Механическая обработка металла. оборудование, принцип работы, виды

Термические операции механической обработки металла

Для многих результатов требуется нагрев элемента с последующим охлаждением. Это позволяет увеличить прочность, изменить кристаллическую структуру, а также совершить деформации, например, ковку. Различают следующие виды термообработки.

Отжиг

В результате увеличения температуры до предела пластичности с последующим снижением жара вместе с печью уменьшается твердость, но становится проще обрабатывать деталь. Часто используется перед штампованием или ковкой.

Закалка

Это аналогичная процедура, но она включает еще один этап – повышенные градусы держат достаточно долго для того, чтобы структура стабилизировалась. А охлаждение происходит не медленно, а быстро – в минеральном масле или просто в воде. Это нужно для того, чтобы снять внутреннее напряжение, образованное после литья, а также для таких элементов, которые испытывают постоянное механическое воздействие в период эксплуатации.

Отпуск

Это повторный нагрев после закалки, который позволяет закрепить все проявившиеся качества, но при этом снизить повышенную хрупкость. Повторное нагревание значительно менее интенсивное.

Старение

Редко используется искусственная стимуляция процессов, которые происходят при стандартном изменении в течение времени.

Нормализация

Это изменение структуры – если сперва после литья химическая решетка с крупным зернами, то после операции она становится мелкозернистой. Это сильно повышает ковкость, но прочность не страдает. В статье мы рассказали про разные технологии механической обработке металла и показали фото. В качестве завершения темы посмотрим короткий ролик.

Сварка

Происходит нагрев до температуры пластичности или до плавления кромок. Далее элементы соединяют, получая одну цельную деталь.

Существует три вида технологии металлообработки сваркой:

• Химическая. Нагрев происходит во время химической реакции. Обычно используют, когда невозможно выполнить нагрев электрооборудованием или газовым баллоном;
• Газовая. Металл нагревают газовой горелкой и с ним выполняют дальнейшую сварку либо резку;
• Электросварка. Наиболее часто применяемый способ. Используют для нагрева или расплавления металла.

Электросварка бывает:

• Дуговая. Используется тепло электрической дуги. Сварочные работы проводятся в атмосфере инертных газов сварочным оборудованием с электродами;
• Контактная. Происходит нагревание сильным электрическим током. Бывает двух видов: точечная и роликовая. Точечной контактной электросваркой элементы соединяют в отдельных точках, а роликовой – по всей поверхности сплошным швом.

Сварку применяют для соединения трубопроводов, строительных конструкций, кузовов автомобилей. Она хорошо сочетается с остальными видами металлообработки.

Виды металлообрабатывающих станков

Добавить свою компанию в каталог

Главная / Статьи / Статьи о разном / Виды металлообрабатывающих станков Современную промышленность нельзя представить без такого оборудования как станок металлообрабатывающий. Поскольку металл по-прежнему остается одним из самых востребованных материалов в машиностроении, строительстве и других отраслях, для металлообработки применяют разные виды станков. Их классификация представлена ниже. — Токарные станки. Этот вид станков является одним из самых древних (первое упоминание 650 г. до н.э.) и наиболее известных. Токарные станки в свою очередь подразделяются на следующие подвиды: токарно-винторезные, токарные карусельные, колесотокарные, станки для торцовой резьбы и т.д. — Заточные станки. Этот вид станков применяется для затачивания какого-либо режущего инструмента. Среди них можно выделить специализированные станки и универсальные. Специализированные предназначены для заточки одного типа инструментов, а универсальные станки можно применять для затачивания метчиков, фрез, зенкеров зуборезных головок и т.д. — Вертикальные расточные станки. Этот вид станков, наоборот, применяется для растачивания  гильз моторов и блоков цилиндров в автомобилях, отверстий в различных деталях, для сверления и подрезания торцов. — Круглошлифовальные станки. Это оборудование предназначено для наружнего шлифования деталей конической и цилиндрической формы. — Карусельные станки. Этот вид станков применяется во время обработки тяжелых деталей, имеющих большой диаметр. Карусельный станок обтачивает и растачивает различные конические и цилиндрические поверхности, подрезает торцы, сверлит, прорезает кольцевые канавки и т.д. Карусельные станки могут быть 2 типов: двухстоечные (для деталей с диаметром больше 200 см) и одностоечные. — Листогибочные станки. Этот вид станков часто используют на производственных площадках для гибки листов металла. — Сверлильные станки. Станки данного типа являются узкоспециализированными и применяются только для сверления различных деталей и заготовок. Среди них встречаются радиально-сверлильные и вертикально-сверлильные станки.   Применение гранулированного пенополистиролаПенополистирол — современный материал, нашедший широкое применение в различных сферах жизни и деятельности человека. В строительстве для утепления домов он используется в виде панелей или плит, но… Форматно-раскроечный станок своими руками — ФотоДелаем мебель своими рукамиПри изготовлении корпусной мебели своими руками одной из проблем является качество спила ламинированного ДСП. Достичь хорошего качества без использования специального…

Обработка давлением

Если механические виды обработки металлов не подходят и требуется сохранить целостность заготовки, мастера могут применять оборудование, работающее с давлением. Технологические процессы в этом случае разделяются на две группы:

1. Штамповка. Для этого метода используются два ключевых элемента — пуансон и матрица. Между этими деталями помещается обрабатываемая заготовка. Далее с помощью усилия она сдвигается. Заготовка принимает форму матрицы. Существует горячая и холодная штамповка. В первом варианте деталь изначально подвергается нагреванию.
2. Ковка. В давние времена кузнецы ковали оружие и доспехи. Для этого заготовка разогревалась в горне, а после этого по ней наносились удары с помощью молота. Так изменяется структура материала и улучшаются его характеристики.

Сейчас при ковке используются пневматические молоты и промышленные печи.

Один из наиболее древних способов обработки металлов

Литье – это процесс изготовления отливок путем заливки литейных форм расплавленным металлом. После отвердевания металлический расплав приобретает конфигурацию внутреннего пространства формы. Современные технологии литья обеспечивают возможность изготавливать отливки сложных форм с минимально возможными припусками на дальнейшую механообработку.

Типы обработки металла литьем:

• В песчаные формы. Это самая массовая и недорогая литейная технология, позволяющая изготавливать грубые заготовки. Отверстия и полости в них образуют с помощью стержней, помещаемых в форму для литья.
• В кокиль – разборную, чаще всего металлическую форму. Методика позволяет получать качественные полуфабрикаты. Отвердевшее изделие извлекают из кокиля.
• Под давлением в пресс-формах. Способ применяется в основном для цветных сплавов и некоторых марок стали.
• По выплавляемым моделям. Этот метод позволяет изготавливать сложные по форме изделия. Для этого из стеарина и другого материала изготавливают высокоточную модель детали, а затем на нее наносят суспензию, формирующую оболочку. Высушенную и прокаленную оболочковую форму заполняют металлическим расплавом. Охлаждение –на открытом пространстве или в термостате.

Новейшие разработки в производстве сложных и малоразмерных деталей

Какая бы совершенная не была механическая обработка у нее есть свой предел по минимальным габаритам производимой детали. В современной радиоэлектронике используются многослойные платы, содержащие сотни микросхем, каждая из которых содержит тысячи микроскопических деталей. Производство таких деталей может показаться волшебством, но это возможно.

Электроэрозионный метод обработки

Технология основана на разрушении и выпаривании микроскопических слоев металла электрической искрой.

Процесс выполняется на роботизированном оборудовании и контролируется компьютером.

Ультразвуковой метод обработки

Этот способ похож на предыдущий, но в нем разрушение материала происходит под воздействием высокочастотных механических колебаний. В основном ультразвуковое оборудование применяют для разделительных процессов. При этом ультразвук используется и в других областях металлообработки ‒ в очистке металла, изготовлении ферритовых матриц и др.

Электрическая обработка

Технология металлообработки с использованием электрических зарядов подразумевает под собой обработку материала с помощью специального оборудования. Они частично разрушают металлические заготовки.

Технологический процесс:

1. На электрод, изготовленный из графита или латуни, подаётся высокое напряжение.
2. Он соприкасается с обрабатываемой поверхностью.
3. Появляется искра и металл начинает расплавляться.

Чтобы частицы металла не разлетались, в пространство, остающееся между электродом и обрабатываемой поверхностью, заливают специальное масло. Оно улавливает металлические частицы.

Виды обработки

Обрабатываемый давлением металл в зависимости от используемой технологии подвергается:

1. прокатке;
2. ковке;
3. прессованию;
4. волочению;
5. объемному штампованию;
6. листовому штампованию;
7. обработке, выполняемой комбинированными способами.

Основные виды обработки металла давлением

Прокатка

Прокатка – это обработка давлением заготовок из металла, в ходе которой на них воздействуют прокатные валки. Целью такой операции, для выполнения которой необходимо использование специализированного оборудования, является не только уменьшение геометрических параметров поперечного сечения металлической детали, но и придание ей требуемой конфигурации.

Виды прокатных валков

На сегодняшний день прокатку металла выполняют по трем технологиям, для практической реализации которых необходимо соответствующее оборудование.

Продольная

Это прокатка, являющаяся одним из самых популярных методов обработки по данной технологии. Сущность такого способа обработки металла давлением заключается в том, что заготовка, проходящая между двумя валками, вращающимися в противоположные стороны, обжимается до толщины, соответствующей зазору между этими рабочими элементами.

Поперечная

По такой технологии обрабатывают давлением металлические тела вращения: шары, цилиндры и др. Выполнение обработки данного типа не предполагает, что заготовка совершает поступательное движение.

Поперечно-винтовая

Это технология, которая представляет собой нечто промежуточное между продольной и поперечной прокаткой. С ее помощью преимущественно обрабатываются полые металлические заготовки.

Виды прокатки металла

Ковка

Такая технологическая операция, как ковка, относится к высокотемпературным методам обработки давлением. Перед началом ковки металлическую деталь подвергают нагреву, величина которого зависит от марки металла, из которого она изготовлена.

Обрабатывать металл ковкой можно по нескольким методикам, к которым относятся:

• ковка, выполняемая на пневматическом, гидравлическом и паровоздушном оборудовании;
• штамповка;
• ковка, выполняемая вручную.

При машинной и ручной ковке, которую часто называют свободной, деталь, находясь в зоне обработки, ничем не ограничена и может принимать любое пространственное положение.

Ручная ковка используется в кузнечных мастерских при изготовлении небольшого количества изделий

Машины и технология обработки металлов давлением по методу штамповки предполагают, что заготовка предварительно помещается в матрицу штампа, которая препятствует ее свободному перемещению. В результате деталь принимает именно ту форму, которую имеет полость матрицы штампа.

К ковке, относящейся к основным видам обработки металлов давлением, обращаются преимущественно в единичном и мелкосерийном производстве. Разогретую деталь при выполнении такой операции располагают между ударными частями молота, которые называются бойками. При этом роль подкладных инструментов могут играть:

• обычный топор:
• обжимки различных типов;
• раскатка.

https://youtube.com/watch?v=o5dt6DLYkto

Прессование

При выполнении такой технологической операции, как прессование, металл вытесняется из полости матрицы через специальное отверстие в ней. При этом усилие, которое необходимо для осуществления такого выдавливания, создается мощным прессом. Прессованию преимущественно подвергают детали, которые изготовлены из металлов, отличающихся высокой хрупкостью. Методом прессования получают изделия с полым или сплошным профилем из сплавов на основе титана, меди, алюминия и магния.

Прессование в зависимости от материала изготовления обрабатываемого изделия может выполняться в холодном или горячем состоянии. Предварительному нагреву перед прессованием не подвергают детали, которые изготовлены из пластичных металлов, таких как чистый алюминий, олово, медь и др. Соответственно, более хрупкие металлы, в химическом составе которых содержится никель, титан и др., подвергаются прессованию только после предварительного нагрева как самой заготовки, так и используемого инструмента.

Установка холодного прессования изделий из листового металла

Прессование, которое может выполняться на оборудовании со сменной матрицей, позволяет изготавливать металлические детали различной формы и размеров. Это могут быть изделия с наружными или внутренними ребрами жесткости, с постоянным или разным в различных частях детали профилем.

Используемое оборудование

Механообработка применяется на специализированных предприятиях, обеспеченных достаточным количеством производственных площадей и необходимого оборудования.

Для снятия поверхностных слоев изделие обрабатывается на токарном станке и фрезерных установках. Наиболее востребованными среди них являются:

• токарные центры с ЧПУ;
• вертикально-фрезерные станки.

Новые модели рабочих приспособлений позволяют соблюдать высокую точность геометрии и шероховатость поверхности.

Оборудование, позволяющее обрабатывать материал механическим способом, представлено в широком разнообразии. Каждое предприятие самостоятельно принимает решение о необходимости приобретения того или иного устройства. Например, на некоторых производствах установлены карусельные станки, способные обрабатывать изделия до 9 метров в диаметре.

К числу стандартного оборудования, которым укомплектовывается любое предприятие, обрабатывающие металлические изделия механическим способом, относятся следующие устройства:

• фрезерные;
• зубофрезерные;
• радиально-сверлильные;
• горизонтально-сверлильные;
• вертикально-сверлильные.

Химическая и механическая обработка

Применяются методы термического воздействия с применением химии для насыщения металла элементами, например, углеродом. Такой способ воздействия называется химикотермический. А если на изделие в процессе его остывания воздействовать механически, придавая ему нужную форму, то это термомеханическая обработка.

Сварка

Прочное соединение двух и более металлических деталей между собой.

При сварке изделия нагревают в месте предполагаемого шва до расплавления. Затем атомы соединяемых деталей смешиваются, при остывании образуя шов.

В обычных условиях невозможно соединить детали, сдавливая их между собой, дело в том, что поверхность металла загрязнена разными веществами. В том случае, когда материал нагревается и плавиться, высвобождаются свежие слои металла, поэтому их соединение становится возможным.

Выделяют три вида сварки:

• термическая,
• термомеханическая,
• механическая.

Тепловое или термическое воздействие на детали подразумевает нагрев без применения дополнительного давления. Тепло получают от электрической дуги (электрическое воздействие), газового пламени.

При термомеханическом соединении детали нагревают лишь до состояния их пластичности, после чего плотно соединяют их, сдавливая друг с другом.

При сварке с применением давления металл деформируют до такой степени, что он начинает растекаться, как вода.

Сварка с применением давления

Стекают загрязненные слои, обнажая свежий слой. Затем начинается химическая реакция, соединяющая детали вместе.

Такой процесс происходит только с применением автоматики. Человек не обладает достаточной силой, чтоб привести к таким реакциям. Такая сварка применима в том случае, когда нужно соединить большие детали с толстыми стенками.

Ручная сварка

В быту чаще используют переносные сварочные аппараты, способные сварить конструкции из металлов небольшой толщины. Здесь используется принцип электрической дуги.

При помощи специального электрода вызывают короткое замыкание на свариваемое изделие. Возникает устойчивый дуговой разряд порядка 6 тыс. градусов по Цельсию. Затем, на расстоянии 2–5 миллиметров между электродом и изделием происходит сварочный процесс. В итоге получается прочный шов, способный выдержать большое давление извне.

Сварка под флюсом

В условиях производства используют автоматическую сварку под флюсом.

Процесс сварки под флюсом

Его насыпают на свариваемые изделия слоем в 50–60 миллиметров. Затем приступают к сварке.

Сначала нагревается сам флюс, и сварка происходит в газовой среде флюса, в то время как сам металл не подвергается воздействию кислорода. Шов такой сварки получается прочнее ручной сварки.

Обработка давлением

Для придания будущему изделию нужной формы, при изготовлении полуфабрикатов и деталей, на него воздействуют давлением. При этом свойства материала не изменяются, меняется только форма.

Существуют следующие способы воздействия давлением:

• ковка,
• штамповка,
• штамповка листовая,
• прокатка,
• прессование,
• волочение.

Ковка

Древнейший метод обработки – ковка. Металл нагревают до пластичного состояния, после чего придают ему нужную форму при помощи специальных инструментов. В древние времена с помощью ковки кузнецы изготавливали оружие, орудия работы, инструменты. Сейчас ковка больше используется в архитектуре, при создании узора ворот, поручней лестниц.

А также ковка возможна без предварительного нагрева. Нужную форму придают, изгибая определенным образом. При таком способе нужна будет дополнительная обработка металла, ведь появляются погрешности в работе.

Штамповка

Автоматизированный процесс, с применением станков. Будущую деталь либо помещают в специальную форму, после чего подвергают давлению, либо воздействуют на нее штампом заданной формы. В первом случае получают объемные изделия, во втором используют листовой металл.

При прокатке металл пропускают между двух крутящихся валиков. На выходе получают гладкие листы. Процесс волочения похож на прокатку, однако, получаются не листы, а проволока. А также используется комбинированное воздействие давления на металл.

Электрическая обработка

Одна из последних стадия обработки.

Такая обработка металлов применяется для особо твердых сплавов, требующих ювелирной работы и не поддающихся воздействию другими способами. Все этапы процесса выполняются скрупулезно, придерживая необходимые условия для получения качественного материала.

А также электрической обработкой вырезают в изделии мелкие отверстия, зазубрины, делают гравировку.

Изготовление изделий из цветных металлов

Изделия из металла составляют значительную часть продукции промышленности. Они пользуются спросом как на внутреннем, так и на международных рынках. Продажа готовых изделий более перспективное направление в сравнении с поставками металла. Именно поэтому, помимо предприятий металлургического комплекса, создаются заводы по металлообработке, которые выпускают разные виды металлопроката и других изделий.

Продукция из цветных металлов выпускается из сплавов алюминия, титана, меди, никеля, цинка, свинца, магния, латуни, бронзы и т. д.

Потребителями таких изделий выступают российские и зарубежные компании, которые работают в отраслях, выпускающих продукцию общественного потребления:

• производство транспортных средств (самолеты, автомобили, ЖД транспорт и др.);
• выпуск упаковочных материалов и продукции для строительства;
• производство электротехнических изделий.

Несмотря на то, что РФ входит в число стран, которые лидируют по объемам производства алюминия, уровень потребления алюминиевого проката на внутреннем рынке остается достаточно низким. В настоящее время Россия больше импортирует готовые изделия из алюминия. Похожая ситуация наблюдается с прокатом тяжелых цветных металлов. Объемы цветного металлопроката на основе бронзы, латуни и меди остаются достаточно низкими. Эта отрасль обеспечивает исключительно спрос внутреннего потребителя.

Международные компании чаще всего готовы покупать в РФ крупные объемы металла и полуфабрикатов, но не готового металлопроката. На фоне низкого уровня загруженности мощностей российских предприятий металлообрабатывающей отрасли осуществляется ввоз в РФ изделий из тяжелых цветных металлов.

Еще один важный сегмент продукции цветной металлургии составляют твердосплавные материалы, обладающие высокой прочностью и режущими характеристиками. Их используют для производства режущих, штамповочных и измерительных инструментов.

Широкое распространение на рынке изделий из металла получили жаропрочные материалы. Их уникальные характеристики позволяют сопротивляться текучести и разрушению при воздействии высоких температур. Жаропрочные сплавы производят на основе железа, никеля, кобальта, титана, молибдена, ниобия, бериллия.

Из таких сплавов изготавливают детали паровых и газовых турбин, детали двигателей, обшивки и наружные элементы корпусов сверхзвуковых летательных аппаратов.

В перечень продукции цветной металлургии входят также материалы на основе графита (электроды, огнеупорные блоки, электродная масса и т. д.). Такая продукция в больших объемах используется алюминиевыми заводами.

Сварка

Это основной используемый метод соединения двух и более металлических элементов. Сварной шов получается благодаря расплавлению металла в образуемой электродугой ванне. При застывании он становится очень прочным, почти монолитным с остальной поверхностью. Есть разные методы сваривания, самые распространенные:

• ручной электродуговой с электродами;
• полуавтоматический с помощью присадочной проволоки.

Разновидности аппаратов и технологию проведения дуги, режим выбирают в зависимости от материала и необходимой цели. В ряде случаев перед сваркой проводятся предварительные процедуры – зачистка, обрезка кромок, разделка.

Разновидности ковки

Классификация процессов ковки металла может быть произведена по следующим параметрам:

• По виду применяемого оборудования – ручная или на приводных ковочных машинах;
• По температуре обрабатываемого металла – горячая, полугорячая или холодная;
• По материалам – ковка стали или цветных металлов/сплавов.

Выбор технологии определяется размерами готовой поковки, серийностью производства и точностью размеров готовой продукции.

Горячая

Поскольку в нагретом состоянии металл обладает наилучшей пластичностью, то горячая ковка – преобладающий вид рассматриваемого процесса. Выбор ковочной температуры зависит от марки металла. Например, для обычных углеродистых сталей исходным пунктом выбора всегда является диаграмма «железо-углерод». Для доэвтектоидных сталей температура нагрева металла выше, чем для заэвтектоидных, причём с уменьшением количества углерода температура начала ковки выше.

Средний диапазон ковочных температур – от 1200С до 800С, однако мастера кузнечного дела никогда не оперируют понятием «температура нагрева», а вместо него используют два показателя – температура начала и конца ковки. Дело в том, что при выгрузке из печи металл начинает остывать; в зависимости от поперечного сечения болванки или слитка падение температуры может составлять до 100С/10 мм поперечного сечения, поэтому металл нагревают до температур, которые примерно на 30С превышают верхнюю границу ковки.

При превышении температуры неопытными нагревальщиками могут произойти два неприятных явления – перегрев и пережог металла. В первом случае структура нагретого металла становится крупнозернистой, что повышает опасность растрескивания заготовки, особенно при интенсивном формоизменении. Перегрев устраняется медленным охлаждением исходной заготовки и её повторным нагревом до необходимых температур. Если же ещё больше перегреть заготовку, наступает пережог металла, сопровождающийся необратимыми изменениями в его микроструктуре. В частности, происходит расплав неметаллических включений (например, серы), и исправить такой брак уже невозможно.

Конец ковки обычно соответствует условиям образования крупных зёрен в структуре, когда сопротивление металла пластическому деформированию резко возрастает (особенно – для сталей с повышенным содержанием углерода). Это приводит к возрастанию потребного деформирующего усилия и снижает стойкость инструмента.

Ручная

Используется в мелких ремонтных мастерских, а также на предприятиях, которые занимаются технологическими процессами художественной ковки. Здесь процессы металлообработки максимально приближены к условиям работы кузнецов прошлого: для нагрева исходного металла используются открытые печи – горны, в качестве рабочего инструмента применяют ручной молот и наковальню, а для подачи воздуха – кузечные меха с механизированным приводом.

Специфической операцией ручной ковки является кузнечная сварка встык нескольких фрагментов исходной заготовки, при которой обжим соединяемых участков происходит за счёт комбинированного термо-силового воздействия на металл. Поскольку термические напряжения, присущие традиционным видам сварки, здесь отсутствуют, то работоспособность и долговечность сваренного стыка заметно выше.

Холодная

Процесс ковки металла, при котором температура исходной заготовки составляет не более 25 % от температуры плавления металла, из которого она изготовлена, называют холодной ковкой. Не слудет путать понятие холодной ковки с понятием ковки металла при комнатной температуре: например, пластическая обработка свинца в большинстве случаев будет отвечать условиям горячей ковки, а деформирование вольфрама при температуре 650…700С – условиям холодной деформации.

Холодная ковка распространена в небольших мастерских, которые занимаются изготовлением малых форм из металла – статуэток, навесов, перил, баллюстрад и т.п. Исходным видом металлопроката служит здесь профилированный металл – прутки, полосы, а преобладающим видом пластического деформирования – гибка, скручивание, чеканка. Холодной ковке подвергают преимущественно цветной металлопрокат, окалинообразование на поверхности которого практически отсутствует.

Термическая металлообработка

Использование высоких температур предназначается для улучшения характеристик стали. У каждого сплава свои предельные границы, на которых разрушается или меняется кристаллическая решетка, после остывания обычно становится прочнее.

Отжиг

Служит для повышения пластичности и ковкости, то есть в основном используется перед другими методами обработки. Обычно применяется после литья, чтобы убрать внутреннее напряжение в заготовке. Для проведения операции сталь нагревают и оставляют медленно остывать прямо в печи.

Закалка

Задача – повышение твердости, но при этом может увеличиться и хрупкость. Отличие процесса в том, что после нагрева некоторое время поддерживается большая температура, в то время как охлаждение, напротив, очень стремительное – в масле или воде.

Отпуск

Это второй этап после закалки для снижения хрупкости. Фактически это вторичный разогрев с медленным остыванием, но при менее высоких температурных воздействиях.

Старение

Это способ декоративного оформления, чтобы получить красивую состаренную поверхность, но не испортить основные качества.