Główne rodzaje obróbki metali. Nowoczesne technologie obróbki metali

Oprócz powyższych metod obróbki metali oraz wytwarzania półfabrykatów i części maszyn stosowane są również inne stosunkowo nowe i bardzo postępowe metody.

Spawanie metali. Przed wynalezieniem spawania metali produkcja np. kotłów, metalowych kadłubów statków czy inne prace wymagające łączenia blach ze sobą opierały się na zastosowaniu metody nity.

Obecnie nitowanie prawie nie jest używane, zostało wymienione spawanie metali. Połączenie spawane jest bardziej niezawodne, lżejsze, szybsze i oszczędza metal. Prace spawalnicze wymagają mniejszych kosztów siła robocza. Spawanie może być również stosowane do łączenia części zepsutych oraz, poprzez spawanie metalu, do odnawiania zużytych części maszyn.

Istnieją dwie metody spawania: gaz (autogeniczny) - za pomocą gazu palnego (mieszanina acetylenu i tlenu), który daje bardzo gorący płomień (ponad 3000 °C), i spawanie elektryczne w którym metal topi się łukiem elektrycznym (temperatura do 6000 ° C). Obecnie największe zastosowanie ma spawanie elektryczne, za pomocą którego małe i duże części metalowe są mocno połączone (części największych kadłubów są ze sobą spawane). statki morskie, wiązary mostowe i inne konstrukcje budowlane, części ogromnych kotłów o najwyższym ciśnieniu, części maszyn itp.). Masa spawanych części w wielu maszynach wynosi obecnie 50-80% ich masy całkowitej.

Tradycyjne cięcie metalu uzyskuje się poprzez usuwanie wiórów z powierzchni przedmiotu obrabianego. Do 30-40% metalu trafia w wióry, co jest bardzo nieekonomiczne. Dlatego coraz więcej uwagi poświęca się nowym metodom obróbki metali w oparciu o technologię bezodpadową lub niskoodpadową. Pojawienie się nowych metod wynika również z rozpowszechnienia się w inżynierii mechanicznej metali i stopów o wysokiej wytrzymałości, odpornych na korozję i żaroodpornych, których obróbka jest trudna konwencjonalnymi metodami.

Nowe metody obróbki metali obejmują: chemiczną, elektryczną, plazmowo-laserową, ultradźwiękową, hydroplastyczną.

Na obróbka chemiczna wykorzystywana jest energia chemiczna. Usunięcie pewnej warstwy metalu odbywa się w środowisku chemicznie aktywnym (mielenie chemiczne). Polega na kontrolowanym czasie i miejscu rozpuszczania metalu z powierzchni przedmiotów obrabianych poprzez ich trawienie w kąpielach kwaśnych i zasadowych. Jednocześnie powierzchnie niepoddające się obróbce zabezpieczamy powłokami chemoodpornymi (lakiery, farby itp.). Stałość szybkości trawienia jest utrzymywana dzięki stałemu stężeniu roztworu.

Metody przetwarzania chemicznego powodują lokalne przerzedzenie na niesztywnych przedmiotach, usztywniacze; uzwojenie rowków i pęknięć; powierzchnie waflowe; obsługiwać powierzchnie, które są trudno dostępne dla narzędzia tnącego.

Na metoda elektryczna energia elektryczna zamieniana jest na energię cieplną, chemiczną i inne bezpośrednio w procesie usuwania danej warstwy. Według tego metody elektryczne przetwarzanie dzieli się na elektrochemiczne, elektroerozyjne, elektrotermiczne i elektromechaniczne.

Obróbka elektrochemiczna opiera się na prawach anodowego rozpuszczania metalu podczas elektrolizy. Gdy prąd stały przepływa przez elektrolit, na powierzchni przedmiotu obrabianego, który jest włączony w obwód elektryczny i jest anodą, zachodzi reakcja chemiczna i powstają związki, które przechodzą do roztworu lub są łatwo usuwane mechanicznie. Obróbka elektrochemiczna stosowana jest w polerowaniu, obróbce wymiarowej, honowaniu, szlifowaniu, czyszczeniu metali z tlenków, rdzy.

Obróbka anodłączy procesy elektrotermiczne i elektromechaniczne i zajmuje pozycję pośrednią między metodami elektrochemicznymi i elektroerozyjnymi. Obrabiany przedmiot jest połączony z anodą, a narzędzie jest połączone z katodą. Jako narzędzie stosuje się metalowe dyski, cylindry, taśmy, druty. Przetwarzanie odbywa się w środowisku elektrolitu. Przedmiot obrabiany i narzędzie wykonują te same ruchy, co w konwencjonalnych metodach obróbki.

Gdy przez elektrolit przepływa prąd stały, zachodzi proces anodowego rozpuszczania metalu, jak w obróbce elektrochemicznej. W momencie kontaktu narzędzia (katody) z mikronierównościami obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego (anody) zachodzi proces elektroerozji, co jest nieodłączną cechą obróbki elektroiskrowej. Produkty elektroerozji i anodowego rozpuszczania są usuwane ze strefy obróbki podczas ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego.

EDM opiera się na prawach erozji (zniszczenia) elektrod wykonanych z materiałów przewodzących, gdy przepływa między nimi pulsujący prąd elektryczny. Służy do obróbki wnęk i otworów o dowolnym kształcie, cięcia, szlifowania, grawerowania, ostrzenia i hartowania narzędzi. W zależności od parametrów impulsów i rodzaju generatorów użytych do ich uzyskania obróbka elektroerozyjne dzieli się na elektroiskrową, elektropulsową i elektrokontaktową.

Obróbka elektroiskrowa służy do produkcji matryc, form, narzędzi skrawających oraz do utwardzania warstwy wierzchniej części.

Przetwarzanie elektropulsowe stosowany jako wstęp do produkcji matryc, łopatek turbin, powierzchni otworów kształtowych w częściach wykonanych ze stali żaroodpornych. W tym procesie szybkość usuwania metalu jest około dziesięciokrotnie większa niż w przypadku obróbki elektroiskrowej.

Obróbka elektrokontaktowa oparte na miejscowym nagrzewaniu przedmiotu obrabianego w miejscu styku z elektrodą (narzędziem) i usuwaniu stopionego metalu ze strefy obróbki mechanicznie. Metoda nie zapewnia wysokiej dokładności i jakości powierzchni części, ale daje dużą szybkość usuwania metalu, dlatego jest stosowana przy zdzieraniu wyrobów odlewanych lub walcowanych ze stopów specjalnych, szlifowaniu (zdzieraniu) części korpusów maszyn z trudnoobrabialnych cięte stopy.

Obróbka elektromechaniczna związane z mechanicznym działaniem prądu elektrycznego. Jest to podstawa np. obróbki elektrohydraulicznej, która wykorzystuje działanie fal uderzeniowych powstałych w wyniku impulsowego przebicia czynnika ciekłego.

Ultradźwiękowa obróbka metali- rodzaj obróbki mechanicznej - polega na niszczeniu obrabianego materiału przez ziarna ścierne pod wpływem narzędzia oscylującego z częstotliwością ultradźwiękową. Źródłem energii są generatory prądu elektrodźwiękowego o częstotliwości 16-30 kHz. Stempel narzędzia roboczego jest zamocowany na falowodzie generatora prądu. Pod stemplem umieszcza się półfabrykat, a do strefy obróbki wchodzi zawiesina składająca się z wody i materiału ściernego. Proces obróbki polega na tym, że narzędzie oscylując z częstotliwością ultradźwiękową uderza w ziarna ścierne, które odrywają cząstki materiału obrabianego. Obróbka ultradźwiękowa służy do uzyskiwania wkładek, matryc i stempli ze stopów twardych, wycinania wgłębień i otworów w częściach, przebijania otworów z zakrzywionymi osiami, grawerowania, gwintowania, cięcia detali na części itp.

Metody plazmowo-laserowe przetwarzanie opiera się na wykorzystaniu wiązki skupionej (elektronicznej, spójnej, jonowej) o bardzo dużej gęstości energii. Wiązka lasera jest wykorzystywana zarówno jako środek nagrzewania i zmiękczania metalu przed frezem, jak i do wykonywania procesu bezpośredniego cięcia podczas przebijania otworów, frezowania i cięcia metalowa blacha, tworzywa sztuczne i inne materiały.

Proces cięcia przebiega bez powstawania wiórów, a metal odparowujący pod wpływem wysokich temperatur jest odprowadzany przez sprężone powietrze. Lasery są wykorzystywane do spawania, napawania i cięcia w przypadkach, gdy jakość tych operacji podlega podwyższonym wymaganiom. Na przykład supertwarde stopy, panele tytanowe w nauce rakietowej, produkty nylonowe itp. są cięte za pomocą wiązki laserowej.

Obróbka hydroplastów metale są wykorzystywane do produkcji wydrążonych części o gładkiej powierzchni i małych tolerancjach (siłowniki hydrauliczne, nurniki, osie wagonów, obudowy silników elektrycznych itp.). Wydrążony cylindryczny kęs, podgrzany do temperatury odkształcenia plastycznego, jest umieszczany w masywnej rozbieralnej matrycy, wykonanej zgodnie z kształtem produkowanej części, a woda jest pompowana pod ciśnieniem. Obrabiany przedmiot jest rozłożony i przyjmuje formę matrycy. Wykonane w ten sposób części mają większą trwałość.

Nowe metody obróbki metali wprowadzają technologię wytwarzania części na jakościowo wyższy poziom. wysoki poziom w porównaniu z tradycyjną technologią.

Oprócz powyższych metod obróbki metali oraz wytwarzania półfabrykatów i części maszyn stosowane są również inne stosunkowo nowe i bardzo postępowe metody.

Spawanie metali. Przed wynalezieniem spawania metali produkcja np. kotłów, metalowych kadłubów statków czy inne prace wymagające łączenia blach ze sobą opierały się na zastosowaniu metody nity.

Obecnie nitowanie prawie nie jest używane, zostało wymienione spawanie metali. Połączenie spawane jest bardziej niezawodne, lżejsze, szybsze i oszczędza metal. Prace spawalnicze wymagają mniej pracy. Spawanie może być również stosowane do łączenia części zepsutych oraz, poprzez spawanie metalu, do odnawiania zużytych części maszyn.

Istnieją dwie metody spawania: gaz (autogeniczny) - za pomocą gazu palnego (mieszanina acetylenu i tlenu), który daje bardzo gorący płomień (ponad 3000 °C), i spawanie elektryczne w którym metal topi się łukiem elektrycznym (temperatura do 6000 ° C). Obecnie najszerzej stosowane jest spawanie elektryczne, za pomocą którego trwale łączone są małe i duże części metalowe (części kadłubów największych statków morskich, kratownice mostowe i inne konstrukcje budowlane, części ogromnych kotłów o najwyższym ciśnieniu, części maszyn , itp. są ze sobą spawane. ). Masa spawanych części w wielu maszynach wynosi obecnie 50-80% ich masy całkowitej.

Tradycyjne cięcie metalu uzyskuje się poprzez usuwanie wiórów z powierzchni przedmiotu obrabianego. Do 30-40% metalu trafia w wióry, co jest bardzo nieekonomiczne. Dlatego coraz więcej uwagi poświęca się nowym metodom obróbki metali w oparciu o technologię bezodpadową lub niskoodpadową. Pojawienie się nowych metod wynika również z rozpowszechnienia się w inżynierii mechanicznej metali i stopów o wysokiej wytrzymałości, odpornych na korozję i żaroodporność, których obróbka jest trudna konwencjonalnymi metodami.

Nowe metody obróbki metali obejmują: chemiczną, elektryczną, plazmowo-laserową, ultradźwiękową, hydroplastyczną.

Na obróbka chemiczna wykorzystywana jest energia chemiczna. Usunięcie pewnej warstwy metalu odbywa się w środowisku chemicznie aktywnym (mielenie chemiczne). Polega na kontrolowanym czasie i miejscu rozpuszczania metalu z powierzchni przedmiotów obrabianych poprzez ich trawienie w kąpielach kwaśnych i zasadowych. Jednocześnie powierzchnie niepoddające się obróbce zabezpieczamy powłokami chemoodpornymi (lakiery, farby itp.). Stałość szybkości trawienia jest utrzymywana dzięki stałemu stężeniu roztworu.

Metody przetwarzania chemicznego powodują lokalne przerzedzenie na niesztywnych przedmiotach, usztywniacze; uzwojenie rowków i pęknięć; powierzchnie waflowe; obsługiwać powierzchnie, które są trudno dostępne dla narzędzia tnącego.

Na metoda elektrycznaEnergia elektryczna jest zamieniany na energię cieplną, chemiczną i inne rodzaje energii bezpośrednio w procesie usuwania danej warstwy. Zgodnie z tym metody przetwarzania elektrycznego dzielą się na elektrochemiczne, elektroerozyjne, elektrotermiczne i elektromechaniczne.

Obróbka elektrochemiczna opiera się na prawach anodowego rozpuszczania metalu podczas elektrolizy. Gdy prąd stały przepływa przez elektrolit, na powierzchni przedmiotu obrabianego, który jest włączony w obwód elektryczny i jest anodą, zachodzi reakcja chemiczna i powstają związki, które przechodzą do roztworu lub są łatwo usuwane mechanicznie. Obróbka elektrochemiczna stosowana jest w polerowaniu, obróbce wymiarowej, honowaniu, szlifowaniu, czyszczeniu metali z tlenków, rdzy.

Obróbka anodłączy procesy elektrotermiczne i elektromechaniczne i zajmuje pozycję pośrednią między metodami elektrochemicznymi i elektroerozyjnymi. Obrabiany przedmiot jest połączony z anodą, a narzędzie jest połączone z katodą. Jako narzędzie stosuje się metalowe dyski, cylindry, taśmy, druty. Przetwarzanie odbywa się w środowisku elektrolitu. Przedmiot i narzędzie
ustawić takie same ruchy jak w konwencjonalnych metodach obróbki.

Gdy przez elektrolit przepływa prąd stały, zachodzi proces anodowego rozpuszczania metalu, jak w obróbce elektrochemicznej. W momencie kontaktu narzędzia (katody) z mikronierównościami obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego (anody) zachodzi proces elektroerozji, co jest nieodłączną cechą obróbki elektroiskrowej. Produkty elektroerozji i anodowego rozpuszczania są usuwane ze strefy obróbki podczas ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego.

EDM opiera się na prawach erozji (zniszczenia) elektrod wykonanych z materiałów przewodzących, gdy przepływa między nimi pulsujący prąd elektryczny. Służy do obróbki wnęk i otworów o dowolnym kształcie, cięcia, szlifowania, grawerowania, ostrzenia i hartowania narzędzi. W zależności od parametrów impulsów i rodzaju generatorów użytych do ich uzyskania obróbka elektroerozyjne dzieli się na elektroiskrową, elektropulsową i elektrokontaktową.

Obróbka elektroiskrowa służy do produkcji matryc, form, narzędzi skrawających oraz do utwardzania warstwy wierzchniej części.

Przetwarzanie elektropulsowe stosowany jako wstęp do produkcji matryc, łopatek turbin, powierzchni otworów kształtowych w częściach wykonanych ze stali żaroodpornych. W tym procesie szybkość usuwania metalu jest około dziesięciokrotnie większa niż w przypadku obróbki elektroiskrowej.

Obróbka elektrokontaktowa opiera się na miejscowym nagrzewaniu przedmiotu obrabianego w miejscu kontaktu z elektrodą (narzędziem) oraz mechanicznym usuwaniu stopionego metalu ze strefy obróbki. Metoda nie zapewnia wysokiej dokładności i jakości powierzchni części, ale daje wysoka prędkość usuwanie metalu, dlatego jest stosowany przy czyszczeniu odpływów lub wyrobów walcowanych ze stopów specjalnych, szlifowaniu (zgrubnie) części korpusów maszyn z trudno skrawalnych stopów.

Obróbka elektromechaniczna związane z mechanicznym działaniem prądu elektrycznego. Jest to podstawa np. obróbki elektrohydraulicznej, która wykorzystuje działanie fal uderzeniowych powstałych w wyniku impulsowego przebicia czynnika ciekłego.

Ultradźwiękowa obróbka metali- rodzaj obróbki mechanicznej - polega na niszczeniu obrabianego materiału przez ziarna ścierne pod wpływem narzędzia oscylującego z częstotliwością ultradźwiękową. Źródłem energii są generatory prądu elektrodźwiękowego o częstotliwości 16-30 kHz. Stempel narzędzia roboczego jest zamocowany na falowodzie generatora prądu. Pod stemplem umieszcza się półfabrykat, a do strefy obróbki wchodzi zawiesina składająca się z wody i materiału ściernego. Proces obróbki polega na tym, że narzędzie oscylując z częstotliwością ultradźwiękową uderza w ziarna ścierne, które odrywają cząstki materiału obrabianego. Obróbka ultradźwiękowa służy do uzyskiwania wkładek, matryc i stempli ze stopów twardych, wycinania wgłębień i otworów w częściach, przebijania otworów z zakrzywionymi osiami, grawerowania, gwintowania, cięcia detali na części itp.

Metody plazmowo-laserowe przetwarzanie opiera się na wykorzystaniu wiązki skupionej (elektronicznej, spójnej, jonowej) o bardzo dużej gęstości energii. Wiązka lasera jest wykorzystywana zarówno do podgrzewania i zmiękczania metalu przed frezem, jak i do wykonywania procesu bezpośredniego cięcia przy przebijaniu otworów, frezowaniu i cięciu blach, tworzyw sztucznych i innych materiałów.

Proces cięcia przebiega bez powstawania wiórów, a metal odparowujący pod wpływem wysokich temperatur jest odprowadzany przez sprężone powietrze. Lasery są wykorzystywane do spawania, napawania i cięcia w przypadkach, gdy jakość tych operacji podlega podwyższonym wymaganiom. Na przykład supertwarde stopy, panele tytanowe w nauce rakietowej, produkty nylonowe itp. są cięte za pomocą wiązki laserowej.

Obróbka hydroplastów metale są wykorzystywane do produkcji wydrążonych części o gładkiej powierzchni i małych tolerancjach (siłowniki hydrauliczne, nurniki, osie wagonów, obudowy silników elektrycznych itp.). Wydrążony cylindryczny kęs, podgrzany do temperatury odkształcenia plastycznego, jest umieszczany w masywnej rozbieralnej matrycy, wykonanej zgodnie z kształtem produkowanej części, a woda jest pompowana pod ciśnieniem. Obrabiany przedmiot jest rozłożony i przyjmuje formę matrycy. Wykonane w ten sposób części mają większą trwałość.

Nowe metody obróbki metali wprowadzają technologię wytwarzania części na jakościowo wyższy poziom w porównaniu do technologii tradycyjnej.

Chemiczne i elektryczne metody obróbki materiałów

W obróbce metali poprzez cięcie uzyskanie części o wymaganych wymiarach uzyskuje się poprzez usuwanie wiórów z powierzchni obrabianego przedmiotu. Wióry są zatem jednym z najczęstszych odpadów w obróbce metali, o objętości około 8 milionów ton rocznie. Jednocześnie co najmniej 2 mln ton to odpady z przerobu stali wysokostopowych i innych szczególnie cennych stali. Podczas obróbki na nowoczesnych maszynach do cięcia metalu wióry często dochodzą do 30-40% metalu z całkowitej masy przedmiotu obrabianego.

Nowe metody obróbki metali obejmują obróbkę chemiczną, elektryczną, plazmową, laserową, ultradźwiękową i hydroplastyczną.

Przetwarzanie chemiczne wykorzystuje energię chemiczną. Usunięcie pewnej warstwy metalu odbywa się w środowisku chemicznie aktywnym (mielenie chemiczne). Polega na rozpuszczaniu metalu w kąpielach, regulowanym w czasie i miejscu. Powierzchnie, których nie można obrabiać, zabezpieczamy powłokami odpornymi chemicznie (lakiery, farby, emulsje światłoczułe itp.). Stałość szybkości trawienia jest utrzymywana dzięki stałemu stężeniu roztworu. Metodami obróbki chemicznej uzyskuje się lokalne przerzedzenia i pęknięcia; powierzchnie waflowe; czyścić trudno dostępne powierzchnie.

W metodzie elektrycznej energia elektryczna zamieniana jest na energię cieplną, chemiczną i inne, które są bezpośrednio zaangażowane w proces usuwania danej warstwy. Zgodnie z tym metody przetwarzania elektrycznego dzielą się na elektrochemiczne, elektroerozyjne, elektrotermiczne i elektromechaniczne.

Obróbka elektrochemiczna opiera się na prawach anodowego rozpuszczania metalu podczas elektrolizy. Kiedy stały prąd elektryczny przepływa przez elektrolit na powierzchni przedmiotu obrabianego, który jest włączony w obwód elektryczny i jest anodą, zachodzą reakcje chemiczne i powstają związki, które przechodzą do roztworu lub są łatwo usuwane mechanicznie. Obróbka elektrochemiczna znajduje zastosowanie w polerowaniu, obróbce wymiarowej, honowaniu, szlifowaniu, czyszczeniu metali z tlenków, rdzy itp.

Obróbka anodowa łączy procesy elektrotermiczne i elektromechaniczne i zajmuje pozycję pośrednią między metodami elektrochemicznymi i elektroerozyjnymi. Obrabiany przedmiot jest połączony z anodą, a narzędzie jest połączone z katodą. Jako narzędzie stosuje się metalowe dyski, cylindry, taśmy, drut. Przetwarzanie odbywa się w środowisku elektrolitu. Przedmiot obrabiany i narzędzie wykonują te same ruchy, co w konwencjonalnych metodach obróbki. Elektrolit jest podawany do strefy obróbki przez dyszę.

Gdy przez roztwór elektrolitu przepływa stały prąd elektryczny, zachodzi proces anodowego rozpuszczania metalu, jak w obróbce elektrochemicznej. Gdy narzędzie-katoda styka się z mikrochropowatością obrabianej powierzchni przedmiotu-anody, zachodzi proces elektroerozji, który jest nieodłączny przy obróbce elektroiskrowej.

Produkty elektroerozji i anodowego rozpuszczania są usuwane ze strefy obróbki podczas ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego.

Obróbka elektroerozyjne opiera się na prawach erozji (zniszczenia) elektrod wykonanych z materiałów przewodzących, gdy przepływa między nimi impulsowy prąd elektryczny. Służy do obróbki wnęk i otworów o dowolnym kształcie, cięcia, szlifowania, grawerowania, ostrzenia i hartowania narzędzi. W zależności od parametrów i rodzaju impulsów użytych do uzyskania generatorów obróbkę elektroerozyjną dzieli się na elektroiskrową, elektropulsową i elektrokontaktową.

Przy określonej wartości różnicy potencjałów na elektrodach, z których jedna to obrabiany przedmiot (anoda), a druga to narzędzie (katoda), pomiędzy elektrodami powstaje kanał przewodzący, przez który iskra pulsująca (elektroiskoza) przetwarzania) lub łuku (obróbka elektropulsowa) przechodzi. W rezultacie wzrasta temperatura na powierzchni obrabianego przedmiotu. W tej temperaturze elementarna objętość metalu natychmiast topi się i odparowuje, a na powierzchni obrabianego przedmiotu powstaje otwór. Usunięty metal krzepnie w postaci drobnych granulek. Następny impuls prądowy przebija się przez szczelinę międzyelektrodową, gdzie odległość między elektrodami jest najmniejsza. Przy ciągłym dopływie prądu impulsowego do elektrod proces ich erozji trwa do momentu usunięcia całego metalu znajdującego się między elektrodami na odległość, na której możliwe jest przebicie elektryczne (0,01 - 0,05 mm) przy danym napięciu. Aby kontynuować proces, konieczne jest zbliżenie elektrod na określoną odległość. Elektrody są zbliżane automatycznie przez urządzenie śledzące tego czy innego typu.

Obróbka elektroiskrowa służy do produkcji matryc, form, matryc, narzędzi skrawających, części silników. wewnętrzne spalanie, siatki i do utwardzania warstwy wierzchniej części.

Obróbka elektrokontaktowa polega na miejscowym nagrzewaniu przedmiotu obrabianego w miejscu kontaktu z elektrodą narzędziową i usuwaniu zmiękczonego lub stopionego metalu ze strefy obróbki środkami mechanicznymi (z ruchem względnym przedmiotu obrabianego i narzędzia).

Obróbka elektromechaniczna związana jest głównie z mechanicznym działaniem prądu elektrycznego. Jest to podstawa np. obróbki elektrohydraulicznej, która wykorzystuje działanie fal uderzeniowych powstałych w wyniku impulsowego przebicia czynnika ciekłego.

Ultradźwiękowa obróbka metali - rodzaj obróbki mechanicznej - polega na niszczeniu obrabianego materiału przez ziarna ścierne pod wpływem narzędzia oscylującego z częstotliwością ultradźwiękową. Źródłem energii są generatory prądu elektrodźwiękowego o częstotliwości 16 - 30 kHz. Narzędzie robocze - stempel - jest zamocowane na falowodzie generatora prądu. Pod stemplem umieszcza się półfabrykat, a do strefy obróbki wchodzi zawiesina składająca się z wody i materiału ściernego. Proces obróbki polega na tym, że narzędzie oscylując z częstotliwością ultradźwiękową uderza w leżące na obrabianej powierzchni ziarna ścierne, które odłupują cząstki materiału obrabianego.

Obróbka metalu sięga czasów prehistorycznych, kiedy to starożytni nauczyli się odlewać z miedzi narzędzia i groty strzał. Tak rozpoczęła się era metalu, skamieniałości, która pozostaje aktualna do dziś. Obecnie nowe technologie obróbki metali umożliwiają tworzenie różnych stopów, zmianę właściwości technologicznych oraz uzyskanie skomplikowanych kształtów i wzorów.

Obecnie najbardziej poszukiwanym materiałem jest żelazo. Na jej podstawie odlewanych jest wiele stopów o różnej zawartości węgla i dodatkach stopowych. Oprócz stali, w przemyśle szeroko stosowane są metale nieżelazne, które znajdują również zastosowanie w szerokiej gamie stopów. Każdy stop charakteryzuje się nie tylko właściwościami eksploatacyjnymi, ale również technologicznymi, które determinują sposób jego obróbki:

• odlew;
• obróbka cieplna;
• obróbka skrawaniem;
• deformacja na zimno lub na gorąco;
• spawalniczy.

Casting to pierwsza metoda, z której dana osoba zaczęła korzystać. Pierwszym była miedź, a wytop żelaza z rudy w piecu surowym rozpoczęto w XII wieku p.n.e. mi. Nowoczesne technologie pozwalają na uzyskanie różnych stopów, uszlachetnianie i odtlenianie metalu. Na przykład odtlenianie miedzi fosforem czyni ją bardziej plastyczną, a ponowne topienie w atmosferze obojętnej zwiększa jej przewodność elektryczną.

Najnowsze osiągnięcia w metalurgii to pojawienie się nowych stopów. Opracowano nowe, wyższej jakości gatunki austenitycznej i ferrytycznej stali nierdzewnej wysokostopowej. Pojawiły się trwalsze i bardziej odporne na korozję stal żaroodporna, żaroodporna, kwasoodporna i spożywcza serii AISI 300 i 400. Niektóre stopy zostały ulepszone, a do ich składu wprowadzono tytan jako stabilizator.

W metalurgii metali nieżelaznych uzyskano również stopy o optymalnych właściwościach dla danej gałęzi przemysłu. Aluminium wtórnego ogólnego przeznaczenia 1105, aluminium o wysokiej czystości A0 dla przemysłu spożywczego, linii lotniczych, wśród których jest najbardziej poszukiwane w przemysł lotniczy gatunki AB, AD31 i AD 35, odporne na wodę morską aluminium morskie 1561 i AMg5, spawalne stopy aluminium z magnezem lub manganem, żaroodporne aluminium, takie jak AK4. Szeroka gama stopów na bazie miedzi - brązu i mosiądzu posiada również charakterystyczne cechy i zaspokaja wszelkie potrzeby gospodarki narodowej.

Kształtowanie charakterystyk technologicznych stopu

Na współczesnym rynku metali walcowanych prezentowane są różne półprodukty z różnych stali i stopów metali nieżelaznych. Jednocześnie ta sama marka może być oferowana w innym stanie technologicznym.

Obróbka cieplna

Poprzez obróbkę cieplną stop może być doprowadzony do najbardziej sztywnego i trwałego stanu lub odwrotnie, do stanu bardziej plastycznego. W stanie stałym „T” - utwardzony termicznie, uzyskuje się przez podgrzanie do określonej temperatury, a następnie szybkie schłodzenie w wodzie lub oleju. Stan miękki „M” - wyżarzony termicznie, gdy po nagrzaniu następuje powolne chłodzenie. W przypadku aluminium istnieją również termiczne metody naturalnego i sztucznego starzenia.

Dla każdej marki określa się własne tryby obróbki cieplnej, bada się wpływ naprężeń na właściwości korozyjne, co umożliwia również kształtowanie procesów technologicznych.

Hartowanie ciśnieniowe

Ta metoda była znana naszym przodkom. Kowale zwiększyli gęstość materiału, wykuwając go na zimno. Nazywało się to nitowaniem kosy lub ostrza. Dziś proces ten otrzymał nazwę - utwardzanie przez zgniot, które jest oznaczone literą „H” w oznakowaniu wyrobów walcowanych. Nowoczesne technologie umożliwiają uzyskanie hartowania mechanicznego dowolnego stopnia z dużą dokładnością. Na przykład „H2” - półpraca, „H3” - trzecie utwardzanie itp.

Metoda polega na maksymalnym możliwym ściskaniu mechanicznym, a następnie częściowym wyżarzaniu do wymaganego stanu technologicznego.

Obróbka chemiczna

Wytrawianie powierzchni chemikaliami. Metoda służy do zmiany ziarnistości powierzchni i nadania jej matowego lub błyszczącego odcienia. Zazwyczaj technikę tę stosuje się jako wykończenie powierzchni wyrobów walcowanych wytwarzanych przez odkształcanie na gorąco.

Ochrona przed korozją

Oprócz powlekania lakierami ochronnymi lub kompozytem z tworzywem sztucznym w nowoczesnej metalurgii stosuje się 4 główne metody:

• anodowanie - polaryzacja anodowa w roztworze elektrolitu w celu uzyskania warstwy tlenkowej chroniącej przed korozją;
• pasywacja - ochronna warstwa pasywna pojawia się w wyniku ekspozycji na czynniki utleniające;
• galwaniczna metoda powlekania jednego metalu drugim. Proces jest realizowany przez elektrolizę. W szczególności powlekanie stali niklem, cyną, cynkiem i innymi metalami odpornymi na korozję;
• okładzina - służy do ochrony stopy aluminium niewystarczająco odporny na korozję. Technika polega na mechanicznym powlekaniu warstwą czystego aluminium (walcowanie, ciągnienie).

Technologia bimetaliczna

Metoda opiera się na łączeniu różnych metali poprzez powstanie między nimi wiązania dyfuzyjnego. Jej istotą jest potrzeba uzyskania materiału, który posiada cechy dwóch elementów. Na przykład przewody wysokiego napięcia muszą być wystarczająco mocne i mieć wysoką przewodność elektryczną. W tym celu łączy się stal i aluminium. Stalowy rdzeń drutu przejmuje obciążenia mechaniczne, a aluminiowa osłona staje się doskonałym przewodnikiem. W technologii termometrycznej stosuje się bimetale o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej.

W Rosji bimetale są również używane do bicia monet.

Renowacja mechaniczna

Jest to integralna część każdej produkcji metalowej, która jest wykonywana za pomocą narzędzia skrawającego: cięcie, rąbanie, frezowanie, wiercenie itp. W nowoczesnej produkcji wykorzystywane są precyzyjne i wysokowydajne obrabiarki i kompleksy CNC. Jednocześnie do niedawna nowe technologie w obróbce metali nie były dostępne na place budowy przy montażu konstrukcji stalowych. Mechanizm do wykonywania prac w miejscu instalacji przewidziany do użycia ręcznych narzędzi mechanicznych i elektrycznych.

Obecnie opracowano specjalne maszyny magnetyczne z zarządzanie programem. Sprzęt pozwala na wiercenie na wysokości pod dowolnym kątem. Urządzenie w pełni kontroluje proces, eliminując niedokładności i błędy, a także pozwala na wiercenie otworów o dużej średnicy, co wcześniej było prawie niemożliwe na wysokości.

Obróbka ciśnieniowa

Zgodnie z metodą obróbka ciśnieniowa różni się odkształcaniem na gorąco i na zimno, a według rodzaju - na tłoczenie, kucie, walcowanie, ciągnienie i spęczanie. Wprowadzono tu również mechanizację i komputeryzację produkcji. To znacznie obniża koszt produktu, jednocześnie poprawiając jakość i wydajność. Ostatnie postępy w obróbce na zimno były kucie na zimno. Specjalne wyposażenie umożliwia produkcję wysoce artystycznych, a jednocześnie funkcjonalnych elementów dekoracyjnych przy minimalnych kosztach.

Spawalniczy

Wśród metod, które stały się już tradycyjne, można wyróżnić spawanie łukiem elektrycznym, argonowym, punktowym, walcowym i gazowym. Proces spawania można również podzielić na ręczny, automatyczny i półautomatyczny. Jednocześnie w procesach spawania o wysokiej precyzji stosowane są nowe metody.

Dzięki zastosowaniu zogniskowanego lasera możliwe stało się wykonywanie prac spawalniczych na małych elementach w elektronice radiowej lub mocowanie węglikowych elementów tnących do różnych frezów.

W niedalekiej przeszłości technologia była dość droga, ale dzięki zastosowaniu nowoczesnego sprzętu, w którym laser pulsacyjny został zastąpiony laserem gazowym, technika stała się bardziej dostępna. Sprzęt do spawania lub cięcia laserowego jest również wyposażony w sterowanie programowe, a w razie potrzeby jest produkowany w środowisku próżniowym lub obojętnym

Cięcie plazmowe

Jeśli w porównaniu z cięciem laserowym cięcie plazmowe wyróżnia się większą grubością cięcia, to jest wielokrotnie lepsze pod względem wydajności. Jest to obecnie najpopularniejsza metoda masowej produkcji z dużą dokładnością powtarzalności. Technika polega na zadmuchiwaniu łuku elektrycznego strumieniem gazu o dużej prędkości. Istnieją już ręczne palniki plazmowe, które stanowią doskonałą alternatywę dla cięcia płomieniowego.

Najnowsze osiągnięcia w produkcji złożonych i małych części

Bez względu na to, jak perfekcyjna jest obróbka, ma ona swój własny limit minimalnych wymiarów produkowanej części. Nowoczesna elektronika radiowa wykorzystuje wielowarstwowe płytki zawierające setki mikroukładów, z których każdy zawiera tysiące mikroskopijnych szczegółów. Produkcja takich części może wydawać się magia, ale jest to możliwe.

Metoda przetwarzania elektroerozyjnego

Technologia opiera się na niszczeniu i odparowywaniu mikroskopijnych warstw metalu za pomocą iskry elektrycznej.

Proces odbywa się na sprzęcie zrobotyzowanym i sterowany jest przez komputer.

Ultradźwiękowa metoda przetwarzania

Ta metoda jest podobna do poprzedniej, ale w niej zniszczenie materiału następuje pod wpływem drgań mechanicznych o wysokiej częstotliwości. Zasadniczo do procesów separacji stosuje się sprzęt ultradźwiękowy. Jednocześnie ultradźwięki stosuje się również w innych obszarach obróbki metali - w czyszczeniu metali, produkcji matryc ferrytowych itp.

Nanotechnologia

Metoda ablacji laserem femtosekundowym pozostaje istotną metodą otrzymywania nanootworów w metalu. Jednocześnie pojawiają się nowe, tańsze i wydajniejsze technologie. Wytwarzanie nanomembran metalicznych poprzez wykrawanie otworów metodą trawienia jonowego. Uzyskuje się otwory o średnicy 28,98 nm i gęstości 23,6x106 na mm2.

Ponadto naukowcy ze Stanów Zjednoczonych opracowują nową, bardziej zaawansowaną metodę uzyskiwania metalowej matrycy nanootworów przez odparowanie metalu przy użyciu szablonu krzemowego. Obecnie badane są właściwości takich membran pod kątem zastosowania w ogniwach słonecznych.

Środki do obróbki metali proces technologiczny zmiany w formach, cechach jakościowych i właściwości mechaniczne stale i inne materiały w celu uzyskania wymaganej wydajności. Nowoczesne technologie obróbki twardych i supertwardych detali umożliwiają wytwarzanie produktów o wyjątkowej jakości przy minimalnych kosztach produkcji.

Mimo to branża stale się rozwija. Do tej pory można wyróżnić 3 kluczowe obszary w rozwoju obróbki metali:

• opracowywanie nowych stopów i materiałów do ich przetwarzania;
• zwiększenie wydajności i produktywności procesu;
• optymalizacja metod obróbki metali.

Technologie obróbki metali

Wszystkie technologie obróbki metali można podzielić na 4 kategorie:

Znaczna część wyrobów metalowych wytwarzana jest poprzez odlewanie stali stopionej, żeliwa, brązu, aluminium, miedzi, magnezu, cynku do specjalnych form. Metoda ta stosowana jest do produkcji obudów do grzejników, pomp i skrzyń biegów oraz ram do maszyn przemysłowych. W zdecydowanej większości przypadków procesowi odlewania towarzyszy frezowanie i wytaczanie powierzchni roboczych i mocujących.

Obróbka ciśnieniowa

Ta grupa metod obróbki metali obejmuje: prasowanie, walcowanie, tłoczenie, ciągnienie, kucie. Z reguły wpływ ciśnienia ma na celu zmianę kształtu i wielkości przedmiotu obrabianego metalowego bez niszczenia jego właściwości i struktury. Jednak przed przyłożeniem jakiejkolwiek siły mechanicznej często konieczne jest zwiększenie ciągliwości metalu. Można to zrobić, podgrzewając go do określonych wskaźników temperatury, określonych przez jego skład chemiczny.

Do uzyskania trwałych połączeń stosowana jest technologia lutowania. Istotą metody jest podgrzanie metalu do temperatury topnienia. Do chwili obecnej istnieje 6 rodzajów spawania:

• chemiczny;
• termiczny;
• gaz;
• elektryczny;
• łuk;
• kontakt.

1. Obróbka na obrabiarkach do metalu

   Do produkcji części o wymaganych geometrycznych kształtach i rozmiarach stosuje się technologię cięcia metalu na specjalnym sprzęcie maszynowym zgodnie z wcześniej zaprojektowanymi rysunkami. Do tej pory jest to najczęstsza opcja obróbki przedmiotów wykonanych ze stali, miedzi, mosiądzu, złota, srebra itp. Maszyny do cięcia metalu obejmują tokarki, frezarki, grawerki, strugarki i szlifierki.

   Do obróbki cienkich blach wykorzystywana jest technologia cięcia laserowego. Optyczna wiązka lasera wypala metal wzdłuż ustalonej linii cięcia. Ta metoda pozwala na wykonanie bardzo precyzyjnego przetwarzania.

   Inną metodą nowoczesnej obróbki metali jest cięcie strumieniem wody. Jego zasadą jest działanie na obrabiany przedmiot cienkim strumieniem wody z cząstkami ścierniwa. Woda dostarczana jest pod wysokim ciśnieniem, dzięki czemu substancje ścierne niszczą materiał w strefie uderzenia dosłownie cząsteczkami. Cięcie strumieniem wody jest szeroko stosowany w tych przedsiębiorstwach, w których przepisy bezpieczeństwa zabraniają silnego nagrzewania się i powstawania iskier.

   I wreszcie, jedną z najbezpieczniejszych i najszybszych metod cięcia metalu jest cięcie plazmowe. Umożliwia dokładne, czyste i dokładne cięcie walcowanych produktów o dowolnej grubości pod dowolnym kątem. Plazma powstaje z gazu z udziałem prądu elektrycznego. Temperatura takiego strumienia może osiągnąć 30 000 stopni. Cięcie plazmowe nadaje się do obróbki dowolnych metali: nieżelaznych, żelaznych, ogniotrwałych.