Процессы и технологии металлообработки

Металлообработка — это совокупность технологических процессов, направленных на изменение формы, размеров и свойств металлических материалов. Она включает этапы от получения заготовки до создания готового изделия.

Первоначально изготавливается заготовка, которая представляет собой промежуточный продукт, подлежащий дальнейшей обработке. Заготовки могут быть получены различными методами, такими как литье, ковка или прокатка итд.

После этого следует механическая обработка, где материал подвергается резке, точению, фрезерованию или сверлению для достижения требуемых размеров и формы.

Заключительным этапом является отделка поверхности изделия. Это может включать шлифовку, полировку, а также покраску или маркировку.

В промежутке между этапами включают термические, химические или электрохимические методы воздействия на материал будущего изделия в целях улучшения или придания необходимых свойств.

Классификация процессов металлообработки основывается на применяемых методах и технологиях. Можно условно разбить её на несколько типов:

Создание заготовок — это ключевой этап в процессе металлообработки, который определяет форму и структуру будущего изделия. Основные методы включают литье, ковку, прокатку и волочение, а также прессование и штамповку.

Механическая обработка металлов — это ключевой этап в процессе металлообработки, направленный на придание заготовкам необходимых форм и размеров. Рассмотрим основные методы механической обработки.

Процессы, при которых заготовка вращается, а инструмент снимает материал. Токарная обработка применяется для создания цилиндрических деталей, тогда как сверление позволяет формировать отверстия различного диаметра и глубины.

Метод, при котором вращающийся режущий инструмент удаляет материал с поверхности заготовки. Это позволяет создавать плоские, фасонные и угловые поверхности с высокой точностью.

Включают деформацию металла без снятия стружки. Гибка используется для изменения формы листового металла, тогда как обработка давлением (штамповка) позволяет получать сложные формы посредством приложения значительных усилий.

Процесс соединения металлических деталей посредством нагрева и/или давления. Различают несколько видов сварки: дуговая, газовая, лазерная и другие, каждая из которых подходит для определенных условий и типов материалов.

Операция по разделению материала на части. Применяются различные технологии резки: механическая (пилы), термическая (плазменная или лазерная резка), каждая из которых имеет свои преимущества в зависимости от толщины и типа обрабатываемого материала.

Завершают процесс механической обработки, обеспечивая гладкость поверхности изделия. Шлифовка удаляет неровности и следы предыдущих операций, а полировка придает изделию окончательный блеск и улучшает эстетические характеристики.

Играют ключевую роль в улучшении физических и химических свойств металлических изделий. Эти процессы позволяют повысить прочность, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.

Включает нагрев, выдержку и охлаждение металла для изменения его структуры и свойств. Основные виды термообработки: закалка, отжиг, нормализация и отпуск. Закалка увеличивает твердость за счет быстрого охлаждения в воде или масле после нагрева до высокой температуры. Отжиг, напротив, используется для снятия внутренних напряжений и повышения пластичности посредством медленного охлаждения. Нормализация приводит к равномерной зернистой структуре, а отпуск снижает хрупкость после закалки.

Химическая обработка включает процессы, такие как травление и пассивация, которые удаляют оксиды или наносят защитные слои на поверхность металлов. Термохимическая обработка сочетает тепловое воздействие с внедрением химических элементов в поверхность металла. Процессы цементации (науглероживание), азотирования и нитроцементации повышают поверхностную твердость путем насыщения углеродом или азотом.

Электрохимическая обработка использует электрический ток для удаления материала с поверхности металла или нанесения защитных покрытий. Электролитическое полирование сглаживает поверхность изделия, улучшая его эстетические качества и устойчивость к коррозии. Гальванопокрытие создает защитные слои из других металлов (например, цинкование).

Метод нанесения полимерного покрытия на металлические изделия. Порошок наносится электростатическим методом и затем плавится при нагреве, образуя прочное защитное покрытие. Этот процесс обеспечивает высокую адгезию краски к поверхности и устойчивость к механическим повреждениям.

Современная металлообработка представляет собой синтез традиционных методов и передовых технологий. Рассмотрим ключевые технологии, применяемые в этой области.

Классические методы, такие например, как токарная обработка, фрезерование и шлифовка, остаются востребованными благодаря своей надежности и универсальности. Ручные методы включают использование инструментов для обработки поверхностей, резки и формовки металла. Несмотря на развитие автоматизации, ручной труд остается важным для выполнения специфических задач, требующих высокой квалификации и опыта.

Числовое программное управление (ЧПУ) революционизировало металлообработку, обеспечивая высокую точность при повторяемости операций. Станки с ЧПУ позволяют выполнять сложные операции по заданной программе без участия оператора. Это сокращает время обработки и снижает вероятность ошибок.

Лазерная обработка включает резку, сварку и маркировку металлов. Лазеры обеспечивают высокую точность и минимальное воздействие на материал благодаря узкому лучу высокой энергии. Это делает их идеальными для работы с тонкими или сложными деталями.

Аддитивные технологии, такие как селективное лазерное спекание (SLS) и лазерная плавка (SLM), позволяют создавать металлические изделия путем послойного добавления материала. Эти методы находят применение в производстве прототипов и малосерийных изделий с уникальной геометрией.

3D печать в металлообработке открывает новые горизонты для создания сложных конструкций с минимальными отходами материала. Металлические порошки используются для формирования объектов через послойное нанесение и спекание, что позволяет создавать детали с внутренними структурами.

Интеграция роботизированных комплексов в процессы металлообработки обеспечивает автоматизацию рутинных операций, повышая производительность и безопасность труда. Интеллектуальные системы управления позволяют оптимизировать производственные процессы за счет анализа данных в реальном времени и адаптации к изменяющимся условиям.