Виды металлообработки

Металлообработка – это технологический процесс, при котором на металлы или сплавы оказывается физическое воздействие специальными инструментами. В итоге меняются геометрические параметры материалов или их физико-механические характеристики. Результатами металлообработки становятся детали, сборочные узлы и металлоконструкции для строительства, бытовой сферы и всевозможных отраслей промышленности.

Технологии металлообработки

Обработка металла

Для придания материалам заданных размеров, форм и свойств используются разные виды металлообработки:

Механическая обработка давлением или резанием – воздействие при помощи пресса или режущего инструмента.
Литье – отлив деталей заданной формы из расплавленного материала.
Сварка – соединение нескольких металлических элементов при помощи сварочной технологии.
Термическая обработка – нагрев цветных металлов или стали, их выдержка при определенной температуре и охлаждение с целью изменения характеристик.
Художественная обработка – ковка, художественное литье или чеканка. Создание металлоизделий с высокими декоративными качествами.
Электрообработка, пример – прокалка. Подразумевает прохождение через металл электрического разряда. Различают электроискровую и электрохимическую обработку, которая делает поверхность блестящей.
Резка – разделение заготовок на составляющие определенных размеров и формы. К категории металлорежущего оборудования относятся лазерная резка, газокислородные и плазменные установки, буровые прессы и гильотины, сверлильные и гидроабразивные, расточные и отрезные, токарные и фрезеровочные станки. На современных производствах доминирует бесконтактная тепловая резка.

В зависимости от поставленных задач разные способы обработки металлов применяются самостоятельно или сочетаются друг с другом.

Виды механической обработки металлов

Мехобработка – это воздействие на заготовку фрезой, сверлом, резцом или другим инструментом для придания ей заданных размеров. При этом внутренняя структура металла или сплава остается неизменной. Все виды мехобработки делятся на 2 группы:

Операции резания – снятие с заготовки припусков материала с помощью режущего инструмента металлообрабатывающего станка. Тип механической обработки металлических изделий зависит от особенностей обрабатываемой поверхности, заданного класса точности, размеров детали и значений шероховатости. По технологии резания обрабатывается сортовой прокат черных и цветных металлов.
Воздействие давлением или ударом, в результате которого заготовка подвергается пластической деформации и приобретает нужную форму с сохранением целостности. Часто перед воздействием давлением материал нагревается для снижения прочности и твердости. Металлообработка давлением используется для улучшения структуры и физико-механических характеристик материала, уменьшения его усадочной пористости и химической неоднородности, повышения прочности и эластичности. Это в нашем случае гибка металла или штамповка металла.

Методы мехобработки резанием

Метод	Особенности	Используемое оборудование
Точение, токарные работы	Закрепленная в шпинделе заготовка вращается с определенной скоростью, а установленный в суппорте резец выполняет продольно-поперечные движения. Так обрабатываются тела вращения в форме конуса или цилиндра, спиральные и винтовые поверхности. Кроме строгания (срезания стружки), к токарным работам относятся торцевание, отрезание, снятие фасок, выполнение канавок и обработка галтелей.	Станки токарной группы.
Сверление	Выполнение в заготовках глухих или сквозных отверстий заданного диаметра и глубины, в т. ч. многогранных отверстий. Для сверления различных металлоизделий используются сверла из быстрорежущих сталей, сверла с твердыми сплавами, боразоном, алмазом.	Станки сверлильной группы.
Зенкерование	Вид получистовой обработки материалов, при котором цилиндрические и конические отверстия в деталях доводятся до нужных размеров, гладкости и класса точности. Выполняется при помощи цельных или насадных зенкеров – многолезвийных инструментов с осью вращения.	Сверлильные и токарные станки. Реже – расточные, фрезерные и агрегатные.
Шлифование	Технология чистовой и отделочной металлообработки, при которой с поверхности деталей снимается тонкий слой материала. В результате изделия доводятся до нужных размеров и заданного уровня шероховатости.	Шлифовальные станки с абразивными кругами разной зернистости, для цветных металлов – алмазные инструменты.
Фрезерование	Бывает фасонным, концевым, периферийным и торцевым. Вращающаяся фреза воздействует на продольно движущуюся заготовку и вытачивает необходимые элементы. Фреза движется в нескольких направлениях и позволяет выполнять множество операций. Так производится фрезеровка профилей, создаются канавки, подсечки, шпонки, колодцы, полости и отверстия, наносятся фаски и резьба.	Фрезерные станки с разнообразными фрезами.
Зубофрезерование, зубонарезные работы	Тип лезвийной металлообработки, в результате которого с высокой точностью, отличным качеством поверхности, одинаковым шагом и глубиной резьбы нарезаются зубчатые колеса эвольвентного профиля. Так производятся червячные колеса, всевозможные детали с прямыми и косыми зубьями, цилиндрические колеса внешнего зацепления.	Зубофрезерные станки с червячными модульными фрезами.
Долбление	Вид металлообработки, близкий к строганию. Основной инструмент – долбяк – выполняет возвратно-поступательные движения, придавая заготовке необходимые размеры и формы. Он выполняет шпоночные пазы, шлицы, зубья.	Вертикально-долбежные станки, строгальные, универсально-фрезерные, вертикально-фрезерные с долбежными головками.

Способы мехобработки давлением

Метод	Особенности	Используемое оборудование
Прокатка	Используется для производства листового металлопроката и трубопроката, валов, втулок, осей, гильз, профилей. Бывает продольной, поперечной и поперечно-винтовой.	Прокатный стан с вращающимися валками.
Штамповка – объемная и листовая	Изменение формы и размеров заготовки под давлением штампа. Часто используется по отношению к тонколистовому металлу. Лист помещается между матрицей и пуансоном, сгибается и приобретает необходимую форму. Штамповка бывает горячей и холодной, импульсной и валковой, разделительной и формообразующей. Разновидностями разделительного штампования являются вырезка, пробивка, резка. К формообразующим операциям штамповки относятся гибка, формовка, вытяжка, обжим и отбортовка.	Штамповочный пресс. Гидравлический или кривошипно-шатунный пресс. Для резки – гильотинные ножницы, вибрационные и дисковые станки.
Прессование	Выдавливание холодного или нагретого металла на оборудовании со сменной матрицей. Материал под давлением пресс-штемпеля выдавливается через отверстие в матрице, приобретает необходимую форму, плотность и характеристики.	Прессы высокого давления.
Волочение	Создание изделий с заданной формой поперечного сечения. Заготовки фасонного или круглого профиля проводятся сквозь отверстия меньшего сечения, утончаясь и удлиняясь. Так производятся металлические прутки, профили, трубы, проволока. Волочение бывает холодным и горячим, сухим и мокрым, одно- и многократным, черновым и чистовым.	Волочильные станы.
Ковка	Подразумевает нагрев определенных участков заготовки и их механическую деформацию. Нагретый металлический прут деформируется и приобретает необходимую форму. В результате получаются уникальные изделия с высокими эстетическими качествами.	При ручном методе – молот, на современных производствах – пресс.

Технология литья

Эта технология обработки металлов и сплавов используется для получения изделий из чугуна, стали, сплавов на основе меди, магния, цинка и алюминия. При литье расплавленный металл заливается в литейные формы и застывает, превращаясь в отливки
заданных размеров и форм. Есть несколько технологий литья, включая методы с дополнительным использованием давления. Новые технологии литья позволяют создавать отливки миниатюрных размеров с превосходной точностью.

Сварка

Сварка металлических элементов – это технология их прочного соединения в единую конструкцию. Все способы сварки делятся на 2 группы:

Сварка плавлением – электрическая (дуговая или контактная), с использованием электродуговых аппаратов с электродами или полуавтоматов с присадочной проволокой.
В месте соединения детали разогреваются до температуры плавления материалов, их жидкие фазы смешиваются и после остывания создают прочный сварной шов. Для защиты области сваривания от окисления используются электроды со специальной обсыпкой, сварка с подачей инертного газа и сварка под флюсом. Этот гранулированный порошок при нагреве расплавляется и защищает область сваривания образовавшейся пленкой. После процесса обработки металла оставшийся шлак легко убирается шлифовкой.
Сварка пластическим деформированием, в т. ч. холодная – детали сдавливаются (с предварительным местным нагревом или без него) и формируют сварной шов. Нагрев осуществляется газом, электротоком или другим способом.

Виды термической обработки

Технология	Процесс	Результат
Отжиг	Нагрев до предела пластичности, выдержка и постепенное охлаждение вместе с печью.	Улучшенная ковкость, вязкость и пластичность, уменьшенная прочность и твердость, устранение внутренних напряжений, получение равновесной структуры.
Закалка	Нагрев и выдержка при высокой температуре, затем стремительное охлаждение в воде или масле.	Повышенная прочность, твердость из-за неравновесной структуры, устойчивость к сжатиям и растяжениям.
Отпуск	Вторичный нагрев, выдержка и охлаждение после закалки. Применяется для прочных сталей и закаленных сплавов.	Компенсация нежелательных эффектов.
Старение	Медленная и длительная смена температуры. Применяется для сплавов, закаленных без полиморфного превращения.	Усиление прочности и твердости сталей с содержанием Mg, Al, Ni, Cu.
Нормализация	Аналог отжига с остыванием на открытом воздухе.	Изменение зернистости, улучшение ковкости.
Химико-термическая обработка	Изменение химического состава, структуры деталей и свойств их поверхности. Насыщение другими элементами. Сильный нагрев и длительная выдержка.	Придание сплаву однородной структуры. Повышение износостойкости, твердости, устойчивости к коррозии, контактной выносливости и сопротивления усталости.
Термомеханическая обработка	Пластическая деформация, применяемая для сплавов магния и алюминия.	Повышение плотности дислокации кристаллического строения, улучшение механических характеристик.

Типы резки металла

Технология	Особенности	Преимущества
Лазерная резка	Сфокусированный лазерный луч расплавляет лист четко по линии реза.	Экономичность, универсальность, высокое качество кромок, точная и тонкая линия реза, экономия материала, автоматическое выполнение раскроя любой сложности.
Плазменная резка	Сжатая режущая дуга эффективно режет токопроводные материалы: высоко- и низкоуглеродистые, высоколегированные и конструкционные стали, нержавейку, чугун, титан, биметаллы, цветметы.	Быстрота и качество резки, широкие возможности применения, экономичность.
Газокислородная резка	Направленная струя технически чистого кислорода с температурой выше 1000 °С прожигает материал по линии реза и выдувает продукты сгорания.	Эффективная резка металла толщиной от 5 до 200 см, включая углеродистые средне- и низколегированные стали толщиной 1–200 мм.
Гидроабразивная резка	Водная струя с примесью абразивных частиц подается на материал под давлением до 5000 атм. и режет его на молекулярном уровне.	Создание деталей сложной формы с точным соблюдением размеров. Сохранение физико-механических характеристик материала. Исключение риска деформации. Возможность резки всевозможных металлов и сплавов в пределах толщины 300 мм.

Выбор технологий металлообработки

Методы обработки деталей выбираются в зависимости от поставленных задач, необходимых изменений в структуре или свойствах металла, размеров заготовок и конечных изделий, заданного класса точности и других факторов. На нашем производстве в Федоровском, в 40 км от Санкт-Петербурга, работает большой парк высокотехнологичного оборудования для разных видов металлообработки. Это станки с ЧПУ управлением, в которых львиная доля операций выполняется автоматически по введенным в компьютер чертежам и параметрам.