Обработка металла

Термические операции механической обработки металла

Для многих результатов требуется нагрев элемента с последующим охлаждением. Это позволяет увеличить прочность, изменить кристаллическую структуру, а также совершить деформации, например, ковку.

Обработка металлов на заказ – это основное направление деятельности компании Феникс https://fenixcnc.ru/ . Компания работает с различными видами металлов и выполняем отдельные механические работы: токарные, фрезерные, шлифовальные, расточные, сварочные, гальваника, другие виды металлообработки.

Различают следующие виды термообработки.

Отжиг

В результате увеличения температуры до предела пластичности с последующим снижением жара вместе с печью уменьшается твердость, но становится проще обрабатывать деталь. Часто используется перед штампованием или ковкой.

Закалка

Это аналогичная процедура, но она включает еще один этап – повышенные градусы держат достаточно долго для того, чтобы структура стабилизировалась. А охлаждение происходит не медленно, а быстро – в минеральном масле или просто в воде. Это нужно для того, чтобы снять внутреннее напряжение, образованное после литья, а также для таких элементов, которые испытывают постоянное механическое воздействие в период эксплуатации.

Отпуск

Это повторный нагрев после закалки, который позволяет закрепить все проявившиеся качества, но при этом снизить повышенную хрупкость. Повторное нагревание значительно менее интенсивное.

Старение

Редко используется искусственная стимуляция процессов, которые происходят при стандартном изменении в течение времени.

Нормализация

Это изменение структуры – если сперва после литья химическая решетка с крупным зернами, то после операции она становится мелкозернистой. Это сильно повышает ковкость, но прочность не страдает. В статье мы рассказали про разные технологии механической обработке металла и показали фото. В качестве завершения темы посмотрим короткий ролик.

Возникновение металлообработки

Согласно данным археологов и ученых, первые попытки воздействия на металлы предпринимались еще в доисторическую эпоху. Материалом служило метеоритное железо, медь, золото. Методом холодной ковки люди учились изготавливать из металлов первые инструменты.

Считается, что выплавка в сыродутной печи зародилась в Индии в XII веке до н. э. Почти одновременно эта технология начала применяться на Кавказе и в Анатолии (Османская империя, территория современной Турции).

Также обнаружены свидетельства использования железа при выплавке и изготовлении орудий и инструментов в 1200 году до н. э. в Африке южнее Сахары. Кованое железо применялось уже в первом тысячелетии до нашей эры.

Электроэрозионная обработка металлов

Электроэрозионная обработка подходит для обработки любых металлов и их сплавов (чугун, сталь, латунь, алюминий и так далее). Температура ионизированной плазмы является очень высокой (более 10 тысяч градусов), что делает возможной работу со всеми видами металлов. Плазма обладает коротким периодом жизни, поэтому она не повреждает металлическую деталь, а контролировать мощность ионного потока не слишком сложно. Технология востребована в высокоточных отраслях промышленности; в мелкосерийном и домашнем производстве станки для ЭЭО используются редко в связи с их высокой стоимостью.

На практике технология ЭЭО обычно применяется для обработки сложных фасадных конструкций, а также при работе со сверхпрочными деталями для самолетов, автомобилей, кораблей, электронных устройств. В случае правильного использования оборудования не возникают микротрещины и микроповреждении металлической заготовки, что положительно сказывается на качестве обработки. Для создания электрода используются графит, вольфрам, алюминий или латунь. Эти материалы не разрушаются при контакте с нагретой плазмой, сохраняют свою форму. ЭЭО позволяет изменить форму, размеры, шероховатость исходной детали.

Физические и химические основы электроэрозии

Электроэрозионная обработка (ЭЭО) — это технология, которая позволяет разрушать поверхность металлических изделий с помощью электрических разрядов. Явление электрической эрозии основано на разрушении электродов под действием электрического тока, пропускаемого через электроды. Технология была изобретена советскими инженерами и учеными Б. Лазаренко и Н. Лазаренко в 1943 году.

Технология электроэрозии позволяет изменить размеры, форму металлических деталей — ее можно использовать для создания отверстий, для шлифовки, для обработки фасонных полостей, для создания углублений и так далее. Технология является очень точной и надежной, что позволяет использовать для высокоточной обработки металлов.

На физическом уровне ЭЭО выглядит так:

1. Для электрической эрозии применяются станки, которые имеет приблизительно одинаковую конструкцию. Главным их элементом является обрабатывающий инструмент-электрод, который выступает в роли резака. Вторым важным элементом является сама обрабатываемая деталь. Третий элемент — источник постоянного тока, к которому подключаются электрод и обрабатываемая деталь.
2. Чтобы избежать перегрева деталей, обработка выполняется в жидкой среде. В качестве жидкости выступают диэлектрики, которые плохо проводят ток (керосин, минеральное масло). Для удобства работы станок может оборудоваться дополнительными деталями (реостаты, конденсаторы и другие). Большинство современных станков также оборудованы электронной панелью управления.
3. Установка может работать в двух режимах — электроискровой и электроимпульсный. В случае электроискрового режима ток подается таким образом, что электрод выступает в роли минус-катода, а сама деталь — плюс-анода. Во время работы электрод генерирует электрическую дугу, которая ионизирует поверхность металлической заготовки. Ионы имеют очень высокую температуру, что приводит к расплавлению металла с образованием небольшой лунки. Чтобы не расплавить электрод-катод, электричество подается короткими импульсами. Длительность подачи электричества для генерации 1 импульса — 0,001 секунд. Во время электроискровой обработки срезается небольшое количество металла, поэтому эту технологию используют для финальной обработки заготовки.
4. В случае электроимпульсного режима работы меняется электрическая полярность. На электрод подается положительный ток, а на деталь — отрицательный. Это также приводит к образованию ионизированной плазмы, которая прожигает металл с образованием лунки-углубления. Однако из-за особенностей кристаллической решетки металлов генерируется более мощный поток ионов, поэтому электроимпульсный режим мощнее электроискрового в 10-11 раз. Чтобы защитить электрод от расплавления, ток подается небольшими порциями, где длительность подачи 1 импульса составляет 0,001 секунд. Электроимпульсный режим из-за повышенной мощности используется для черновой обработки, а также для резки сверхпрочных металлических сплавов.

Частички металла, которые срезаются ионным потоком, попадают в жидкость-диэлектрик. Они не растворяются, а находятся в диэлектрике в виде мелкой взвеси. Сперва частички обладают очень высокой температурой, однако при контакте с жидкостью они быстро остывают, достигая температуры окружающей среды. После проведения работ не рекомендуется использовать «раствор» по прямому назначению, поскольку металлическая взвесь может ухудшать технические свойства эксплуатируемого прибора.

Высокоэнергетические способы формоизменения

Высокоэнергетические технологии применяются в тех случаях, когда традиционными методами изменять форму и размеры металлической заготовки невозможно.

При этом используются четыре вида энергии:

1. Гидравлическая — давления жидкости, либо отдельных элементов, приводимых ею в движение.
2. Электрическая, при которой все процессы съёма материала выполняются с помощью разряда – дугового или искрового.
3. Электромагнитная, реализующая процесс металлообработки при воздействии на заготовку электромагнитного поля.
4. Электрофизическая, действующая на поверхность направленным лучом лазера.

Существуют и успешно развиваются также комбинированные способы воздействия на металл, при которых используются два и более источника энергии.

Гидроабразивная металлообработка основана на поверхностном воздействии жидкости высокого давления. Подобные установки применяются, в основном, с целью повышения качества поверхности, снятия микронеровностей, очистки поверхности от ржавчины, окалины и т.п. При этом струя жидкости может воздействовать на изделие как непосредственно, так и через абразивные компоненты, находящиеся в потоке. Абразивный материал, содержащийся в эмульсии, постоянно обновляется, чтобы обеспечить стабильность получаемых результатов.

Электроэрозионная обработка – процесс размерного разрушения (эрозии) поверхности металла при воздействии на него импульсного, искрового или дугового разряда. Высокая плотность объёмной тепловой мощности источника приводит к размерному плавлению микрочастиц металла с последующим выносом их из зоны обработки потоком диэлектрической рабочей среды (масла, эмульсии). Поскольку при металлообработке одновременно происходят процессы локального нагрева поверхности до весьма высоких температур, то в результате твёрдость детали в зоне обработки существенно увеличивается.

Магнитоимпульсная обработка заключается в том, что обрабатываемое изделие помещается в мощное электромагнитное поле, силовые линии которого воздействуют на заготовку, помещённую в диэлектрик. Таким способом производят формовку малопластичных сплавов (например, титана или бериллия), а также листовых заготовок из стали. Аналогичным образом на поверхность действуют и ультразвуковые волны, генерируемые магнитострикционными или пьезоэлектрическими преобразователями частоты. Высокочастотные колебания применяются также и для поверхностной термообработки металлов.

Наиболее концентрированным источником тепловой энергии является лазер. Лазерная обработка – единственный способ получения в заготовках сверхмалых отверстий повышенной размерной точности. Ввиду направленности теплового действия лазера на металл, последний в прилегающих зонах интенсивно упрочняется. Лазерный луч способен производить размерную прошивку таких тугоплавких химических элементов, как вольфрам или молибден.

Электрохимическая обработка – пример комбинированного воздействия на поверхность химическими реакциями, возникающими при прохождении через заготовку электрического тока. В результате происходит насыщение поверхностного слоя соединениями, которые могут образовываться лишь при повышенных температурах: карбидами, нитридами, сульфидами. Подобными технологиями может выполняться поверхностное покрытие другими металлами, что используется для производства биметаллических деталей и узлов (пластин, радиаторов и т.д.).

Современные технологии обработки металлов непрерывно совершенствуются, используя новейшие достижения науки и техники.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:

• Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
• Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
• Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
• Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
• Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.

Шлифовка металла

Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Особенности программного обеспечения для металлообработки

Металлообработка является очень сложным технологическим процессом. В данной отрасли очень проблематично обходиться без специализированного оборудования.

Только специализированные станки даёт гарантии получения качественной и надёжной продукции, а также её эффективного изготовления.

Однако сегодня выпускаются устройства с системой автоматического управления и САПР. Оператору достаточно программно задать параметры, и оборудование самостоятельно их выполнит. Такое программное обеспечение для металлообработки помогает компании существенно сэкономить расходные материалы, сократить эксплуатационные затраты, увеличить производительность, а также повысить качество готовой продукции.

Управление станком является тем действием, с помощью которого гарантируется соблюдение всех этапов технологического процесса.

Оборудование с ЧПУ предусматривает применение специального программного обеспечения. Задаётся оно на электронный носитель в виде набора данных.

Зачастую конструкция металлообрабатывающих станков с ЧПУ совмещает в себе следующее:

• применение различных способов обработки металлических изделий;
• автоматизацию производственного процесса;
• оптимизацию процессов выгрузки и загрузки самих заготовок;
• удалённое программное управление любым технологическим этапом производства продукции.

Сегодня управление всеми станками с ЧПУ осуществляется при помощи микроконтроллеров и специального ПО. Это могут быть как зарубежные, так и российские программы.

Одно и то же программное обеспечение может применяться для нескольких видов оборудования. Нужно всего лишь сконфигурировать канал передачи информации и сам протокол. В результате этого удаётся получить не только экономически выгодное, но и максимально гибкое решение.

Многие производители выпускают специализированные программы, которые способны использоваться многократно без каких-либо изменений. При этом могут применяться контроллеры разных поколений.

Программное обеспечение используется не только на специализированном оборудовании. Его применяют и на стадии проектирования изделий. Если ранее все чертежи рисовались вручную, то сегодня с приходом новых современных технологий всё стало намного проще и удобнее.

Существует масса программ для ПК, в которых специалист может быстро нарисовать требуемую деталь в любой проекции.

Механическая обработка

Существуют различные виды механической обработки металлов. Это самая большая группа способов обработки материала, в которых используются специальные инструменты и оборудование. Механическое усилие позволяет снимать с заготовки слой металла.

Сверление и точение

Сверление — это обработка металлов с помощью специального оборудования. Технология сверления делится на несколько этапов:

1. Заготовка закрепляется на рабочем столе с помощью струбцин или тисков.
2. В патроне рабочего инструмента закрепляется оснастка — сверло или мечик для нарезания резьбы.
3. После включения электродвигателя, шпиндель раскручивает патрон. Оснастка проделывает в металлической заготовке отверстие нужного диаметра.

При выборе оснастки требуется учитывать характеристики обрабатываемого материала. Сверла выдерживают разные нагрузки.

Ещё одни распространённым видом механической обработки металла является точение. С помощью этого технологического процесса создаются детали цилиндрической и конусовидной формы. Метод сверления:

1. Заготовка закрепляется в подвижном шпинделе.
2. После включения двигателя она раскручивает заготовку.
3. Мастер подносит резцы для снятия слоя металла.

Шлифование и фрезерование

Ещё одним популярным способом обработки металла является фрезерование. Он похож на сверление. С помощью фрезы можно изготавливать различные углубления в металлических поверхностях, создавать резьбу, обрабатывать торцы заготовок. При вращении шпинделя оснастка снимает слой металла.

Также в процессе обработки металла и дерева используются абразивные материалы. Круг с напылением фиксируется на подвижном валу, которые раскручивается с помощью электродвигателя. От выбора фракции абразива зависит тип обработки. Чтобы очистить поверхность от толстого слоя ржавчины или металла, требуется использовать абразивные круги с крупными частицами. Для финишной работы подходит мелкая фракция.