкция просечных прессов обеспечивают высокую производительность изготовления готовой продукции.

Газокислородная резка

К самым экономичным способам раскроя металла можно отнести газокислородную резку.

Для обеспечения реза металла применяют смесь кислорода и горючего газа (пропана, ацетилена и пр.).

Газокислородная резка металла

Последовательность реза состоит из следующих этапов:

Открытое пламя прогревает металл до температуры возгорания.
После этого на разогретое место подают струю кислорода, окисляющий металл.
Перемещая резак, создают неширокий рез, из которого необходимо удалять шлак.

Качество реза напрямую связано с маркой материала, качества поверхности, толщины металла, скорости выполнения раскроя.

Такая технология позволяет выполнять раскрой низколегированных сталей при толщине профиля до нескольких десятков сантиметров.

Несмотря на то, что постоянно происходит появление новых технология раскроя металла газопламенная остается самой экономичной.

Более того, при толщине металла в 900 мм альтернативы такой технологии нет.

Плазменный раскрой металла

Чтобы понимать, как работает установка плазменного кроя металла, надо будет вспомнить, что такое плазма – это ионизированный газ, который образует нейтральные молекулы и заряженные частицы.

Плазма зарождается при нагреве газа до сверхвысоких температур, при этом происходит его ионизация. За счет перемещения молекул газа, она обладает определенной токопроводимостью.

Плазменный метод раскроя металла

Рез металла при помощи плазмы – это один из методов раскроя металлических заготовок. При этом рабочим органом выступает пучок плазмы.

Принцип работы, технология и оборудования для плазменного раскроя металла

Между электродом и соплом активируют электрическую дугу. Через сопло проходит газ – кислород или воздух его рабочее давление составляет 5 – 8 ат. При контакте газа и электрической дуги, происходит его разогрев до температуры до 30 000 °C. Таким образом, струя газа трансформируется в пучок плазмы. Который и выполняет функцию раскроя.

Принцип действия плазмореза

Отличительной чертой этого метода раскроя металла, является то, что металл не выгорает, как, например, при газовой резке, а просто испаряется и это требует дополнительных мер по защите персонала и окружающей среды.

На практике применяют два типа оборудования для плазменно — воздушной резки металла – ручное и автоматизированное. На первом выполняют операции раскроя металла без применения каких-либо средств автоматизации, и на первый взгляд, она напоминает газопламенный метод раскроя.

Автоматизированное оборудование для плазменного раскроя металла

Автоматизированное оборудование работает под управлением системы ЧПУ и вся работа оператора заключается в том, что бы в нужное время включить управляющую программу.

Сам станок представляет собой установку портального типа, перемещающуюся, к примеру, по оси Х и режущую головку, которая перемещается по оси Y. Таким образом, резка металла может начинаться из любой точки листа, при этом точность реза составляет 0,2 мм.

В отличие от станков для механической резки заготовок, раскрой листа происходит с применением специальных программных комплексов. Их применение минимизирует объем отходов. На некоторых формах количество отходов может не превышать 1 – 5% от площади листа.

Плазменная-воздушная резка металлических заготовок гарантирует получение деталей в строгом соответствии с требованиями рабочей документации.

К недостаткам оборудования плазменной резки можно отнести следующее:

По мере роста толщины металла появляется уклон от внешнего края к внутренней части листа, это вызвано рассеиванием пучка плазмы, это необходимо учитывать при разметке листа металла.
Неверная настройка режимов резания — ток, расход воздуха (газа), рабочая скорость движения головки, может привести к тому, что вырастет количество применяемого расходного материала – сопел, электродов.
Установка подобного оборудования требует тщательной подготовки воздуха, то есть непосредственно перед ней необходимо устанавливать влагоуловительные устройства.
Во время работы, на месте реза образуются наплывы, которые, при необходимости их можно удалить с помощью угловой шлифовальной машины. Вообще, если заготовка производится под сварку на эти наплывы можно не обращать внимания.

Образование наплывово при плазменной резке металла

Существуют конструкции с двумя и более движущимися режущими головками. Такая конструкция поднимается производительность труда и снижается себестоимость заготовок.

Надо отметить, что стоимость заготовки полученной на оборудовании плазменной резки ниже, чем получение идентичной детали на механическом оборудовании.

Понятие лазерного раскроя металла

Не менее прогрессивным считают и лазерный раскрой металла. Эта технология использует мощь лазерного луча и, как правило, ее применяют на серийном производстве изделий практически из любых материалов, в том числе и неметаллов.

Лазерный раскрой металла

Луч лазера, который управляется специальным программным комплексом, обеспечивает концентрации энергии достаточной для резки материалов любой толщины и состава.

В ходе реза, материал, подверженный воздействию лазерного луча расплавляется, испаряется или выдувается потоком сжатого воздуха.

Резка при помощи лазера отличается тем, что на материал не оказывается никакого механического воздействия и во время обработки могут возникнуть только минимальные деформационные явления. Отсутствие каких-либо механических воздействия позволяет обрабатывать легко деформируемые или тонкие материалы, например, заготовки для системы вентиляции, где толщина металла может составлять всего 0,5 – 0,7 мм.

Программное управление раскроем металла лазером позволяет выполнять работу по получению сложных контуров.

Лазерный способ раскроя применяют для получения сложных контуров

Кстати, в последние годы была разработана и внедрена технологическая оснастка, которая позволяет выполнять рез труб, профилей и пр.

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.

Слесарная рубка металла

Одним из методов подготовки детали к чистовой обработке является рубка металла. Она относится к слесарным операциям. Её применение позволяет решить следующие задачи:
- удалить оставшийся слой или части металла с поверхности заготовки;
- устранить образовавшиеся кромки на краях детали после ковки и литья;
- разделить металлический прокат на более мелкие части;
- вырубить отверстия в металлических изделиях;
- прорубить канавки различного назначения.
В справочной литературе описывающей слесарное дело подробно приводятся задачи, решаемые этой операцией и способы её проведения. Большое назначение слесарной рубки определяет её широкое применение в металлообработке и машиностроении. Она позволяет быстро и качественно разделить заготовки по заданным размерам.

Способы рубки металла

Технология слесарной рубки металла подразделяется на следующие виды:
- по характеру решаемых задач (вырубка деталей по заданной форме, отделение части металла необходимого размера, вырубание канавок);
- способу операции (ручную или механизированную);
- методу фиксации;
- направлению рубочного действия (вертикальное или горизонтальное).
Все виды рубки металла могут осуществляться как вручную, так и механически. Это определяется требуемым качеством получаемого изделия, количеством (производительностью), техническими возможностями (наличием ручного или механического инструмента).

При ручной рубке используются следующие способы: вертикальный или горизонтальный. Выбор способа зависит от возможности закрепления металла.

Она может зажиматься в тисках (если позволяют размеры и масса). Если это невозможно, заготовку располагают на наковальне или металлической плите. Горизонтальную операцию целесообразно производить с использованием слесарных тисков.

При ручной рубке выделяют три способа нанесения удара молотком. Это — кистевой, локтевой и плечевой удар. От силы удара зависит скорость проведения операции и качество получаемого края детали. На силу удара влияет масса ударной части молотка, длины ручки.

В оборудованных мастерских и на металлообрабатывающих предприятиях применяют различные виды механизированных способов рубки и резки металлических заготовок. К этим способам относятся:
- вырубка с помощью пресса или молота;
- рубка и резка с помощью гильотины;
- применения специальных станков.
В основу механизированных видов положены, механические, гидравлические или электрические принципы приведения в действие режущего инструмента.

Применяемое оборудование и инструменты

Этот перечень зависит от способа проведения работ. Ручная рубка осуществляется с применением:
- режущего инструмента (зубила, крейцмейсель и так далее); (его выбирают по весу и длине ручки); ;
- металлической подложки; .
Слесарное зубило конструктивно состоит из трёх основных частей: ударной, средней (держателя) и режущей (рабочей). Форма режущей части у каждого разная и зависит от решаемой задачи. Зубилом производят стандартную операцию рубки. Крейцмейсель обладает более узкой режущей кромкой. Канавочник предназначен для вырубания канавок, поэтому его режущая часть выполнена в форме полукруга. Бородок изготавливают из круглого металлического стержня, и имеет рабочую часть в форме окружности заточенной по периметру. С его помощью производят вырубку отверстий в листовом металле. Все ударные инструменты изготавливаются из прочной инструментальной стали.

Основными параметрами этих инструментов являются геометрические размеры, углы заточки режущей части. Для нанесения удара по верхней (ударной) части зубила применяется слесарный молоток. Они отличаются формой бойка (круглая или квадратная), методом крепления ручки, общим весом.

Вырубка небольших деталей, отверстий, отдельных частей производится с помощью крепёжного оборудования или на стальных подложках. Для надёжности крепления эта операция производится в тисках.

В качестве инструмента для разметки применяют различные слесарные линейки, угольники, разметочные штангенциркули, малки. Для нанесения отметок применяют: керны (различной модификации), чертилки с разной формой наконечников, карандаши. Применяемые инструменты изготовлены по разработанным стандартам

На промышленных предприятиях инструментом для рубки металла являются специальные станки. К ним относятся:
- гильотины;
- прессы (гидравлические и механические);
- пресс-ножницы;
- угловысечные станки.
Они обладают высокой производительностью и позволяют проводить рубку даже очень толстого металла.

Гидравлическая гильотина управляется электронным блоком. С его помощью задают параметры будущей операции. Устанавливают вид металла, угол среза, величину давления на нож, скорость резания. Кроме гильотины для решения этих задач применяют так называемые комбинированные агрегаты. К ним относятся режущие станки (пресс-ножницы) и узкоспециальные (угловысечные станки, прессы и штампы). Пресс-ножницы применяются для рубки листов и полос металла, фасонного и сортового проката. Они хорошо справляются с профильным металлом, например, швеллер, двутавровый прокат, квадрат. С их помощью получают ровные отверстия и различной формы пазы.

Угловысечные станки позволяют проводить угловую вырубку металлических изделий практически любой толщины. Высокой точности рубки добиваются благодаря наличию шкалы, позволяющей точно опускать инструмент в требуемое место и правильно заточенного набора зубил.

Прессы и штампы решают аналогичные задачи. В них применяют механические, гидравлические, пневматические и электрические приводы.

Ручной метод рубки металла

Приёмы слесарной рубки определяют последовательность действий :
- закрепление заготовки в тисках, если это невозможно её укладывают на наковальню;
- зубило устанавливают в начало линии разметки;
- сначала молотком наносят предварительные не сильные удары для выделения контура намеченной линии отсечения;
- затем вдоль этой линии перемещают режущий инструмент, по которому наносятся сильные удары;
- после завершения наполовину прорубленную заготовку переворачивают;
- с обратной стороны повторяют такие действия, до полного отсечения.
При работе с полосовым металлом используют горизонтальный способ. Правила работ заключаются в следующем:
- режущей кромке зубила при затачивании задают определённую кривизну;
- начинают проводить операцию с дальней кромки постепенно приближаясь к передней отметке;
- при вырубании заготовок по установленному шаблону, следует предусмотреть припуск.
Во время ручной операции высока вероятность порчи заготовки или появления различных дефектов. Чтобы избежать этого, необходимо:
- обеспечить прочную фиксацию заготовки;
- соблюдать угол наклона зубила (оно должно быть равно 30 градусов);
- аккуратно размечать линию отреза (выруба);
- рекомендуется перед началом работы снять фаски у заготовки;
- частота наносимых уларов должна быть равномерной с одинаковым усилием.
Эти рекомендации особенно необходимо соблюдать, когда производится рубка металлов профиля ПЗО.

Рубка металла гильотиной

На металлообрабатывающих, машиностроительных предприятиях, крупных мастерских применяется механизированная рубка металла. Наиболее распространённой является рубка с применением различных гильотин. Механизация рубки позволяет повысить качество рубленого края, осуществлять вырубку более толстого металла, увеличить скорость получения готовой заготовки.

Гильотины применяются для рубки листового металла различной толщины. Техника рубки достаточно проста. Гильотина имеет специальный нож, который под давлением опускается на лист металла, разрубая его по нанесённой разметке. Для создания требуемого усилия применяют механическую, гидравлическую или электромеханическую системы. В этом случае металлическая полоса стальная подвергается воздействию ножа, который реализует вертикальный способ рубки. В этом случае специальное устройство — рольганг — подаёт металлическую заготовку на заданную длину. Фиксирующее устройство осуществляет захват и удержание заготовки в требуемом положении. На место рубки под давлением опускается нож, который осуществляет эту операцию ровно по линии разметки.

Создание необходимого краткосрочного давления на лист металла позволяет произвести точную рубку по сделанной отметке и обеспечить высокое качество результата. Гильотинная резка обладает следующими преимуществами:
- получить ровный край на срезе;
- отсутствуют зазубрины и заусенцы;
- не происходит серповидных откосов на протяжении всей длины кромки;
- не бывает неравномерных скосов.
Кроме технических преимуществ, применение гильотины позволяет снизить себестоимость каждой детали и повысить производительность труда на этой операции.

Особенно важным является обстоятельство, что при такой резке удаётся повысить безопасность проведения операции.

Современные гильотины – это станки, оснащённые современными электронными блоками управления. Они способны задавать необходимые параметры перед проведением операции рубки.

Поэтому можно выбрать марку металла, требуемый угол среза, параметры проводимой операции (мощность, скорость, периодичность).

Возможные дефекты

При проведении этой операции всегда проявляются определённые дефекты. К основным дефектам относятся:
- обрубленная кромка получается не прямолинейной;
- не сохраняется параллельность обеих кромок детали;
- край детали получается рваным с заусенцами и большой шероховатостью.
Каждый из проявившихся дефектов имеет свои индивидуальные причины. Первый дефект всегда проявляется при слабой фиксации обрабатываемой детали. Особенно этот дефект проявляется, если проводится процесс рубки на металлической станине без фиксации детали. Проявление этих дефектов вызвано следующими причинами:
- деталь не достаточно надёжно закреплена;
- произошло смещение нанесённой маркировки;
- процесс производился ударами, превышающими необходимую силу;
Для их устранения необходимо выполнять не сложные правила:
- Проверить прочность закрепления заготовки;
- Соблюдать точность расположения детали относительно нанесённой маркировки;
- Проверить параметры заточки инструмента.
При прорубании канавок, кроме перечисленных дефектов, могут появляться и другие. К ним относятся:
- рваные кромки канавки;
- глубина канавки разная по длине;
- сколы на конце канавки;
Чтобы предотвратить появление перечисленных дефектов необходимо соблюдать методики установленные инструкциями по применению конкретного оборудования и принятыми стандартами. Перед проведением операции осуществляется подготовка рубке самой заготовки, режущего инструмента и используемого станка.

При соблюдении правил подготовки и проведении операций рубки и вырубки получается ровный край, без дефектов и сколов.

Читайте также: