Обработка металла

С древних времен человечество использует металлы и их сплавы; из них делают оружие, украшения, домашнюю утварь, инструменты и разнообразные детали. Чтобы металлический слиток превратился в нужное людям изделие, требуется немало усилий: заготовку необходимо обработать, изменив ее форму и размер, а также физико-химические свойства. За долгое время с момента открытия металлов было создано множество способов их обработки.

Основные способы обработки металлов

Различия между способами металлообработки заключаются в том, какое оборудование и технологии применяются. Основными методами обработки можно назвать следующие:

• Механический (осуществляется с помощью давления и резания).
• Термический.
• Художественный.
• Электрический.
• Токарный.
• Сварка.
• Литье.

Обработка металлов под давлением

При этом способе обработки форма и размеры изделия изменяются в процессе деформирования. Метод обладает рядом преимуществ:

1. Улучшение структуры металла.
2. Повышение физико-механических свойств материала.
3. Придание сплаву химической однородности.
4. Минимизация усадочной пористости.
5. Повышение прочности и эластичности металла.

Как будет обрабатываться металл? Это зависит от того, какая технология выбрана. Основные методы обработки под давлением перечислены в таблице ниже:

Отдельно надо отметить холодную обработку металла под давлением. Такой способ позволяет изменить физико-химические показатели изделий, придать им желаемую форму и размер, сохранив целостность материала.

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.

Термическая обработка

Термообработка - это последовательность нагрева, выдержки и охлаждения металла. Термический способ обработки нужен, чтобы изменить структуру материала и придать заготовке необходимые физико-механические свойства. Заготовки производят из стали и цветных металлов.

Виды термической обработки:

• Отжиг 1-го или 2-го рода. Металл нагревают до нужной температуры, затем подвергают выдержке и охлаждению, в результате чего получают материал равновесной структуры. Металл приобретает больше вязкости и пластичности, при этом его твердость и прочность снижается.
• Закалка. Такой вид обработки делится на два подвида - с полиморфным превращением и без. Закалка увеличивает прочность и твердость металла благодаря образованию неравновесной структуры. Эту обработку проходят сплавы, претерпевающие фазовые изменения в твердом состоянии при нагреве и охлаждении.
• Отпуск - метод, разработанный для прочных сталей и закаленных сплавов. Ключевые параметры - температура нагрева, период выдержки и скорость охлаждения.
• Старение. Старению подвергают сплавы, прошедшие закалку без полиморфного превращения. Этот вид термообработки позволяет увеличить прочность и твердость сталей из алюминия, магния, меди и никеля.
• Химико-термическая обработка, изменяющая химический состав, структуру и характеристики поверхности изделия. После такой обработки металл становится более износостойким и твердым, приобретает сопротивление усталости и контактную выносливость, а также антикоррозийные свойства.
• Термомеханическая обработка. В процессе материал претерпевает пластическую деформацию, которая дает возможность создать повышенную плотность дефектов кристаллического строения заготовки. Таким способом обрабатывают алюминиевые и магниевые сплавы.

Сварочный, электрический и токарный способы обработки

С помощью сварки добиваются неразъемного соединения стальных деталей, нагревая металл до плавления или высокопластического состояния. Расплавленный по краю соединяемых частей материал перемешивается, и при его затвердении образуется шов. Существует электрическая (дуговая и контактная) и химическая (газовая и термитная) сварка.

Электрическая металлообработка делится на две разновидности:

1. Электроискровая обработка, основанная на разрушительном действии электроискровых разрядов на прочные металлы.
2. Ультразвуковая обработка - метод, созданный для работы с закаленной сталью, твердыми сплавами, драгоценными камнями и другими материалами.

Токарной обработкой называются ручные работы на станке. В процессе с деталей удаляется лишний слой, и они приобретают нужную форму, точность, шероховатость и размеры. Выбор вида обработки зависит от цели работ (основные работы, ремонт, сборка).

Обработка металла необходима для производства заготовок и деталей, которые требуются для машиностроения, авиации, автомобильной промышленности и других отраслей.