Механическая обработка металла

Содержание:

  1. Что такое механическая обработка металла
  2. История развития механических способов обработки металла
  3. Способы механической обработки металлов
  4. Основной инструмент, используемый при различных видах механической обработки
  5. Основные виды механической обработки металлов
  6. Современные методы механообработки металлоизделий
  7. Преимущества механической обработки металлов

Механическая обработка металла – это один из недорогих и доступных способов придания металлоконструкциям определенной формы и конфигурации. В отличие от других видов металлообработки, в процессе не происходит воздействия на внутреннюю структуру сплава, меняется только его форма и размерные характеристики. Все используемые при этом технологические операции должны выполняться в соответствии с регламентом ГОСТ.

Что такое механическая обработка металла

В технологическом плане механообработка – это подгон детали или заготовки под заданные технические параметры, которые указаны в чертежах или иной сопроводительной документации. После такой обработки изделия приобретают нужную форму и могут устанавливаться в необходимые узлы и механизмы для дальнейшего использования по назначению.

История развития механических способов обработки металла

Механической обработкой поверхностей из металла человек стал заниматься тогда, когда были созданы первые инструменты, позволяющие выполнять такие технологические операции. Они изготавливались из материала, который отличался повышенной прочностью и позволял эффективно воздействовать на металлическую поверхность без риска сломать или повредить изделие.

Точность геометрии и шероховатости поверхности, к которым сейчас предъявляют высокие требования, раньше не имели такого существенного значения. Устаревшая технология механической обработки металла не позволяла этого сделать, а потребности в сверхточном соответствии не было.

С началом индустриальной революции на смену небольшим домашним мастерским пришли крупные мануфактуры и фабрики, мощность которых была рассчитана на серийное изготовление однотипных металлических деталей.

Первоначально важность и необходимость внедрения точной механической обработки изделий из металла оценили оружейные производства. К их продукции стали предъявляться всё более высокие требования. Например, возникла необходимость в разработке оборудования для рассверливания дул оружейных винтовок, а также инструмент для полировки и шлифовки корпусной части оружия. Постепенно механическая обработка сплавов стала использоваться и в других отраслях промышленности.

Способы механической обработки металлов

Все применяемые в современной промышленности способы механической обработки можно разделить на две группы. К первой относятся такие механические виды металлообработки, которые осуществляются без снятия поверхностного слоя металла с заготовок. Основными видами воздействия в этом случае являются удар или давление, позволяющие менять форму деталей. Способы такой механической обработки – это ковка, штамповка, прокат, волочение, прессование. Для каждого вида сплава используют разные методы. Для работы с цветными металлами – ковку, с черными – штамповку.

Вторая группа типов механообработки – это операции, при которых с поверхности снимают слой металла при помощи различного режущего инструмента. Таким образом исходные заготовки приобретают геометрические характеристики, которые указаны в чертежах или другой технической документации. Перед тем как произвести механическую обработку материалов, детали подгоняют под определенные размеры с минимальными припусками, которых должно быть достаточно для обеспечения надлежащего качества готового изделия. Благодаря этому можно снизить себестоимость производства, а также уменьшить трудоемкость процесса. Способ такой механообработки – это резание. К нему относится точение, шлифование, сверление, зенкерование, фрезерование, долбление и другие.

Выбор того или иного варианта зависит от нескольких факторов – требований качества поверхности по шероховатости и рельефности, класса точности и припусков, обрабатываемого материала и его свойств.

Основной инструмент, используемый при различных видах механической обработки

Самое распространенное и известное оборудование для механической обработки деталей – это токарный станок. Первые такие агрегаты для обработки металлических поверхностей появились только в 19 веке. Принцип их работы не изменился и по сей день, а воздействие на металл осуществляется с применением специальных инструментов, которые устанавливаются на станки: резца, сверла, фрезы, шлифовального диска.

На многих крупных промышленных предприятиях используются специальные автоматические линии, которые управляются программным способом. Обычно это станки с ЧПУ (числовым программным управлением), которые позволяют в короткие сроки выполнять серийное производство деталей с максимально точными геометрическими характеристиками. Применение такого оборудования дает возможность минимизировать человеческий фактор, исключает производство бракованной продукции или деталей с дефектами.

Основные виды механической обработки металлов

В технологическом процессе могут использоваться разные виды механической обработки деталей. Они применяются как вместе, так и по отдельности, в зависимости от поставленной технологической задачи, а также типа используемых заготовок и их свойств. Рассмотрим самые распространенные методы механической обработки, часто используемые в различных отраслях современной промышленности.

Ковка

Ковка предполагает пластическую деформацию металлической заготовки, в процессе которой могут быть изменены ее размеры и форма. Для выполнения технологического процесса детали предварительно необходимо нагреть до определенной температуры, которая меньше температуры плавления. Стоит учитывать, что для каждого материала этот параметр различается. После нагревания на детали оказывается механическое воздействие.

Процесс ковки осуществляется в такой последовательности:

  • нагрев металла до ковочной температуры;
  • обжимка, позволяющая удалить из материала пустоты;
  • обработка заготовки – придание ей заданной формы;
  • финальная отделка.

На крупных производствах ковка осуществляется при помощи специального оборудования, оснащенного механическими молотами. Вес некоторых из них может достигать пяти тонн. Таким методом обрабатывают очень крупные и объемные детали. В процессе изготовления после ковки изделия могут дополнительно подвергаться сварке или рубке, в зависимости от особенностей их конфигурации.

Штамповка

Еще один способ механической обработки металлов – это штамповка, которая также предполагает пластическую деформацию детали. В основном эта технология используется для работы с черными металлами и их сплавами и применяется в тех случаях, когда исключена возможность нарушения целостности заготовки. Оборудование, используемое для такой мехобработки – это агрегаты, оказывающие большое давление на рабочую зону детали.

Штамповка бывает двух видов – листовая и объемная. Для первого случая характерно получение деталей плоской формы определенной конфигурации. Для второго – изготовление объемных конструкций. Агрегаты, применяемые для такой технологии, оснащены двумя основными рабочими компонентами – матрицей и пуансоном. Один из них находится в неподвижном состоянии, второй – перемещается. Между этими компонентами кладут лист металла и металлическое изделие необходимой формы. После их соединения металл приобретает нужные параметры, а излишки отправляются в специальные зазоры. Существуют также специальные штамповочные агрегаты, в которых не предусмотрено наличие зазоров. Их использование требует проведения тщательного расчета размеров применяемого для штамповки металла.

Существует формообразующая и отрезная листовая штамповка. Первая позволяет получать детали с определенным изгибом, а вторая используется для выполнения фигурной резки.

Под воздействием давления металл упрочняется, что дает возможность изготавливать детали с высокими параметрами прочности и надежности.

Прокат

За счет прокатной технологии создаются различные металлоизделия, в том числе листы и трубы. При осуществлении технологического процесса деталь проходит через специальные вальцы, формирующие необходимую геометрию. Чаще всего при таком способе воздействия уменьшается поперечное сечение детали, а ее профилю придается требуемая форма.

Сжимание металлического элемента при прокате может быть продольными или поперечным, а также поперечно-винтовым. Выбор того или иного способа зависит от требуемой конечной конфигурации готового изделия.

Волочение

Основная цель такой технологической процедуры – уменьшение поперечного сечения элемента из металла. Крупные заготовки протягиваются через специальные волочильные станы, а на выходе получается изделие необходимого диаметра. С помощью такой механической обработки изготавливают проволоку. Различают несколько разновидностей волочения – сухое, влажное, чистовое, черновое, холодное, горячее, однократное или многократное. Вариант выбирается с учетом необходимых технологических требований, которые предъявляются к готовому изделию.

Прессование

Прессование – метод механической обработки сплавов с хрупкой структурой, таких как чугун, алюминий. При этом заготовки могут как нагреваться, так и не подвергаться температурному воздействию перед металлообработкой. Процесс предполагает фиксацию детали в специальную матрицу, в которой предусмотрены отверстия. Под воздействием пресса металл просто выдавливается в подготовленные емкости, принимая нужную форму. Для изготовления матрицы обычно используют жаропрочную сталь. В зависимости от материала, который будет подвергаться прессованию, выбирают подходящую технологию. Для мехобработки изделий из алюминия, меди или олова используют холодное прессование, не предполагающее нагрев элементов. Для работы с чугуном и составами, включающими никель или титан, используют горячее прессование с нагревом конструкций.

Точение

Точение – это способ токарной металлообработки деталей. Изделие фиксируется на шпиндель и обрабатывается при помощи специального оборудования – токарного станка. Такой металлообработке подвергаются заготовки цилиндрической и конусной формы. В процессе точения с поверхности металла срезается определенный слой материала. Его количество зависит от тех геометрических параметров, которым должно соответствовать готовое изделие. При технологии точения закрепленная на шпинделе заготовка вращается вокруг своей оси. Резец токарного станка вытачивает необходимую геометрию, совершая продольно-поперечные движения.

Для такого способа мехобработки на современных производствах используются станки с ЧПУ. Необходимые параметры, которым должны соответствовать готовые конструкции, вводят в компьютерную программу. Под управлением ПО выполняются все технологические операции.

Точение может быть чистовым и черновым. При чистовом точении после выполнения работ элемент готов к эксплуатации и установке в узлы и механизмы различного оборудования. Второй вариант используется при подготовке детали к другим видам металлообработки.

Шлифование

Шлифование может проводиться как ручным, так и автоматическим способом. Основная цель этого технологического процесса – обработка поверхности металлодетали до получения необходимой шероховатости или гладкости.

Шлифовка обычно выполняется на этапе конечной обработки и представляет собой доведение конструкции до заданного уровня качества. Во время шлифования с поверхности снимается тонкий металлический слой, который иногда составляет несколько микрон. Основной инструмент, используемый во время работы, – это шлифовальный круг. Он может иметь различную зернистость. Этот параметр определяется исходя из технологических требований, которые предъявляют к готовому изделию.

В процессе шлифования обрабатываемая деталь подносится к шлифовальному кругу, который вращается с определенной скоростью. Для обработки разных материалов используют круги из разного типа абразивных зерен. Обычно на дисках указаны материалы, для работы с которыми они предназначены.

Чтобы придать готовым изделиям блеск, после шлифования проводится полировка.

Зенкование

Зенкование – это механический способ обработки отверстий в металлических деталях. В процессе работают с уже готовыми отверстиями, доводя их параметры до заданных технической документацией. Основным инструментом для выполнения таких работ является зенковка.

При наличии должного опыта сам процесс не отличается сложностью. С помощью резца на отверстии снимается фаска. Количество снятого в процессе обработки металла напрямую влияет на величину углубления.

Зенкование позволяет:

  • сделать цилиндрическое или коническое углубление в уже готовом отверстии;
  • сформировать в области отверстия полость с заданной геометрией;
  • изготовить в металлических деталях каналы необходимой длины и формы со снятой фаской;
  • сформировать в требуемых местах конструкции углубления.

Похожая по названию процедура – зенкерование – предполагает воздействие на весь канал, а зенкование – только на его начальную часть.

Сверление

Для сверления используются сверлильные станки. С их помощью в различных по форме, толщине и размеру заготовках выполняются отверстия. В зависимости от заданных параметров они могут быть как сквозными, так и глухими. Отверстия в будущем могут использоваться для нанесения резьбы.

Сверление осуществляется в такой последовательности:

  • деталь фиксируют в специальных тисках или зажиме на станке;
  • производится установка оснастки на инструмент с учетом типа отверстия и его диаметра;
  • просверливается отверстие.

Процесс предполагает воздействие на деталь в двух направлениях – вокруг ее оси и вглубь. При выборе резца важно предусмотреть его соответствие обрабатываемому материалу, чтобы исключить поломку инструмента или расходных материалов.

Фрезерование

Фрезерование считается высокопроизводительным методом и осуществляется с применением специальных фрезерных станков. На современных производствах используют оборудование с ЧПУ, позволяющее программно задавать настройки обработки, минимизируя количество брака или неточностей в готовых изделиях. В процессе обработки с разной скоростью вращается только фреза, а сама заготовка остается неподвижной и подается на режущий инструмент. В зависимости от функционала станка и особенностей обработки, деталь может быть зафиксирована на станке в горизонтальном, вертикальном или угловом положении. Основная цель этой технологии – получение на поверхности металла различных по форме и размеру углублений в заданных точках.

Фрезерование делится на несколько видов. Оно бывает фасонным, торцевым, периферийным, концевым. В зависимости от последующей обработки, фрезерование может быть черновым или чистовым.

Зубофрезерование

Зубофрезование предполагает обработку поверхности лезвием. Такой способ применяют при создании зубчатых колес. Для работ используется зубофрезерный станок, с помощью которого можно изготовить шестеренки, муфты, колесики, звездочки для цепей и многое другое. Основной инструмент, который устанавливается на станок – червячная фреза модульного типа.

Нарезка резьбы

Нарезка резьбы также относится к способам механической обработки металлов и сплавов. Она может осуществляться при помощи токарного резца. В этом случае для работ используется универсальный токарный станок. В процессе нарезки вращается и деталь, и резец станка. Резьба получается за счет снятия слоя металла. Таким способом нарезают внутреннюю и наружную резьбу на заготовках разного диаметра.

Создать резьбу можно также с применением плашки и метчика. Плашка предназначена для нарезания внешней резьбы. Режущий инструмент имеет круглую форму и внутреннюю резьбу. В него вставляется элемент, на котором требуется сделать резьбу.

Нарезка резьбы может осуществляться методом накатки. В этом случае используют специальные станки или приспособления для токарного оборудования.

Современные методы механообработки металлоизделий

Помимо традиционных технологий, в промышленности используются и инновационные способы обработки металла механическим способом. Один из них – ультразвуковая обработка. При ее использовании разрушение верхнего слоя заготовки происходит за счет воздействия ультразвука. В процессе также участвуют абразивные частицы, которые под действием звуковой волны приводятся в движение.

Абразив в этом случае и является режущим инструментом. В качестве абразивных зерен обычно используют электрокорунд или другие аналогичные материалы. Электрозвуковое воздействие позволяет качественно обрабатывать контурные части металлоизделий, а также работать с глухими отверстиями различных форм и конфигураций. Поверхность при этом получается высокого качества.

Еще один вид механической обработки металлов – электроэрозия. В этом случае для разрушения поверхностного слоя металла используется высокомощный разряд электричества. В месте воздействия значительно повышается температура, благодаря чему и разрушается поверхность металла.

Обработка гидроабразивами – также современный способ мехобработки. Абразивные частицы смешиваются с водой и под высоким давлением воздействуют на поверхность металла. Таким образом можно добиться высокой чистоты и матовости поверхности. Сам процесс обработки длится недолго, а в состав смеси для повышения эффективности процесса добавляют специальные химические вещества.

Преимущества механической обработки металлов

Механическая обработка металлических изделий не предполагает изменения свойств исходного материала. Она предназначена только для смены формы и размера деталей в соответствии с заданными условиями. К основным преимуществам таких технологических операций можно отнести:

  • высокую эффективность;
  • скорость выполнения как простых, так и сложных технологических операций;
  • получение максимально качественных изделий с точной геометрией;
  • возможность обрабатывать детали сложной конфигурации.

Механической обработке можно подвергать множество различных металлов и их сплавов.

Для получения качественного результата металлообработки лучше обращаться к профессионалам. У каждой из технологий есть свои нюансы и особенности, знание которых помогает добиваться эффективного результата.

Компания «Лазеры и Технологии» предлагает услуги по металлообработке изделий на заказ. Оперативно и качественно выполним резку нержавейки, резку оцинковки, фрезерование, микросварку, гибку листа, сверление. Также проводим лазерную резку металла, в том числе резку стали лазером и лазерную резку алюминия. По запросу изготовим корпуса РЭА, короба и другие металлические изделия в соответствии с чертежами или эскизами заказчика. Наши специалисты знают, что такое механическая обработка металла, и умеют применять свои знания на практике.