Инструменты для механической обработки

В отличие от других видов обработки механическая обработка металла никак не влияет на внутреннюю структуру металла или сплава, а лишь изменяет ее размеры и конфигурацию. Суть механической обработки – это подгон упрочненной детали под необходимые, заданные по чертежу, размеры. Для проведения механической обработки металла используют режущий инструмент, металлорежущие станки и сварку.

Полученные после такой обработки детали имеют идеальную форму, точные размеры и ровную поверхность, строго соответствующие чертежу.

К слову, готовые металлические детали, прошедшие механическую обработку, можно посмотреть на международной выставке «Металлообработка», которая пройдет в ЦВК «Экспоцентр». Там же продемонстрируют и само оборудование, с помощью которого можно проводить механическую обработку, включая новые модернизированные металлорежущие станки.

Как происходит механическая обработка металлических деталей под размер?

Механическая обработка металла может проводиться с использованием различного металлорежущего инструмента и в зависимости от него можно выделить несколько видов механического воздействия на деталь:

• Обработка резанием;
• Обработка с пластической деформацией;
• Обработка с использованием метода деформирующего резания;
• Электрообработка.

Обработка металла резанием

Резание чаще всего используют для получения деталей машин. Суть этого метода заключается в том, что после обработки резанием получается новая поверхность металла. Это происходит благодаря деформированию с помощью металлорежущих станков и инструментов поверхностного слоя детали и последующему снятию этих слоев. Этот процесс сопровождается появлением стружки верхнего слоя металла.

Стружку, то есть остаточный материал после обработки, называют припуск. Иными словами, это избыточный материал. Его размер должен быть минимальным для снижения трудоемкости и затрат на обработку, но достаточным для получения высококачественной детали с необходимым набором свойств.

В зависимости от инструмента, используемого для механической обработки металла, выделяют несколько видов обработки резанием:

Существует еще множество вспомогательных видов обработки резанием, они используются в зависимости от внешних показателей самой детали – для обработки внешней и внутренней цилиндрической поверхности или же плоскости.

Обработка металла пластической деформацией и электрофизическая обработка

Пластическая деформация металла используется для изменения формы, конфигурации, размеров и физикомеханических свойств подготовленной детали. Сюда относится ковка, прессование, штамповка, накатка резьбы.

Для электрофизической обработки характерно использование различных явлений электрического тока:

• Электроэрозионная обработка;
• Электрохимическая обработка;
• Электрическая дуговая сварка.

Для достижения максимально продуктивного результата обработки металла на производстве используется широкий диапазон инструментов механической обработки, к наиболее распространенным видам оборудования можно отнести:

• Токарные станки;
• Сверлильно-расточные аппараты;
• Шлифовальные машины;
• Фрезерные и протяжные станки;
• Пресс.

Довольно часто металл после 100-тонного прессования или ковки обрабатывают электрохимическим методом – наносят различные покрытия. Например, металл можно латунировать, никелировать, лужить и прочее.

Метрологические исследования и измерения помогают определить минимальные затраты материала, наименьшие показатели припуска и необходимые для качественной механической обработки металла условия.

В зависимости от выбранного вида обработки механическим путем можно получить массу деталей с различным уровнем шероховатости поверхности и покрытием, размером и отверстиями. Благодаря такому широкому ассортименту инструментов для проведения обработки на производстве получают как мелкие детали (гайки, винты с резьбой, обычные бытовые детали, например дверные ручки), так и более масштабные детали машин – двигателей, строительного оборудования и более сложных механизмов.

Такая на первый взгляд несложная обработка металлов вмещает в себе множество нюансов, упустив один из которых, необходимого результата невозможно будет достичь.

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

• механическая (обработка резанием);
• литье;
• термическая;
• давлением;
• сварка;
• электрическая;
• химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

• Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
• Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
• Электросварка. Самый распространенный способ:

• Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
• При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.

С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

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.

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.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:

• Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
• Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки
• Лазерная. Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
• Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.

В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Мехобработка деталей на станке

Механическая обработка деталей — процесс снятия металла с заготовки режущими инструментами с целью получения необходимой формы, точности размеров и чистоты поверхности, заданных чертежом детали. Точность и чистота поверхности деталей машин, назначаемые конструкторами, в подавляющем большинстве случаев обеспечиваются лишь обработкой резанием на металлорежущих станках.

Таким образом, задача механической обработки — придать заготовкам окончательную форму, чтобы они соответствовали рабочим чертежам деталей.

Большинство методов механической обработки деталей режущими инструментами применяются во всех машиностроительных производствах, причем степень совершенства этих методов зависит главным образом от масштаба производства и общего технического уровня.

В результате механической обработки на станках получают детали машин с различным расположением внутренних и наружных цилиндрических, конических, плоских и фасонных поверхностей. Чтобы получить ту или иную поверхность детали, в процессе механической хобработки заготовки необходимо выполнять различные движения узлов и частей металлорежущих станков. Все движения в металлорежущих станках делят на рабочие (основные) и холостые (вспомогательные).

Движения рабочих органов станка, в результате которых с обрабатываемой заготовки снимается слой металла в виде стружки или изменяется состояние обрабатываемой поверхности (например, при обкатке), называют рабочими (основными) движениями. Движения, при которых с обрабатываемой заготовки металл не срезается и инструмент не изменяет состояния обрабатываемой поверхности, называют холостыми движениями (подвод суппорта, установка заготовки и др.).

Рабочее движение, скорость которого больше скорости остальных рабочих движений и которое определяет скорость отделения стружки, называют главным движением, а скорость этого движения называют скоростью резания. Остальные рабочие движения называют подачей.

На обрабатываемой заготовке при снятии с нее слоя металла различают следующие поверхности:

• Обрабатываемая поверхность — поверхность, которая срезается в результате обработки;
• Обработанная поверхность — поверхность, получающаяся в результате снятия слоя металла;
• Поверхность резания — поверхность, образуемая на обрабатываемой заготовке режущим лезвием резца в процессе работы

Механическая обработка деталей характеризуется:

• низким коэффициентом использования металлов: 0,5—0,8 (с повышением серийности производства коэффициент повышается);
• высокой трудоемкостью и зарплатоемкостью обработки;
• многооперационностью технологических процессов обработки;
• высокими требованиями к качеству технологического оборудования и организованности процессов;
• высокими требованиями к качеству изготовления детали в соответствии с технологическим процессом.

Процесс мехобработки деталей, как и любой другой высокотехнологичный процесс, состоит из целого ряда этапов. Для получения действительно качественной продукции каждый из них должен быть выполнен на наивысшем уровне.

Основным оборудованием для механической обработки металлов являются токарные и фрезерные станки, а также универсальные токарно-фрезерные обрабатывающие центры.

Токарная обработка — это процесс резания металла, осуществляемый при линейной подаче режущего инструментом при одновременном вращении заготовки. Точение осуществляется срезанием с поверхности заготовки определенного слоя металла с помощью резцов, сверл или других режущих инструментов. Главным движением при точении является вращение заготовки.

Движением подачи при точении является по­ступательное перемещение резца, которое может совершаться вдоль или поперек изделия, а также под постоянным или изменяющимся углом к оси вращения изделия.

Фрезерная обработка — это процесс резания металла, осуществляемый вращающимся режущим инструментом при одновременной линейной подаче заготовки.
Материал с заготовки снимают на определенную глубину фрезой, работающей либо торцовой стороной, либо периферией. Главным движением при фрезеровании является вращение фрезы. Движением по­дачи при фрезеровании является по­ступательное перемещение обрабаты­ваемой детали.

Токарно-фрезерная обработка металлов выполняется с помощью универсальных обрабатывающих центров с числовым программным управлением (ЧПУ), позволяющих выполнять сложнейшую высокоточную обработку без учета человеческого фактора. ЧПУ предполагает, что каждым этапом выполняемых работ управляет компьютер, которому задается определенная программа. Обработка детали на станке с ЧПУ обеспечивает максимально точные размеры готового изделия, т.к. все операции выполняются с одной установки обрабатываемой заготовки.

Станки для механической обработки деталей

При механической обработке деталей используют различные станки: токарно-винторезные, фрезерные, поперечно-строгальные, сверлильные, коорди-натно-расточные, шлифовальные, профилешлифовальные, координатно-шлифовальные, электроискровые, ультразвуковые, гравировочные, опиловочные, фасонно-строгальные.

Выбор станков напрямую зависит от объемов производства (механические, ручные, с ЧПУ, автоматические и так далее), необходимого качества детали и вида обработки.

Существует большое разнообразие типов и моделей металлорежущих станков для механической обработки. Они различаются по виду технологических процессов, осуществляемых на данном станке, типу применяемых инструментов, степени чистоты обрабатываемой поверхности, конструктивным особенностям, степени автоматизации, числу важнейших рабочих органов станка.

По виду обработки и виду режущего инструмента металлорежущие станки называются токарными, сверлильными, фрезерными, шлифовальными и т. д.

В зависимости от чистоты обработанной поверхности станки делят на обдирочные, чистовые, отделочные, доводочные, а по конструктивным особенностям — на горизонтальные, вертикальные (сверлильные, фрезерные, протяжные вертикальные и горизонтальные). По степени автоматизации станки делят на автоматы, полуавтоматы, станки с программным управлением.

Среди оборудования механических цехов машиностроительных заводов наибольшее место занимают токарные станки (до 50% от общего парка станков). На токарных станках обрабатываются заготовки с цилиндрическими, коническими, сферическими, фасонными и торцовыми поверхностями.