Обработка металла - основные виды, способы и сферы применения

Обработка металла - основные виды, способы и сферы применения

Металлы заняли свое место в жизни человечества уже много веков назад. Из металла изготавливают все необходимое и самое важное для человека, они помогают во всех сферах деятельности, начиная от, бытовых до промышленности. Естественно, чтобы изменить форму металла и его свойства, руками это сделать, мягко говоря, проблематично, для этого существуют станки и разные способы обработки.

Общее описание что же такое металлообработка

Металлообработка – если говорить простыми словами, то металлообработка это деформация металла с помощью специальных операций. После операций по металлообработке металлическая заготовка приобретает форму и размеры, которые были необходимы по задумке. Сам металл имеет хорошую способность хорошо подвергаться механическому воздействию, не смотря на его прочность и жесткость. Чтобы его обработать используют разнообразные специфические станки, для каждого вида обработки используется свой станок и инструмент.

Оставить заявку
размести заказ по металлообработке
получи расчет стоимости и срок изготовления
Разместить заказ
Основные виды обработки металла

Все виды металлообработки подразумевают под собой снятие небоольшими слоями части металла с помощью резца для получения нужного размера заготовки различными способами, среди таких видов: токарная обработка, фрезерная обработка, зубофрезеровка, шлифовка, долбежка, сверление, одним словом все это механическая обработка. Так же есть обработка без снятия слоя металла, то есть резания, это обработка с помощью давления или пескоструйная обработка. Некоторые виды воздействия на металлы выполняются при высоких температурах, а некоторые при обычной температуре. Например, штамповка или прессование как раз выполняются в обычных условиях. Но хочется выделить именно те виды обработки металлических заготовок, где используется метод точения:

Основные виды обработки металла

Без знаний основ и базы мех. обработки, не получится стать хорошим специалистом в этой области. Нужно хорошо знать, как определенные операции по мехообработке влияют на металлы, чтобы не делать ошибок и выполнять критически важные действия правильно. Давайте разберемся в основных видах механической обработки.

  • Механическая обработка - это широкий спектр методов работы с заготовками с использованием специальных инструментов.
  • Обработка с использованием давления. Устройства, создающие давление, позволяют изменять форму заготовки без повреждения ее структуры. При работе с твердыми сплавами необходимо предварительно их хорошо нагреть.
  • Термическая обработка - с помощью обработки в печи при большой температуре, улучшается свойтва металла и увеличивается его прочность.
  • Химическая обработка - использование щелочей, кислот и других химических веществ позволяет вызвать химические реакции.
  • Электроэрозионная обработка - применяется для достижения любой формы детали с помощью специальной резки проволкой.

Для каждого вида обработки есть свои специализированные станки, инструмент и операции, чтобы лучше разобраться во всех методах, нужно рассмотреть каждый из них.

Как выбирают металл

Выбор металла определяется исходя из потребностей каждого конкретной детали, в каких условиях и нагрузках она будет работать. Например для агрессивных сред лучше выбрать твердый сплав. Такие нюансы возникают потому, что каждый материал имеет свои уникальные химические характеристики и поэтому требует особого внимания при выборе метода обработки. Подходящие металлы и технология выбираются с учетом требуемого результата.

Чтобы подобрать правильно материал для его последующей обработки, нужно четко понимать какие механические свойства есть у материала. Лучше сразу запрашивать паспорт на нужную марку стали на металлобазе.

Особенно это важно, если вы используете для обработки станки с ЧПУ, так как они более чувствительны к свойствам стали, а их режущие инструменты стоят дороже, чем на простые, универсальные станки. Напомню, что обработка на станках с ЧПУ является наиболее оптимальной, она является экономически выгодной. Ведь обработка на них более точная, детали дороже.

Есть несколько вопросов, на которые вы должны ответить при выборе материала для обработки:

  • Где будет работать деталь? В каком узле будет работать, какие нагрузки на себя возьмет. Является ли она ведущей, и какая скорость её вращения будет, если она выполняет эту функцию;
  • В какой среде работать и в каких температурных режимах? Нужно понимать что деталь, которая будет работать в агрессивных средах или при высоких температурных режимах требует тщательного подхода к выбору стали. Склонность детали к коррозии будет в разы выше, чем, если бы она работала в нормальной среде.
Как выбрать металл для обработки

Перечислю основные материалы, которые используются в обработке и изготовлению деталей:

  • - Алюминиевый сплав – среди цветных металлов является самым распространенным, в составе которого есть два вида сплавов – литейные и конструкционные. Далее конструкционные сплавы в свою очередь делятся на термически обработанные и не обработанные;
  • - Нержавеющая сталь – чаще используется в медицинской сфере, в пищевой промышленности, авиации, автомобильной промышленности, так как является коррозионно стойкой;
  • - Чугун – железоуглеродистый сплав, подразделяется на серый чугун, высокопрочный чугун, ковкий чугун, антифрикционный чугун. Содержание углерода в чугуне более 2%;
  • - Медные сплавы – так же часто используются, кроме алюминия, содержат более качественные физические свойства. Медь является хорошим токопроводящим материалом, отсюда следует частое применение его в электрических элементах. В наше время его применяют в производстве отопительных систем, например, таких как радиаторы;
  • - Титан – является наиболее прочным и надежным металлом среди всех существующих. Пользуется спросом в производстве механизмов, которые работают в экстремальных условиях. Титан имеет высокую температуру плавления и высокую плотность, это говорит о том, что при небольшом весе, он имеет колоссальную прочность. Популярный материал используемый в протезировании.

Механическая обработка

Механическая обработка металла — это процесс превращения черновых заготовок в готовые изделия с использованием различных инструментов и машин. Заготовку сначала режут в размер, а затем она подвергается сверлению, фрезеровке, токарной обработке, молотковой и прессовой обработке, шлифовке, закалки. С помощью таких операций можно производить изделия различных форм и размеров с необходимыми характеристиками и качеством поверхности. Чтобы защитить металл от коррозии и придать ему желаемый внешний вид, финальная обработка может включать полировку, окраску или покрытие. Механическая обработка может быть и высокоточной, на детали с высокой точностью спрос намного больше и такие детали стоят дороже. Это может включать использование одного или нескольких методов механической обработки.

Механическая обработка

Различные способы воздействия используются в процессе механической обработки:

Сверление

В процессе используется вращающийся инструмент для создания отверстий нужного размера. Сверление выполняется с целью создания отверстия для резки или установки крепежных элементов, например, болтов.

Сверление

В промышленных условиях сверление выполняется с использованием специализированного оборудования. Однако существует большое количество ручных инструментов для сверления - электрические, аккумуляторные и обычные дрели, мощные шуруповерты и так далее. В зависимости от плотности, твердости или других характеристик металла выбираются нужные сверла - алмазные или изготовленные из углеродистой стали.

Точение

Целью точения металла является получение деталей с определенными размерами, формой, поверхностной шероховатостью и толщиной стенок. Для выполнения процесса точения можно использовать различные инструменты, такие как токарные станки, фрезерные станки.

Предварительно металлическая заготовка закрепляется в специальном приспособлении на станке, называется - державка, до начала точения. Затем ненужная металлическая масса удаляется с помощью резца, чтобы получить желаемую форму детали. Чтобы достичь необходимых размеров и качества поверхности, токарь налаживает скорость и глубину резки.

В целом, точение является основным и важным видом металлообработки. Этот процесс позволяет нам получить широкий спектр деталей, которые используются в различных отраслях, таких как машиностроение, автомобильная промышленность и многие другие.

Шлифование

Обработка поверхности, с помощью шлифовальных кругов получается более гладкая и равномерная поверхность с более точными допусками. Она производится путем удаления небольших слоев металла. Шлифование металла осуществляется для улучшения внешнего вида, удаления дефектов и повышения точности размеров деталей при их производстве.

Токарная и фрезерная обработка

С помощью токарных станков выполняется основная работа по приданию заготовки формы и размеров, которых требует чертеж. Слои металла снимаются постепенно, по одному миллиметру, а то и меньше. Процесс происходит при помощи токарных резцов, они врезаются в закрепленную заготовку и при её вращение происходит срез слоя стали, который преобразуется в металлическую стружку. Дополнительно с токарными работами могут производиться операции по расточке отверстий, зенковки, сверления, чтобы приблизить заготовку к нужным параметрам.

Фрезерная обработка схожа с процессом сверления, только вместо сверла используются фрезы, она так же вращается в цанге, которая закреплена в головке фрезерного станка. Отличием фрезерной обработки от сверления – фрезеровка не проходит заготовку насквозь, а обрабатывается поверхность или используется для создания канавок.

Обработка давлением

Один из главных отличий механических методов обработки от обработки металлов под давлением - возможность изменения не только внешних характеристик материала, но и его свойств. Суть этого способа заключается в использовании высокого давления, которое превышает предел упругости металла, позволяя атомам в кристаллической решетке занять новую стабильную позицию. Это приводит к получению материалом полезных свойств, таких как увеличение гибкости, прочности, гладкости и устойчивости к внешним воздействиям.

Обработка давлением

Горячая прокатка

Горячая прокатка является процессом преобразования металлических бланков в изделия с помощью нагретых валков. В начале процесса бланки нагреваются до высокой температуры, что делает их более пластичными и легкими для обработки. Затем нагретые бланки проходят через серию валков, которые формируют их в нужную форму. Горячая прокатка позволяет создавать изделия большой длины и толщины, такие как закаленные прутки, листы и балки.

Холодная прокатка

Холодная прокатка, в свою очередь, проводится при обычной комнатной температуре. Металлические заготовки проходят через ряд валиков без разогрева. Этот процесс обеспечивает большую точность и гладкость поверхности изделий. Холодная прокатка широко используется для изготовления тонких листовых металлов, проволоки, труб и других изделий, требующих повышенной точности размеров.

Горячая и холодная прокатка имеют свои плюсы и минусы. Горячая прокатка обеспечивает высокую скорость производства и возможность создания крупных изделий с большими размерами. Однако это может привести к неровной поверхности и менее точным размерам. Холодная прокатка, наоборот, обеспечивает точные размеры и гладкую поверхность, но производительность ниже и есть ограничения по размерам. Выбор зависит от требований производства и типа металла. Горячая прокатка часто используется для крупных конструкций и листового металла, а холодная применяется для создания тонкого и точного материала. Оба метода - важные процессы в металлургии, позволяющие создавать разнообразные изделия с различными характеристиками.

Горячее и холодное прессование

Есть существенные отличия между холодным прессованием и горячим прессованием металла, по сути это совсем разные виды металлообработки.

Процесс горячего прессования осуществляется при высоких температурах, когда металлический бланк нагревается до определенной точки, что делает его более пластичным. Затем металл подвергается давлению с помощью специализированного пресса, что позволяет формировать изделие нужной формы. Этот метод применяется для изготовления сложных деталей или крупных изделий. Горячее прессование также улучшает свойства металла, такие как прочность и устойчивость к воздействию различных факторов.

Наоборот, холодное прессование проводится при комнатной температуре или при небольшом нагреве. Материал в твердом состоянии подвергается давлению с использованием пресса. Холодное прессование позволяет достичь более точных размеров, формы и поверхности детали, а также имеет более низкую стоимость производства по сравнению с горячим прессованием. Однако холодное прессование ограничено в создании сложных форм и требует больших усилий для обработки материала.

Штамповка

Штамповка так же является одним из видов металлообработки, применяется он, чтобы получить такое изделие как листовой металл. Два вида обработки штампом, листовая и объемная. Далее мы подробно рассмотрим каждый из них.

Штамповка

Штамповка листового металла - процесс преобразования плоской стали в объемные изделия с помощью штампов и пресс-форм. Этот метод используется для производства разнообразных деталей, таких как кузова автомобилей, крышки для банок, и другие конструкционные элементы. Основное преимущество этого процесса заключается в его способности быстро и эффективно создавать большие партии изделий с высокой точностью и повторяемостью.

Объемная штамповка, напротив, использует специальные штампы для формирования изделий из тонкостенных материалов, таких как трубы и проволока. Этот метод чаще всего применяется для изготовления деталей сложной формы, таких как гофрированные трубы, фланцы, болты и другие изделия, требующие глубокой штамповки. Преимуществом объемной штамповки является возможность создания сложных форм без потребности в сварке или склейке различных частей.

Оба типа штамповки широко используются в промышленности для производства различных изделий. Для успешного выполнения процесса требуется высокая точность и опытность операторов, и результатом правильного подхода становятся качественные детали, удовлетворяющие потребности различных отраслей промышленности.

Волочение

Для изготовления деталей с маленьким диаметром и большой длиной применяется процесс, при котором заготовка пропускается через отверстие специальной формы и вытягивается. Этот процесс выполняется на волочильных станках. К примеру, использование этой технологии позволяет получить проволоку.

Ковка

Для изготовления изделия методом ковки необходимо нагреть заготовку до определенной температуры, при которой металл станет раскаленным. После этого происходит такая операция, как давление, с помощью пресса или специального молота, что придает заготовке нужную форму. Кроме того, после такой обработки, изделие будет обладать улучшенными характеристиками прочности при ударе и устойчивостью к разрушению материала стали.

Комбинированная обработка

Как правило, при производстве механизмов, использовать только один метод обработки металла или один универсальный станок не получится. Всегда применяется несколько типов обработки металла, такой способ обработки называется комбинированным. По опыту хочется сказать, что на практике всегда сочетают несколько методов, это позволяет быстрее и качественнее производить детали из металла.

Cварка

Соединение металлических изделий можно выполнить с помощью сварки. В процессе сварки детали нагреваются до определенной температуры, при которой они становятся пластичными, и затем объединяются в одну конструкцию. В итоге получаются несъемные соединения, которые невозможно разрушить. Для сварки применяются различные виды сварочных аппаратов: ручные, полуавтоматические и автоматические.

Сварочные соединения могут быть выполнены в форме нахлеста, стыковки торцами, углового соединения или таврового.

Существуют четыре основных вида сварки:

Сварка
  • Газовая - для которой используется газовая горелка;
  • химическая, используемая в случае непригодности других методов сварки, при этом температура повышается за счет химических реакций;
  • Электрическая дуговая сварка - наиболее распространенный вид сварки, где сварочный аппарат создает электрическую дугу между электродом и обрабатываемой поверхностью.
  • Контактная сварка, при которой электрический ток проходит через поверхность металла и нагревает его.

Литье

Обработка металла методом литья заключается в том, что металл плавят при помощи печей и затем заливают в специальные формы, чтобы получить готовые изделия или металлическую заготовку. Этот метод обработки используется уже с древних времен, это наиболее популярный способ получение деталей или заготовок.

Литье имеет очень много преимуществ. Он может быть экономичным, потому что затрат на формы и инструмент нужны небольшие. Еще одним плюсом является точность исполнения изделий произведенных с помощью литья. Далее хочется отметить, что сложные детали легче изготовить именно этим методом. Сложная форма или большие размеры, это, конечно же, проще получить методом литья металла.

Литье металла

Перечислим несколько видов литья:

  • песчаное литье;
  • литье в металлические формы
  • восковое литье.

Прежде чем начать процесс литья, необходимо подготовить форму, в которую будет лить металл. Форму изготавливают вообще из любых материалов и любых способов, песок, глина или металл. В зависимости от того что разумнее использовать исходя из габаритов детали или её сложности. После того, как металл в форме охлаждается и застывает, отливка отделяется от формы, что приводит к образованию готового изделия.

Без операции по литью в целом сложно представить металлообработку. Это неотъемлемая часть комплексного процесса в металлургии. Литье металл это ключевой способ обработки.

Резка металла

Резка металла в основном нужна для разрезки на части или элементы листа металла. Работы по резке можно выполнять с помощью ножниц по металлу, если это не большой оббьем работ и достаточно тонкий лист. В промышленных масштабах, когда нужно вырезать определенные, сложные формы из металла или толстые листы это производится на режущих станках с ЧПУ.

Каждый из методов хорош при определенных задачах. Резка применяется в различных отраслях промышленности и строительства. Типы резки:

Резка металла
  • Резка с инструментом с помощью абразивных кругов. Подходит как для выполнения бытовых работ, так и для мелких работ в промышленности;
  • Плазменная – среди всех методов больше подходит для промышленности, где нужно резать толстые листы, большой объем работ или плохая поверхность листа;
  • Лазерная – применяется, когда нужны более точные резы, выполняется на специальном станке с полотном для листов;
  • Газовая – обычно используют, когда нужно отрезать круг большого диаметра или толстый лист металла;
  • Пила циркулярная – больше подходит для мелких работ по дому, гаражу или дачных работ.

При резке металла используются различные инструменты, а выбор зависит от метода резки и требований проекта. Некоторые из наиболее популярных инструментов включают в себя:

Химическая обработка

Химическая обработка металла — это процесс изменения его поверхностных свойств с помощью химических реакций. Она может быть использована для улучшения внешнего вида, защиты от коррозии, придания дополнительных функциональных свойств или для облегчения последующих технологических операций.

Главные из основных видов:

  • Оцинковка — это процесс, при котором поверхность металла покрывается слоем цинка. Это улучшает его внешний вид и защищает его от коррозии;
  • Фосфатирование — это процесс нанесения слоя фосфатов на поверхность металла;
  • Гальваническое покрытие – покрытие с помощью электродной реакции. Сюда можно отнести хром, позолото, никелирование;
  • Оксидирование – защитный слой на поверхности металла, нужен для защиты от коррозии;
  • Химическое травление – не покрытие, а наоборот удаление слоя окислов, различных примесей, дефектов.

Термическая обработка

Использование высоких температур в печах, для улучшения свойств металла, твердости, надежности. Важно знать, что для каждой марки стали есть свои температурные режимы и методы закалки. Помимо, нагревания в процессе термообработке применяется охлаждение или отпуск в течение, какого-то времени. По опыту сказать, что основное применение термички делают для увеличения прочности стали и улучшение других свойств. Основные из видов такой обработки:

Резка металла
  • Закалка выполняется основным этапом, закладываются в печь в определенную температуру. Для каждого вида стали свой температурный режим;
  • Отпуск следующий этап после закалки, охлажение после того как детали вынули из печи;
  • Нормализация делается для изменения структуры металла, используется для последующей ковки металла;
  • Отжиг производится как отдельная операция, непосредственно перед механической обработки. Служит в основном для удаление изьянов поковок, таких как пузыри воздуха внутри поковки.

Электроэрозионная обработка

Технология, при которой слой материала разрушается при помощи высоковольтного разряда между деталью и электродом. Действие основано на высокой температуре разряда, которая позволяет быстро разогревать окружающую поверхность детали, вызывая испарение металла и образование эрозионной выемки. Для работы разряда и удаления остатков используется технологическая жидкость, такая как вода, масло или керосин. Преимущества этой технологии включают возможность обработки металлов любой прочности и выполнения отверстий любой сложности.

Еще раз вкратце опишем процесс обработки:

  • На электрод пускается ток с высоким напряжением;
  • Электрод прикасается к поверхности, которую нужно обработать;
  • Происходит процесс контакта и плавление металла, заготовка приобретает форму, которая требуется.

В процессе работы происходит выброс частиц и их разброс по сторонам, чтобы этого не произошло, в данном виде обработки применяют масло. Обработка с помощью электрода дает чистоту реза и минимум отходов. Далее при необходимости можно с помощью электрохимического метода обработки добиться блеска обрабатываемой поверхности заготовки.