Металл — это прочный и пластичный материал, который применяется во всех сферах машиностроения. Благодаря своей универсальности металлические изделия легко поддаются обработке. Они могут принимать практически любую форму и обладать различными качественными характеристиками. Обработке подвергаются как отдельные детали, так и целые структуры, узлы и даже полноценные изделия.
Металлообработка — это процесс воздействия на металл, при котором меняются его физические свойства. После обработки металлические детали обретают необходимый размер и форму, становятся более прочными и гибкими.
Существует несколько видов металлообработки. Они зависят от твёрдости сплава, от того как материал реагирует на точение и резание, от температуры его закалки и плавления, и многих других особенностей металла. Выбор метода обработки и конкретной технологии будет также зависеть от итоговой задачи, которой должно соответствовать готовое изделие. Рассмотрим основные виды металлообработки.
| Механическая обработка | Обработка давлением | Сварка | Термическая обработка | Литьё | Химическая обработка | Другие виды обработки |
| Сверление и точение | Горячая и холодная прокатка | Газовая | Отжиг | Традиционное | Азотирование | Резка металлов |
| Шлифование и фрезерование | Горячее и холодное прессование | Химическая | Закалка | Литьё под давлением | Борирование | Электрическая обработка |
| Токарная обработка | Объёмная и листовая штамповка | Электрическая контактная | Старение | Литьё под низким давлением | Хромирование | Художественная обработка |
| Волочение | Электрическая дуговая | Нормализация | Инжекционное | Цементация | Покраска | |
| Ковка | В землю | |||||
| Комбинированная обработка | В формы |
Самый распространённый вид металлообработки. В основе метода — последовательное снятие с заготовки слоев металла. В результате должна получиться деталь, соответствующая заданным чертежам: иметь точные размеры и формы со взаимно расположенными гранями и обладать необходимой степенью шероховатости.
Особенности:
Результат работы бывает черновой — удаление излишков припуска; и чистовой — готовая деталь, имеющая необходимые геометрические размеры. После удаления лишнего металла образуется стружка.
Для работы используют различные станки:
Заготовка крепится к столу с помощью тисков или струбцин → на сверлильный станок закрепляется специальная оснастка → мастер запускает станок и сверло образует в заготовке отверстие необходимого диаметра.
Заготовка устанавливается во вращающийся патрон → на токарный станок закрепляется специальная оснастка → мастер запускает станок → заготовка прокручивается вокруг своей оси → с помощью резцов снимаются излишки металла, образуя конус или цилиндр заданного размера.
Для шлифования заготовок используются абразивные материалы разной степенью твёрдости, чаще всего — круги с большими частицами. Обработка может происходить как вручную, так и с помощью шлифовальных станков. Как правило, шлифование — это заключительный этап работы, когда деталь доводят до более точных размеров и полируют до необходимой шероховатости.
Применяется для создания резьбы, обработки торцов и граней заготовки, формирования углублений на поверхности. Основной режущий элемент — фреза, которая вращается с заданной скоростью. В отличие от сверления, фреза не вырезает проходные отверстия, она предназначена для формирования канавок и желобков.
Выполняется с помощью специальных токарных станков. Заготовка закрепляется в планшайбе или шпинделе, во время обработки она двигается вокруг своей оси и вперед-назад. Острые резцы послойно снимают металл с заготовки, проводится растачивание, зенкерование, сверление и вытачивание необходимой формы детали.
В отличие от механических методов, обработка под давлением меняет не только внешние параметры материала, но и его физико-химические свойства. Суть метода заключается в том, что при сильном давлении, превышающем значение упругости металла, атомы в кристаллической решетке принимают другое устойчивое положение. В результате можно придать материалу большую гибкость, прочность, гладкость, устойчивость к внешним факторам и другие полезные свойства.
Особенности:
Каждая разновидность сплава имеет свои пределы нагрева и пластической деформации. В зависимости от физических параметров металла применяются разные способы обработки: нагревание до температуры рекристаллизации металла или холодная обработка.
Заготовку помещают между двумя валиками, которые двигаются параллельно друг-другу и прижимают её с двух сторон. За счёт сильного трения уменьшается толщина изделия, а его поверхность становится гладкой и однородной. Катаный металл более прочный, устойчив к изгибам и растяжениям. Метод часто применяют для создания бесшовных балок, листовых и трубных деталей.
Заготовку помещают в форму и с помощью сильного пресса выдавливают через специальные каналы. В результате получаются длинные профильные детали. Горячее прессование применяется для хрупких металлов, имеющих в составе никель или титан. Холодное — для более гибких сплавов алюминия, меди или олова.
При объёмной штамповке готовое изделие изготавливается из простых по форме заготовок, например кубической или шарообразной формы. При листовой — из листовых заготовок. В обоих случаях используется пресс со штампом. Для каждого изделия создаётся индивидуальная конфигурация штампа.
Заготовка пропускается через фильерное отверстие необходимой формы и протягивается в длину. Для этого используют специальные волочильные станки. С помощью такой технологии получают длинные детали с маленьким диаметром, например проволоку.
Перед ковкой заготовку обязательно нагревают до раскаления металла. После чего на неё оказывается давление с помощью пресса или специального молота и придают необходимую форму. Помимо геометрических изменений, такое изделие будет иметь более высокие показатели ударной прочности и предела усталости стали.
Если нужный результат нельзя получить с помощью только одного метода обработки, мастера применяют сразу несколько подходов. Комбинировать можно любые способы обработки. На практике часто совмещают методы прокатки и штамповке. Это позволяет за короткое время создавать большие партии одинаковых изделий.
Сварка применяется для соединения металлических изделий. Во время сварки детали нагреваются до температуры пластичности, после чего они собираются в единую конструкцию. В результате получаются неразъёмные соединения, которые невозможно нарушить. Для сварки используют разные виды сварочных аппаратов. Они бывают ручными, полуавтоматическими и автоматическими.
Особенности:
Сварочные соединения бывают: внахлест, стыковка торцами, угловое соединение и тавровое.
Виды сварки определяются источником нагрева:
Чтобы металл перешёл из твердого состояния в жидкое, необходимо нагреть его до высоких температур. Для каждого сплава температура плавления будет отличаться. Например, олово плавится при 231 °C, а железо — при 1531 °C. Поэтому для нагрева металлических изделий используются специальные сверхмощные печи.
Особенности:
Для литься подходят не все типы сплавов. Как правило используются чёрные металлы, лёгкие и тяжёлые цветные металлы, а также благородные металлы, такие как золото, платина, палладий и пр.
Существует несколько методов литья:
Химическая обработка используется для подготовки металла к последующим манипуляциям. Принцип действия прост: поверхность изделия обрабатывают химическими веществами, которые очищают его от всех загрязнений. В свою очередь термическая обработка чаще всего используется для придания заготовке необходимых физико-химических свойств.
Особенности:
При химической обработке металл насыщают азотом, углеродом, бором или хромом. В результате изделие становится более устойчивым к механическим повреждениям и воздействию влаги, увеличивается его износостойкость и прочность.
Виды и задачи термообработки: