Процесс обработки металла: 7 основных методов

О чем речь? Процесс обработки металла напрямую зависит от выбранного метода. Различают литье, термическую, электрическую и химическую металлообработку, сварку, под давлением.

На что обратить внимание? Следует учитывать внешние факторы работы будущей детали и то, для каких целей она будет использоваться. Также важно соблюдать технику безопасности.

7 основных методов обработки металла

Процесс обработки металла может осуществляться разными методами:

Литье

Данная технология имеет многовековую историю. Суть литьевого процесса обработки металлов состоит в нагревании материала до жидкого состояния. Затем его разливают в специальные формы. После остывания металл твердеет и формируется так называемая отливка. Она в точности повторяет конфигурацию заливочной формы.

Современные технологии дают возможность создавать отливки с малыми габаритами, обеспечивая очень высокую точность размеров.

Технология может применяться для следующих металлов:

• Черных (к ним относятся около 90 % сплавов). Такие сплавы востребованы для изготовления деталей транспортных средств, станков, строительных конструкций, различного оборудования и др.
• Цветных легких (алюминий, магний, титан и др.). В эту категорию входят дорогостоящие материалы, которые в очень небольших количествах встречаются в естественной среде. Легкие цветные металлы используются в тех отраслях, где важно обеспечить небольшой вес изделий (аэрокосмическая промышленность, производства смартфонов, бытовой техники, вычислительных устройств и т. д.).

Фото: andrey.a.v / Freepik

• Благородных (Au, Pt, Ag, Ir, Os, Pd, Rh, Ru). Золото, платина и серебро еще в древности использовались как украшения, средства оплаты и накопления. Да и в наше время благородные металлы – прекрасный вариант капиталовложений. Их уникальные физико-химические характеристики способствуют широкому применению в медицине.
• Цветных тяжелых (Zn, Pb, Sn, Ni, Cu). Такие материалы применяют для производства упругих сплавов, отличающихся прочностью и устойчивостью к коррозии. Эти металлы востребованы в производстве транспорта, электроники и в химической промышленности.

Основные методы литья:

• Традиционный.

Песчаные или стальные формы наполняются расплавленным металлом за счет действия силы тяжести. Недостатками метода являются высокие трудозатраты, тяжелые условия работы и несоответствие современным требованиям.

• Под низким давлением.

Металл заливают в формы и тигли, находящиеся в герметичной камере. В него опускают провод.

Читайте также

«Листогиб с ЧПУ: принцип работы, устройство»

Подробнее

Важным требованием является низкий уровень инертного газа и соответствующее давление. Расплавленный металл с высокой скоростью поступает в литьевую форму и равномерно наполняет ее. С помощью такой технологии можно формировать тонкостенные отливки высокого качества. Ее преимущества состоят в автоматизации процесса, небольших затратах энергоресурсов, хороших условиях труда и экологичности.

• Инжекционное.

Отличается тем, что форма наполняется порошкообразным металлом. Высокая текучесть материала обеспечивает возможность заполнения любых полостей (в том числе внутренних), независимо от сложности их конфигурации. Основное достоинство инжекционной технологии состоит в получении изделий с высокой точностью заданных параметров, поэтому не требуется дальнейшая чистовая обработка. Преимуществом метода является также физическая и химическая однородность готовой продукции.

• Под давлением.

Позволяет получать однородные отливки на предприятиях цветной и черной металлургии.

[sgInset53]

Расплавленный металл поступает в отливочную форму со скоростью 120 км/час. При таких условиях готовая продукция не требует финишной доработки. Процессы обработки металлов под давлением позволяют выпускать изделия любой формы, в том числе имеющие отверстия, резьбу и разные по толщине стенки.

• В земельные матрицы.

Разновидность традиционных методов. Для создания формы вначале изготавливают модель изделия из дерева. Сама матрица формируется из песка и глины. Заполненную сплавом литьевую форму прокалывают иглами, чтобы обеспечить возможность отвода газов. Затем изделие остывает.

• В кокиль и разъемные формы из металла.

Для точной передачи заданных размеров и обеспечения высокого качества поверхностей могут применяться методы отлива или фрезерования.

Разборная форма способна выдерживать около 300 рабочих циклов.

• По газифицируемым материалам, в качестве которых может применяться легкоплавкий полистирол.

В данном случае модель изделия оставляют в матрице, и она испаряется после завершения процесса. Использование такой технологии позволяет сделать менее трудоемким этап моделирования будущего изделия. Кроме того, этим способом можно создавать отливки сложной формы. Технология получила широкое применение на металлургических предприятиях.

Термическая обработка металлов

Процесс обеспечивает изменение внутренней структуры материала за счет его нагревания, выдержки и охлаждения. Параметры для технологии (температура нагревания, время выдержки и охлаждения) подбирают исходя из свойств металла, которые нужно получить на выходе.

Фото: KamranAydinov / Freepik

Существует три основных этап термической обработки: отжиг, закалка и отпуск.

Данная технология допускает применение следующих методов:

• Химико-термическая обработка: позволяет насыщать внешний слой изделий необходимыми элементами (к примеру, углеродом). Данный метод отличается высокими температурами нагрева металлов и длительной выдержкой для обеспечения однородной структуры сплава.
• Термомеханическая обработка. Она обеспечивает существенное повышение механических характеристик сплава.

Обработка давлением

Такая разновидность данного метода, как ковка, использовалась тысячи лет назад. Сегодня эта технология значительно усовершенствована. На современных предприятиях применяется ряд ее разновидностей.

Читайте также

«Токарная обработка металла: суть, виды, оборудование»

Подробнее

Сущность процессов обработки металлов давлением заключается в придании изделию требуемой формы, размеров за счет воздействия физической силы (давления). Технология предполагает оснащение предприятий определенным перечнем станков. Выбор необходимого оборудования определяется исходя из особенностей различных методов.

Можно выделить 7 вариантов технологических процессов обработки металла давлением:

• ковка: отдельные зоны заготовки разогревают и подвергают механической деформации;
• штамповка: продукция производится давлением штампа на заготовку;
• листовая штамповка: применяется для листового проката;
• прокатка;
• волочение;
• прессование;
• комбинированное воздействие на заготовку с помощью предыдущих методов.

Сварка

Известные сегодня технологии сваривания металлов разделяются на две большие категории.

Путем плавления соединяемых элементов деталей. Для этого их нагревают до высокой температуры. Расплавленные металлы свариваемых элементов, перемешиваясь, формируют сварной шов, который остывает и становится достаточно прочным.

Фото: kamontad123 / Freepik

За счет пластической деформации. Соединяемые элементы сдавливают для формирования сварного шва. При этом может применяться местное нагревание деталей. Источником тепловой энергии для сварки могут выступать: газ, электрический ток и др.

Электрическая обработка

Уже из названия этой технологии понятно, что здесь используется электрический ток. Чаще всего применяются два варианта такой обработки металлов:

• Электроискровая методика: на материал воздействуют искусственно создаваемым разрядом тока. Это приводит к местному нагреванию сплавов до 8000 ℃ – 10 000 ℃.
• Электрохимическая технология: применяется для формирования блеска на поверхности металлических изделий.

Резка

Такая обработка металлов используется для листового проката, изделий со сплошными или полыми элементами.

Для процессов механической обработки металла таким образом используются:

• Болгарка: для одиночных изделий и в домашних условиях.
• Гильотина: станочное оборудование с ножом, который, опускаясь с высокой скоростью, давит на обрабатываемый металл.
• Кислородная резка: применяется для материалов с низким содержанием легирующих элементов. После обработки удаляют оставшуюся оксидную пленку.
• Лазерная: металл разрезают за счет температурной воздействия в определенной зоне. В данный момент это наиболее прогрессивный метод, который обеспечивает максимальную точность.
• Плазменная: входит в число наиболее точных способов. Лишний металл в месте раздела испаряется и формируются чистые кромки.

Читайте также

«Что такое металлургия: история, виды, технологии»

Подробнее

• Резка на ленточнопильном оборудовании: отличается широкими возможностями и позволяет формировать ровные кромки.
• Циркулярная пила: не обеспечивает высокую точность и требует больших трудозатрат. Метод чаще применяется в домашних условиях.

Процесс обработки металла резанием выполняется и на токарных станках. Особенности и режимы зависят от характеристик конкретного оборудования. Чаще всего на токарных станках выполняют точение, фрезеровку, шлифовку и нарезание зубьев.

Указанные способы могут применяться для работы с наиболее твердыми сплавами.

В перечень основных методов входит также процесс обработки металла резанием с помощью ультразвука. При выборе технологии в каждом конкретном случае следует учитывать характеристики, которые должен иметь материал готового изделия, габариты заготовки или конечной детали, ряд других факторов.

Химическая обработка

Такие процессы обработки металлов и сплавов используются при необходимости специальной подготовки поверхностей изделия к последующим операциям (оцинковка, гальванирование и др.) или обеспечения определенных эстетических свойств.

Основные виды процессов обработки металла химическим путем:

• азотирование: повышает стойкость сплавов к механическим воздействиям и влаге;
• борирование: насыщение стали этим элементом для увеличения ее износостойкости;
• хромирование: насыщение слоев металла хромом для повышения прочности и антикоррозионности;
• цементация: насыщение сплава углеродом.

Материалы, подходящие для обработки

• Сплавы алюминия.

Наиболее распространенный материал среди цветных металлов.

Фото: onlyyouqj / Freepik

Алюминиевые сплавы разделяют на две группы: литейные и конструкционные. Представителей второй категории классифицируют на обработанные и нет.

• Нержавеющая сталь.

Пользуется спросом в медицине, авиастроении, автомобильной и пищевой промышленности. Популярность обусловлена устойчивостью к коррозии.

• Чугун.

Железоуглеродистый сплав с содержанием углерода свыше 2 %.

• Сплавы меди.

Уступают по популярности только алюминиевым. Отличается более привлекательными физическими характеристиками.

Читайте также

«Способы сварки труб: описание технологий и правил»

Подробнее

Поскольку медь относится к материалом с хорошей проводимостью электрического тока, ее сплавы часто применяют в электрокомпонентах. Кроме того, такие материалы используются в системах отопления (к примеру, из сплавов меди производят радиаторы).

• Титан – самый прочный и надежный металл.

Из его сплавов производят детали механизмов, работающих в экстремальных условиях. Этот металл отличается повышенной температурой плавления и высокой плотностью. Таким образом, титан является очень прочным металлом при небольшом весе. Чаще всего его сплавы используются в протезировании.

Как выбрать металл для обработки

Учитываются эксплуатационные требования к конкретной детали, нагрузки и другие условия, в которых она работает. К примеру, для использования в агрессивной среде используются твердые сплавы.

Для правильного выбора металла и способа обработки важно глубокое знание его механических характеристик. Чтобы получить требуемый результат, можно запросить паспорт на требуемый вид стали на металлобазе.

Еще более строгие требования к выбору материалов, обрабатываемых на станках ЧПУ. Такое оборудование отличается высокой чувствительностью к характеристикам сплавов. Отметим, что обработка металла на станках ЧПУ – оптимальный вариант для серийного производства изделий. В этом случае обеспечивается высокая точность готового изделия, но повышаются затраты на единицу продукции.

Рассмотрим основные вопросы, ответы на которые позволят правильно подобрать металл для обработки.

Где должно использоваться изделие? В каком механизме будет работать деталь и какие нагрузки обязана выдерживать? Возможно, нужно изготовить ведущий элемент узла? Какой будет скорость вращения детали при выполнении основной функции?

Фото: serhii_bobyk / Freepik

Каким будет температурный режим при работе детали? В какой среде она должна эксплуатироваться? Если изделие работает при повышенных температурах и контактирует с агрессивными материалами, важно более тщательно подбирать оптимальный сплав для него. В этих условиях воздействие коррозии на изделие будет в несколько раз выше.

Часто задаваемые вопросы о процессе обработки металла

Какова роль сертификации?

Она подтверждает соответствие изделия установленным требованиям и стандартам.

Какие распространенные дефекты могут возникнуть в процессе обработки металла?

Поры, шероховатость поверхности и трещины.

Какое значение имеет обработка поверхности металла в производстве?

Это определяет внешний вид и эксплуатационные характеристики изделий. Процесс обработки металла влияет также на эстетические и антикоррозийные свойства деталей. Кроме того, он определяет конечную стоимость продукции.

Читайте также

«Гайка: материалы и виды»

Подробнее

Металлы веками занимают важное место в жизни человечества. Технологический процесс их обработки позволяет производить массу необходимых изделий, которые востребованы во всех сферах деятельности. Безусловно, придать такому продукту нужную конфигурацию без особого оборудования весьма проблематично. Решение этой задачи обеспечивают специальные станки, инструменты и технологии обработки металлов.

Изображение в шапке статьи: onlyyouqj / Freepik