Металлообработка – это комплекс производственных процессов, которые направлены на изменение формы, размеров, свойств, состояния металлических заготовок. Главная цель – получение готовых деталей или изделий.
На предприятиях металлу придают форму (сложную геометрию), формируют конструктивные элементы (отверстия, пазы, резьбу). Также заготовки получают нужный размер, что важно при подгонке деталей для сборки.
Отдельные технологии и способы обработки металлов повышают прочность, твердость, износостойкость материала. У него также могут поменяться электрические и/или магнитные свойства. На заводе могут наносить на поверхность детали или заготовки защитные/декоративные покрытия.
Основные виды обработки металла::
Механическая – точение, фрезерование, сверление, шлифование. Цель заключается в удалении лишнего материала для получения нужной формы.
Термическая – закалка, отпуск, отжиг, нормализация. Материал меняет структуру и свойства.
Химико-термическая – цементация, азотирование, нитроцементация. Здесь исходный состав меняется химически, как и поверхностный слой.
Обработка давлением – ковка, штамповка, прокатка, волочение. Форма металла меняется без непосредственного удаления.
Сварка и пайка – соединение деталей.
Литье – создание и формовка расплавленного металла.
Электрофизическая и электрохимическая – обработка и полирование труднообрабатываемых материалов.
Порошковая металлургия – создание изделий из порошков разных материалов.
Благодаря металлообработке создают комплектующие для машин/механизмов, инструменты и оснастки для других производств. Также выпускаются бытовые товары, восстанавливаются изношенные детали/механизмы.
На современных предприятиях основные техпроцессы автоматизированы благодаря использованию ЧПУ-станков. Также развиваются аддитивные технологии по типу 3D-печати.
Обработка металла давлением
Это один из основных способов обработки металлов, существующий в современной промышленности. Так как техпроцесс не предполагает удаление материала, это гарантирует высокую производительность при создании изделий. Есть несколько основных разновидностей.
Горячий прокат
При горячей прокатке заготовка разогревается выше температуры рекристаллизации. Благодаря этому степень деформации достигает 90%. Технология позволяет работать с крупными заготовками (балки, прокат и рельсы). На производстве прокатный станок выполняет основную часть работы.
Холодный прокат
При холодной прокатке температура заготовок ниже порога рекристаллизации. Благодаря этому достигается высокая точность размеров, механические свойства лучше исходных.
Штамповка
Штамповка гарантирует высокую производительность техпроцесса, получение сложной геометрии изделий. Метод актуален для автомобилестроения, производства бытовой техники. Штамповка также бывает горячей (700-1250°C) или холодной, а усилие достигает нескольких тысяч тонн. На заводах используют штамповочные прессы, молоты.
Ковка
Ковка улучшает структуру металла, делает возможной работу с крупногабаритными деталями Температура техпроцесса на уровне 800-1300°C. Методика применима в тяжелом машиностроении, производстве инструментов.
Прессование
Прессованием легко добиться сложного профиля с высокой степенью деформации за один проход. Это актуально для создания труб и профилей. Техпроцесс также бывает горячим (300-500°C) и холодным. Мощные гидравлические прессы гарантируют степень деформации на уровне 98%.
Волочение
Волочение гарантирует высокую точность размеров, улучшение механических свойств. Оно актуально для проволоки, труб малого диаметра. Обычно технологический процесс происходит при комнатной температуре со степенью деформации 10-40% за проход. Ключевую роль тут играют волочильные станки.
У каждого вида обработки металла и сплавов давлением свои особенности, области применения. Это гарантирует подбор оптимального способа под конкретные требования ГОСТ или заказчика.
Методы термообработки металла
Закалка
Закалка значительно повышает твердость и прочность материала, что особенно актуально для создания деталей автомобилей, инструментов. В процессе происходит нагрев заготовок выше критической температуры (727-912°C для стали) с быстрым охлаждением (вода или масло). Для техпроцесса нужны печи, закалочные ванны.
Отжиг
При отжиге снижается твердость, но повышается обрабатываемость со снятием внутреннего напряжения. Методика важна при подготовке металла и сплавов к обработке, снятии напряжений после сварки. Заготовки нагревают до до 727-912°C с медленным регулируемым охлаждением в печи.
Старение
Некоторые сплавы становятся прочнее и тверже после процесса старения. Он происходит при комнатной или повышенной температуре (до 200°C). Продолжительность – от нескольких часов до пары суток. Методика актуальна для авиационной промышленности, создания высокопрочных алюминиевых сплавов. Для реализации не обойтись без печей с точным контролем температуры, климатических камер.
Отпуск
Отпуск снижает хрупкость после закалки металла, а также повышает вязкость при сохранении высокой прочности. Технология важна при финишной обработке инструментов, пружин, деталей машин. Сталь нагревают ниже критической температуры (150-650°C) с выдержкой и охлаждением на воздухе.
Нормализация
Нормализация улучшает структуру металла, повышает его прочность и пластичность. Процесс важен при подготовке металла к дальнейшей обработке, для улучшения свариваемости. Для этого заготовки нагревают выше критической температуры (на 30-50°C больше, чем при отжиге) с воздушным охлаждением.
Выбор метода термообработки зависит от материала, требуемых свойств и применения изделий. Точный контроль температуры и времени критически важен для всех видов температурной обработки сплавов и металлов. Поэтому современное оборудование часто оснащается автоматизированными модулями, гарантирующими точность и воспроизводимость процессов.
Для отдельных сплавов используются комбинации методов или их модификации. Правильный выбор гарантирует улучшение эксплуатационных характеристик изделий, продление срока их службы.
Виды механической обработки металла
Сверление
Сверлением создают отверстия разного диаметра и глубины с высокой скоростью (10-100 м/мин). Для этого используют сверлильные станки (вертикальные или радиальные), ручные дрели, комплексы с ЧПУ. Технология критически важна в машиностроении, авиастроении, производстве металлоконструкций.
Точение
Точением получают детали высокой точности размеров с возможностью обработки внешних и внутренних поверхностей. Это актуально для создания в заводских условиях валов, осей, втулок, дисков. Скорость резания при этом 50-300 м/мин с подачей 0,05-2 мм/об. Для этого используют токарные станки (универсальные, револьверные, автоматы) или полноценные центры с ЧПУ.
Шлифование
Шлифование гарантирует высокую точность и качество поверхности, обработку уже закаленных материалов. Скорость вращения шлифовального круга при этом 30-100 м/с. Конкретный параметр зависит от задачи – финишная обработка деталей, либо создание инструментов. Для реализации используют плоскошлифовальные или круглошлифовальные станки.
Строгание
Строганием можно обрабатывать крупногабаритные детали с простой наладкой и обслуживанием промышленного оборудования. Это важно при работе с плоскими поверхностями крупных деталей, направляющими. Скорость резания может быть 5-25 м/мин.
Фрезерование
Фрезерование характеризуется высокой производительностью даже со сложными поверхностями. Метод обработки металла подходит для создания корпусных деталей, пресс-форм и штампов. Материально-техническая база для этого – горизонтальные, вертикальные, универсальные фрезерные станки, полноценные обрабатывающие центры.
Важные аспекты:
Выбор способа механической обработки зависит от формы детали, требуемой точности, материала, производительности.
Современное оборудование часто оснащается системами ЧПУ, что повышает точность, автоматизирует процесс.
Развитие инструментальных материалов (твердые сплавы, керамика, сверхтвердые материалы) повышает скорости обработки, улучшает качество поверхности.
В современных станках реализовано несколько видов обработки, например, токарно-фрезерные центры.
Для повышения эффективности часто применяются смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ).
При работе с заготовками критически важен контроль качества высокоточными измерительными приборами.
Механическая обработка металлов остается ключевым процессом в современном производстве. Она гарантирует получение деталей высокой точности и качества поверхности.
Металлообработка сваркой
Газовая сварка характеризуется мобильностью оборудования, возможностью работы без электричества, подходит для тонких металлов. Методика применяется в ремонтных работах, сварке труб небольшого диаметра, пайке. Температура пламени 3000-3200°C при скорости 0,5-10 м/ч. Для этого используют газовые или кислородные баллоны, редукторы, горелку и шланг.
После химической сварки прочность соединений высока, есть возможность соединять разнородные металлы. Это актуально для аэрокосмической промышленности, электроники, ювелирного дела. Температура реакции 1200-2500°C. Среди оборудования всегда нужны термитные смеси, тигель, форма для литья, запальное устройство.
Электрическая сварка производительна, с возможностью автоматизированной работы, широкий спектр свариваемых материалов. По достоинству этот метод обработки металлов и сплавов ценят в строительстве, машиностроении и судостроении. Сила тока от 50 до 500 А при напряжение 20-40 В. Для начала понадобятся сварочный аппарат, электроды или проволока, маска.
Литье
У традиционного литья простой техпроцесс, низкие затраты на оборудование, оно подходит для крупных деталей. Температура плавления зависит от металла (700-1600°C). Время затвердевания от нескольких минут до часов. Для начала обработки нужны плавильная печь, ковш разливки и литейные формы.
Литье под низким давлением характеризуется высоким качеством поверхности, минимальным количеством дефектов. Методика применима в автомобилестроение и создании бытовой техники. Давление бывает от 0,02 до 0,5 МПа при скорости заполнения формы в 0,5-1 м/с. Для работы потребуется машина для литья под низким давлением, металлические формы, система подачи давления.
Литьем в землю можно создавать крупные отливки с хорошей газопроницаемостью форм. Метод применим в крупных деталях, единичном или мелкосерийном производстве. Размер отливок может быть до нескольких метров. Класс точности 12-16. В работе не обойтись без формовочной, стержневой и смесеприготовительной машин.
После литья в форму высокая точность размеров, хорошее качество поверхности, есть возможность автоматизации. Технология создана под создание сложных деталей, массовый выпуск продукции. Класс точности тут 7-11. Точно понадобятся машины для литья в кокиль, металлические формы (кокили), система охлаждения.
У литья под высоким давлением высокая производительность, отличное качество поверхности. Таким способом можно получать тонкостенные детали. Это особенно важно для автомобилестроения, создания электротехнических изделий. Рабочее давление бывает от 20 до 100 МПа со скоростью заполнения форм в 10-100 м/с. Для работы понадобятся машины для литья, пресс-формы, система автоматизации.
С инжекционным литьем не проблема сложные формы с минимальной последующей обработкой. Особенно этот метод ценен при отливе деталей неформатной геометрии, в медицинской промышленности. Давление впрыска тут до 200 МПа при времени цикла от пары секунд до минут. В работе не обойтись без термопластавтомата, пресс-форм, системы подачи материала.
Резка
Лазерная резка характеризуется высокой точностью, минимальной зоной термического влияния. Таким способом режут сложные контуры в приборостроении, аэрокосмической промышленности. Толщина реза бывает до 40 мм (сталь) при скорости до 140 м/мин с точностью ±0,05 мм. Для работы понадобятся лазерный станок, система ЧПУ, компрессор подачи газа.
У плазменной резки высокая производительность даже при работе с толстым металлом. Это по достоинству ценят в судостроении, машиностроении, создании металлоконструкций. У этого вида обработки металла толщина реза до 160 мм со скоростью до 7,5 м/мин (сталь 10 мм) при точности ±0,5 мм. В работе не обойтись без плазменного резака, источника питания, системы подачи газа.
Преимущества газовой резки в низкой стоимости оборудования, возможности работы с толстыми металлами, мобильности. Ее используют в строительстве, демонтажных работах. Толщина реза тут до 300 мм со скоростью 0,1-0,8 м/мин и точностью ±1 мм. Для старта понадобятся газовый резак, баллоны с кислородом и горючим газом, редукторы, шланги.
Среди основных способов обработки металлов выделяется и простая циркулярная пила. Ее преимущества в высокой производительности, чистом резе, универсальности. Диаметр диска может быть от 200 до 600 мм при скорости вращения 1000-3000 об/мин. При этом глубина реза до 150 мм. Для работы понадобится циркулярный станок, пильные диски и система охлаждения.
Есть и гильотинная резка с точным прямолинейным резом и минимальной деформацией металла. Она подойдет для обработки листового металла, создания заготовок, металлоконструкций. Для стали толщина реза до 30 мм при длине до 6000 мм с точностью ±0,1 мм. Стандартный набор оборудования – это гильотинные ножницы, система подачи листа, упоры и зажимы.
Химическая обработка
Первое, что приходит в голову – это оцинковка. После нанесения цинкового слоя у изделия высокая устойчивость к коррозии. Изделие можно дополнительно покрасить поверх цинкового слоя. Технология востребована в автомобильной промышленности, строительстве, создании бытовой техники. Толщина покрытия 5-200 мкм со скоростью 0,5-2,0 мкм/год. Температура плавления цинка – 419°C. Не обойтись без ванны, системы нагрева и контроля температуры, выпрямителя тока (для гальванического цинкования).
Фосфатирование улучшает адгезию лакокрасочных покрытий, повышает стойкость к окислению, снижает коэффициент трения. Методика актуальна для автомобилестроение, производства крепежа, подготовки поверхности перед окраской. Толщина покрытия тут от 0,5 до 5 мкм при времени обработки 5-15 минут. Для работы понадобятся ванны фосфатирования, система нагрева и перемешивания растворов, оборудование для промывки и сушки деталей.
При гальваническом покрытии широкий спектр наносимых металлов, высокая точность нанесения, возможность создавать многослойные покрытия. Технология актуальна в ювелирной продукции, электронике, машиностроении. Толщина покрытия 0,1-100 мкм с плотностью тока 0,5-10 А/дм². Время обработки зависит от параметров заготовки (от пары минут до нескольких часов). Ключевое оборудование тут – гальванические ванны, выпрямители тока, системы фильтрации и циркуляции электролита.
При оксидировании повышается стойкость металла к коррозии, улучшается внешний вид, и электроизоляционные свойства (для алюминия). Назначение этого вида обработки металла – авиационная промышленность, производство инструментов, декоративная обработка металлов. Толщина покрытия тут 1-50 мкм со временем обработки 30-60 минут. Температура в процессе от 20 до 100°C. В работе понадобятся ванны оксидирования, системы нагрева и охлаждения, источники тока.
Химическим травлением можно обрабатывать сложные формы с высокой точностью без механических напряжений в материале. Это актуально для создания печатных плат, микроэлектроники, при подготовке поверхности перед другими видами обработки. Глубина травления здесь 0,01-1 мм со скоростью 0,5-50 мкм/мин. В работе не обойтись без ванны травления, системы вентиляции, оборудования промывки и нейтрализации.
Электрообработка
Процесс ЭЭО основан на эрозии материала заготовки под воздействием электрических разрядов между электродом-инструментом и заготовкой. Оба элемента погружены в диэлектрическую жидкость. При подаче импульсов тока происходит локальное расплавление и испарение материала. Продукты эрозии удаляются из зоны обработки потоком диэлектрика.
Преимущества метода:
Возможность обработки материалов любой твердости.
Высокая точность и качество обработки.
Отсутствие механического воздействия на заготовку.
Возможность создания сложных форм и полостей.
Минимальные деформации обрабатываемой детали.
Технология применима в штампах, пресс-формах для литья пластмасс, турбинных лопастях, в аэрокосмической промышленности, медицине. Точность обработки поверхности до 0,001 мм при шероховатости поверхности (Ra) 0,08-6,3 мкм. Скорость обработки зависит от режим (0,1-10 мм³/мин). Износ электрода – 0,1-10% от объема удаленного материала. Толщина обрабатываемого материала практически не ограничена.
Необходимое оборудование:
Электроэрозионный станок (прошивной или проволочно-вырезной).
Генератор импульсов.
Система подачи и фильтрации диэлектрической жидкости.
ЧПУ для управления процессом.
Электроды-инструменты (медь, графит, вольфрам).
Приспособления для крепления заготовки и электрода.
Измерительные приборы для контроля точности.
Электроэрозионная обработка эффективна при работе с твердыми и труднообрабатываемыми материалами. При этом процесс относительно медленный и энергозатратный, что ограничивает его применение в массовом производстве.
Заказать звонок
Написать на почту
Telegram
0 комментариев