Обработка металла резанием: что это такое, основные виды и способы металлообработки

При контакте одного металла с другим естественным образом происходит быстрое стачивание инструмента, а основное условие работы — это поддержание высокой степени заточки режущей кромки.

В ходе решения данной проблемы инженеры рассматривали, какой материал лучше и дольше будет эксплуатироваться во время точения. Изначально применялась классическая инструментальная сталь с высоким количеством углерода. Она очень прочная, но все же не удовлетворяла высоким потребностям разработчиков.

Затем химический состав сплава изменили. добавив вольфрам. Элемент привел к повышенной твердости, а вместе с тем стало возможным проводить процедуру металлообработки быстрее, поэтому такое оборудование назвали быстрорежущим. Но и данная скорость не удовлетворяла инженеров.

Теперь используют совершенные сплавы с максимальной стойкостью к повышенным температурам. Они выдерживают температурный нагрев до 100 градусов, поэтому не деформируются в процессе работы. Как мы знаем, чем выше скорость. тем сильнее нагрев, поэтому данные материалы помогли решить вопрос о скоростном режиме.

Виды обработки металлов

Экспоненты ИННОПРОМ представят как традиционные, так и инновационные технологии:

Обработка листового металла

Термическая обработка металлов

Обработка металлов резанием

Технологии 3D печати металлов

Технологии ручной обработки металлов

Станки для обработки металла

и другие методы, применяемые в металлургической промышленности в России и за границей.

Представленное оборудование и проекты могут быть использованы в разнообразных областях от тяжелой промышленности до ювелирного дела. Металлообработка востребована в микроэлектронике, медицине и даже в искусстве. Расскажем подробнее об основных направлениях, анонсированных в рамках ИННОПРОМ-2018.

Основные способы обработки металлов

Долблением на специальном станке, который и называется долбежным. Для выполнения операции необходим резец соответствующей конструкции. Он в процессе выполнения операции совершает движение возвратно-поступательного прямолинейного типа.

Виды резания разные, технология проведения работ зависит от технологического процесса, а качество – от применяемого инструмента и квалификации станочника. Методы обработки выбираются в зависимости от конструктивных показателей, которые предъявляются к детали. Операции могут выполняться с помощью одного конкретного рабочего органа, а в некоторых случаях понадобится их комбинация.

Резание

При обработке резанием для изготовления деталей применяется режущий инструмент. После того, как верхний слой металла срезан, получается заготовка детали заданной точности, обладающая определенной формой и шероховатостью. Снятие слоев происходит на металлорежущем станке. В качестве материала для заготовок используется сортовой прокат металлов. К основным видам резания относятся:

• Ручная обработка. Газосварщик с помощью газовой горелки режет металл на куски необходимого размера и формы. К такому способу прибегают опытные производства или небольшие мастерские.
• Газопламенная обработка. Пламя, которое создает специальная установка, быстро разрезает металлический лист. Этот способ позволяет раскладывать получившиеся заготовки по контейнерам (затем их доставляют на сборочные пункты).
• Лазерная обработка. Металл разрезают лазерным лучом. Лазерная обработка не только обладает высокой точностью, но и дает возможность снизить количество отходов. Помимо этого, лазер используют для сварки и нанесения гравировки.
• Плазменная обработка. Факел плазмы (высокоионизированный газ) разрезает листы из твердых или специальных сплавов.
• Гидроабразивная обработка. Для разрезания металла используется струя воды с абразивом. Проходящая через узкое отверстие вода под большим давлением достигает скорости 900 метров в минуту и режет материал. Процессом управляют компьютерные программы.

Способ обработки металла давлением

В случае, когда нельзя нарушать целостность экземпляра, но требуется изменить его форму, то применяется более мягкая металлообработка с помощью прессов и штампов. Оборудование работает по принципу оказания большого давления на рабочую область.

Прокат

Все изделия из металлопроката созданы по данной технологии, а именно:

• листы;
• трубы;
• фасонная продукция.

Принцип работы следующий: заготовка проходит через сжимающиеся вальцы, приобретая необходимую форму.Обычно поперечное сечение уменьшается, а разрез приобретает нужные параметры. Есть три подвида прокатки:

• продольная, она же самая распространенная – в ходе операции лист или труба подаются вдоль, сжимаются ее края со всех сторон;
• поперечная – поступательное движение отсутствует, таким образом обрабатываются шары, втулки, цилиндры;
• поперечно-винтовая – усредненный вариант, в основном применяется для деталей с полостями внутри.

Волочение

Задача данной процедуры – уменьшить величину сечения детали. В ходе операции более крупная заготовка протягивается через волоки. Примером может служить изготовление проволоки (откуда и название распространенного материала). Сперва более крупный металлический канат проходит сквозь ряд фильер. Метод также имеет разновидности, волочение бывает:

• сухое – для смазывания применяется порошок;
• влажное – используется мыльная жидкость;
• черновое и чистовое;
• однократное и многократное;
• холодное и горячее.

Прессование

С помощью этой технологии обработки металлов получают изделия из чугуна, алюминия и других хрупких материалов, которые под воздействием высокой температуры или без нагрева приобретают нужную форму. Заготовку зажимают в матрице с отверстиями. Сверху начинает действовать пресс. Под его воздействием вещество просто выдавливается в заранее подготовленные емкости. Так получаются запчасти для автомобилестроения, самолетостроения и прочих сфер производства.

Матрица обычно подготавливается из жаропрочной стали, поскольку часто необходим нагрев. Прессование бывает:

• холодным для алюминия, олова, меди;
• горячим для чугуна, сплавов с содержанием никеля, титана.

Ковка

У каждого типа металла есть своя температура, когда он поддается процедуре. Она относится к одним из самых древних, поскольку еще кузницы средневековья работали по этому принципу – нагрев и механическое воздействие. Сейчас все доведено до автоматизма. Есть три способа:

• машинная с молотами (пневматическими и другими);
• штамповка – мы выделяем этот вид металлообработки в отдельный класс;
• ручная – почти не применяется.

Штамповка

Она может быть объемной и листовой. В первом случае получаются трехмерные изделия, во втором – штампы с плоскими параметрами. Есть две части у станка – матрица и пуансон. Одна из них является статичной, а другая – подвижной. Обе они зеркальные (в случае работы с листом) или имеют разную конфигурацию, в соответствии с нужной деталью. Обычно между двумя элементами есть один или несколько зазоров, куда выдавливается излишек. Затем он счищается, а сама заготовка на этом месте шлифуется. Но есть и полностью закрытые штампы, в которых таких отверстий по бокам не предусмотрено, тогда требуется точно распределять количества металла.

Листовая штамповка бывает двух видов:

• формообразующая – элемент получает необходимые для детали изгибы;
• обрезная – происходит фигурная резка.

Простым примером технологической процедуры можно привести чеканку монет.

Шлифование как способ резки металла

Шлифовальный метод для резки металлических деталей предусматривает использование различных абразивных кругов. Они состоят из мелких зерен, минерального происхождения, которые соединены друг с другом связкой.

Шлифовальный станок Смарт с тремя шлифовальными барабанами

Техника резания сводится к следующему процессу: при движении абразивных насадок, острые грани срезают верхние слои металла и оставляют за собой гладкую выемку. Все движения осуществляются на очень большой скорости, иногда она достигает 3000 метров в одну минуту, для сравнения, при токарной обработке максимальная скорость составляет 30 метров.

Шлифовка позволяет добиться точных результатов резки, однако, при этом станок потребляет очень много электроэнергии, в 10 раз больше, чем, например, токарная установка. Еще одной особенностью шлифовки является высокая степень нагрева самой металлической детали, в некоторых случаях до 1000 о . Это необходимо учитывать при обработке мягких металлов, таких как медь, олово, чугун и прочих, от действия шлифовального круга они могут попросту расплавиться.

Виды термической обработки металлов

Термическое воздействие на материал – это влияние тепла с целью изменения необходимых параметров относительно свойств и структуры твердого вещества. Наиболее часто процесс применяется при производстве разнообразных машинных деталей, причем, на разных стадиях изготовления. Основные виды термической обработки металлов: отжиг, закалка и отпуск. Каждый процесс по-своему влияет на изделие и проводится при разных значениях температурного режима. Дополнительными типами влияния тепла на материал выступают такие операции, как обработка холодом и старение.

Технологические процессы получения деталей или заготовок посредством силового влияния на обрабатываемую поверхность включают в себя разные виды обработки металлов давлением. Среди этих операций имеется несколько наиболее популярных в использовании. Так, прокатка происходит путем обжатия заготовки между парой вращающихся валков. Валки могут быть разной формы, в зависимости от требований, предъявляемых к детали. При прессовании материал заключается в замкнутую форму, откуда после выдавливается в форму меньших размеров. Волочение – процесс протягивания заготовки через постепенно сужающееся отверстие. Под воздействием давления также производят ковку, объемную и листовую штамповку.

Классификация металлорежущих станков

В машиностроительной промышленности применяют сотни различных видов металлорежущих станков. Отдельные их виды объединяют в группы на основании некоторых важнейших, присущих станкам особенностей. При этом учитывают, во-первых, характер главного движения, которое может быть вращательным (например, токарный станок) или поступательным (строгальный станок), во-вторых, распределение главного движения и движения подачи между режущим инструментом и обрабатываемым изделием. Например, на обычном токарном станке главное движение осуществляется обрабатываемым изделием, а движение подачи – резцом; на сверлильном станке оба основных движения совершает режущий инструмент (сверло), в то время как обрабатываемое изделие в процессе обработки неподвижно.

При группировке металлорежущих станков учитывают и вид применяемых инструментов (резец, фреза, сверло, точильный или шлифовальный круг и т.д.).

Выделяют следующие группы станков.

Токарные станки

В обычных типах токарных станков обрабатываемое изделие получает вращательное движение, а стружку снимают резцом, закрепленным в суппорте и вместе с ним перемещающимся параллельно или перпендикулярно оси вращения изделия. Снятие стружки на токарных станках возможно как с наружной, так и с внутренней поверхности обрабатываемого изделия.

Сверлильные и расточные станки

Сверлильные станки служат для сверления отверстий, расточные – для их расширения. В качестве режущих инструментов применяют сверла и фрезы, выполняющие как главное движение, так и движения подачи.

Фрезерные станки

На этих станках разнообразные операции по обработке изделий производят специальными режущими инструментами – фрезами. Фреза – сложный режущий инструмент, имеющий целый ряд резцов, расположенных по окружности стального диска или цилиндра. Каждый резец вращающейся фрезы снимает с поверхности обрабатываемого изделия короткую стружку. При высоких скоростях вращения фрезы обрабатываемая поверхность получается ровной и обычно достаточно гладкой.

Главное движение на фрезерных станках выполняет фреза, движение же подачи может осуществлять и фреза и обрабатываемое изделие.

Строгальные станки

Снятие стружки с обрабатываемого на строгальных станках изделия производится в результате поступательного движения резца или изделия (главное движение) и периодической (после каждого главного движения) подачи изделия или резца.

Шлифовальные станки

На этих станках производят шлифовку поверхностей обрабатываемых изделий. В качестве рабочего инструмента на шлифовальных станках применяют вращающиеся круги из наждачного камня, из шерсти и других материалов. Шлифовальные круги, следовательно, выполняют главное движение. Движение подачи может осуществляться либо шлифовальным кругом, либо обрабатываемым изделием.

Кроме указанных основных групп существует много других, более специализированных станков.

Каждую группу металлорежущих станков в свою очередь подразделяют на более мелкие группы (типы) станков, отличающиеся друг от друга конструктивными особенностями и более или менее узкой специализацией. Например, кроме универсальных токарных станков различают: револьверные станки, имеющие на суппорте поворотную револьверную головку, на которой одновременно может закрепляться целый комплект резцов в соответствии с требованиями технологического процесса; многорезцовые, карусельные, токарные полуавтоматы и автоматы. Каждый из этих станков выполняет только определенную операцию по обработке того или иного изделия.

Есть много типов сверлильных станков – вертикально-сверлильные, радиально-сверлильные, горизонтально-сверлильные, одношпиндельные и многошпиндельные полуавтоматы. Существуют и различные типы расточных станков.

В зависимости от степени специализации металлообрабатывающие станки подразделяются на универсальные, специализированные и специальные станки.

Универсальные станки имеют общее значение, так как на них можно выполнять различные операции. Такие станки применяются для изготовления единичных или небольшого числа одинаковых изделий (соответственно индивидуальное и мелкосерийное производство.)

Специализированные станки используют при изготовлении значительного числа однотипных изделий; их применяют в крупносерийном производстве.

В массовом производстве применяют преимущественно специальные станки – полуавтоматы и автоматы, приспособленные для обработки деталей одного типа и размера (одного типоразмера).

Специализированные и в еще большей степени специальные металлообрабатывающие станки отличаются высокой производительностью и при полном использовании их мощности экономически много эффективнее универсальных станков.

Автоматизация процессов в мелкосерийном и индивидуальном машиностроительном производстве осуществляется на основе внедрения станков с программным управлением. Такие станки автоматически выполняют требуемые операции по программе, записанной на магнитной или перфорированной ленте; при помощи счетно-решающих устройств они контролируют и регулируют процесс. Производительность и точность работы станков с программным управлением очень высоки. Различные станки, работающие по одной программе, выпускают совершенно одинаковую продукцию. Программу работы станка можно быстро заменять. Таким образом, автомат одновременно становится и универсальным станком, пригодным для использования в мелкосерийном и индивидуальном производстве. Из станка с программным управлением можно комплектовать и автоматические поточные линии, управляемые электронно-вычислительными машинами.

Поточный метод производства. В машиностроении, особенно на предприятиях, выпускающих массовую продукцию, широко применяют поточный метод производства. Главной особенностью поточного метода является непрерывность процесса изготовления деталей, узлов, готовых машин. Обрабатываемые детали равномерно перемещают от станка к станку, от одного рабочего места к другому. При этом станки, рабочие места расположены в порядке последовательности выполняемых операций. Производственных потоков на предприятии может быть много. Каждый из них действует как слаженный механизм и требует четкости выполнения каждой операции. Венцом поточного метода производства являются автоматические линии, автоматически действующие цехи и целые предприятия, в которых весь производственный процесс осуществляется в виде единого потока.

Поточный метод широко применяют и при сборке машин. Высокая точность изготовления и взаимозаменяемость деталей и узлов позволила организовать на крупных заводах сборку машин поточным методом – на конвейере, благодаря чему скорость сборки возрасла во много раз. Поточная сборка рсчленена на ряд простых операций, не требующих ни высокой квалификации, ни значительных усилий рабочих. Собираемая машина движется по конвейеру и постепенно обрастает деталями и узлами. Наконец, с конвейера сходит полностью собранная и готовая к действию машина.

Поточный метод производства экономически очень эффективен: он повышает производительность труда и способствует лучшему использованию оборудования и производственной площади предприятий.

Заключение

В настоящий момент теория конструкционных материалов изучает способы обработки металлов на молекулярном уровне построения их кристаллической решетки. Строгое соблюдение научно обоснованных температурных режимов, условий резания, гибки, штамповки, сварки и прочих воздействий позволяет не только гарантировать желаемый результат, но и делать технологический процесс более экономичным.

Подобные виды металлообработки за несколько тысячелетий совершенствовались и в наши дни автоматизировались с помощью высокотехнологичного оборудования.

Доступность услуг металлообработки для крупных промышленных предприятий и частных заказчиков – важное преимущество данного технологического процесса производства металлоизделий различного назначения.

Общая оценка статьи: Опубликовано: 2019.06.16

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _