Savremene tehnologije i materijali za obradu metala. Apstrakt: Nauka o materijalima i savremene tehnologije za obradu konstruktivnih materijala programi a

Mašinska obrada je proces tokom kojeg se mijenjaju dimenzije i konfiguracija radnih komada i dijelova. Ako govorimo o metalnim proizvodima, onda se za njihovu obradu koriste specijalni alati za rezanje, kao što su glodala, provuci, bušilice, slavine, glodala itd. Sve operacije se izvode na mašinama za rezanje metala prema tehnološkoj karti. U ovom članku ćemo naučiti koje su metode i vrste mašinska obrada metali.

Metode obrade

Mašinska obrada je podijeljena na dva velike grupe. Prvi uključuje operacije koje se dešavaju bez uklanjanja metala. To uključuje kovanje, štancanje, prešanje, valjanje. To je tzv. korištenje pritiska ili šoka. Koristi se za davanje željenog oblika radnom komadu. Za obojene metale najčešće se koristi kovanje, a za crne metale najčešće se koristi štancanje.

Druga grupa uključuje operacije tokom kojih se dio metala uklanja iz obratka. To je neophodno kako bi se dobila potrebna veličina. Takva obrada metala naziva se rezanje i izvodi se pomoću najčešćih metoda obrade kao što su tokarenje, bušenje, upuštanje, brušenje, glodanje, razvrtanje, klesanje, blanjanje i provlačenje.

Koja je vrsta obrade

Proizvodnja metalnog dijela iz radnog komada je naporna i prilično težak proces. Uključuje mnogo različitih operacija. Jedna od njih je mehanička obrada metala. Prije nego što počnete, pomirite se tehnološka karta i izraditi crtež gotovog dijela sa naznakom svih potrebnih dimenzija i klasa tačnosti. U nekim slučajevima se priprema i poseban crtež za međuoperacije.

Osim toga, postoji gruba, poluzavršna i završna obrada metala. Za svaku od njih vrši se obračun i ispravke vrijednosti. Vrsta obrade metala u cjelini ovisi o površini koja se obrađuje, klasi tačnosti, parametrima hrapavosti i dimenzijama dijela. Na primjer, za dobivanje rupe prema razredu H11 koristi se grubo bušenje bušilicom, a za polučisto razvrtanje do 3. klase tačnosti možete koristiti razvrtač ili upuštač. Zatim ćemo detaljnije proučiti metode mehaničke obrade metala.

Tokarenje i bušenje

Tokarenje se izvodi na mašinama tokarske grupe uz pomoć glodala. Radni predmet je pričvršćen za vreteno koje se rotira određenom brzinom. A rezač, fiksiran u čeljusti, čini uzdužno-poprečne pokrete. U novim CNC mašinama svi ovi parametri se unose u računar, a sam uređaj obavlja potrebnu operaciju. U starijim modelima, na primjer, 16K20, uzdužni i poprečni pokreti se izvode ručno. Na strugovima je moguće tokariti oblikovane, konične i cilindrične površine.

Bušenje je operacija koja se izvodi radi dobijanja rupa. Glavni radni alat je bušilica. U pravilu, bušenje ne pruža visoko društvo preciznost i gruba je ili poluzavršna obrada. Da bi se dobila rupa kvaliteta ispod H8, koristi se razvrtanje, razvrtanje, bušenje i upuštanje. Osim toga, nakon bušenja može se izvesti i unutrašnji narez. Takva obrada metala izvodi se pomoću slavina i nekih vrsta rezača.

Glodanje i mljevenje

Glodanje je jedno od najčešćih zanimljive načine obrada metala. Ova operacija se izvodi upotrebom širokog spektra glodala glodalice. Postoje krajnja, oblikovana, krajnja i periferna obrada. Glodanje može biti i grubo i poluzavršno, kao i završno. Najmanji kvalitet tačnosti dobijen pri završnoj obradi je 6. Uz pomoć glodala se obrađuju razni tipli, žljebovi, bušotine, podrezi, glodaju profili.

Brušenje je mehanička operacija koja se koristi za poboljšanje kvaliteta hrapavosti, kao i za uklanjanje viška sloja metala do mikrona. obično, ovu obradu je završna faza u proizvodnji delova, što znači da je dorada. Za rezanje se koriste na čijoj površini se nalazi ogroman broj zrna s različitim oblikom rezne ivice. Tokom ove obrade, dio je veoma vruć. Kako se metal ne bi deformirao i ne bi lomio, koriste se tekućine za rezanje (LLC). Obrada obojenih metala izvodi se uz pomoć dijamantskih alata. Ovo omogućava pružanje najbolji kvalitet proizvedeni dio.

Toplinska obrada je skup procesa zagrevanja metala na datu temperaturu, držanja i hlađenja radi davanja određenih fizičkih i mehaničkih svojstava radnom komadu kao rezultat promene strukture ( unutrašnja struktura) detalji. Materijal za blanke - obojeni metali, čelik.

Glavne vrste termičke obrade:

1. Žarenje 1. ili 2. vrste. U procesu zagrijavanja metala na određenu temperaturu, nakon držanja i hlađenja, postiže se ravnotežna struktura, povećava se viskoznost i plastičnost, smanjuje tvrdoća i čvrstoća izratka.
2. Stvrdnjavanje sa ili bez transformacije polimera. Svrha termičke obrade je povećanje parametara čvrstoće i tvrdoće materijala zbog formiranja neravnotežne strukture. Koristi se za one legure koje prolaze kroz fazne transformacije u čvrstom stanju tokom procesa grijanja i hlađenja.
3. Odmor. Njemu su podvrgnuti izdržljivi čelici, kaljene metalne legure. Glavni parametri metode su temperatura zagrijavanja, brzina hlađenja, vrijeme zadržavanja.
4. Starenje odnosi se na legure koje su kaljene bez polimorfa. Nakon stvrdnjavanja povećava se čvrstoća i tvrdoća čelika magnezijuma, aluminija, nikla i bakra.
5. Hemijsko-termički tretman. Tehnološki proces promjene hemijski sastav, struktura i svojstva površine dijelova. Nakon obrade raste otpornost na habanje, tvrdoća, otpornost na zamor i kontaktna izdržljivost, otpornost materijala na koroziju.
6. Termomehanička obrada. Ova vrsta uključuje proces plastične deformacije, uz pomoć kojeg se stvara povećana gustoća defekata (dislokacija) kristalne strukture obratka. Ova metoda se koristi za legure aluminija i magnezija.

Zavarivanje, električna i strugarska obrada

Zavarivanje je izrada trajnog spoja čeličnog dijela zagrijavanjem do taljenja ili do visokoplastičnog stanja. Prilikom obrade materijal se topi duž ruba dijelova koji se spajaju, miješa se i stvrdnjava, a nakon hlađenja nastaje šav. Postoji električno (lučno ili kontaktno) i hemijsko (termit ili gas) zavarivanje.

Tokarski način obrade - ručni rad na specijalnim mašinama kako bi se uklonio višak sloja i dali delovima određene oblike, hrapavost, tačnost, dimenzije. Glavne vrste, ovisno o namjeni posla: osnovni, popravak i montaža.

Električne metode obrade metala uključuju:

1. Metoda elektroiskre. Ova metoda se zasniva na fenomenu destrukcije jaki metali pod uticajem električnih varnica.
2. Ultrazvučna metoda. Uz pomoć specijalne instalacije obrađeno dragulji, tvrde legure, kaljeni čelik i drugi materijali.

livenje metala

Tehnološki proces livenja sastoji se u tome da se delovi dobijaju prelivanjem rastopljenog metala u određene oblike. Koriste se razni materijali:

• liveno gvožde;
• čelik;
• legure bakra, magnezijuma, aluminijuma i cinka.

Metal u svojim različitim oblicima, uključujući brojne legure, jedan je od najtraženijih i široko korištenih materijala. Od njega se pravi mnogo delova, kao i ogroman broj drugih trkaćih stvari. Ali da bi se dobio bilo koji proizvod ili dio, potrebno je uložiti mnogo napora, proučiti procese obrade i svojstva materijala. Glavne vrste obrade metala izvode se prema drugačijem principu utjecaja na površinu obratka: toplinski, kemijski, umjetnički efekti, pomoću rezanja ili pritiska.

Toplotno djelovanje na materijal je djelovanje topline u cilju promjene potrebnih parametara u pogledu svojstava i strukture čvrste tvari. Najčešće se proces koristi u proizvodnji raznih mašinskih delova, štaviše, na različite faze proizvodnja. Glavne vrste termičke obrade metala: žarenje, kaljenje i kaljenje. Svaki proces utječe na proizvod na svoj način i provodi se pod različita značenja temperaturni režim. Dodatne vrste utjecaja topline na materijal su operacije poput hladnog tretmana i starenja.

Tehnološki procesi za dobivanje dijelova ili zaliha djelovanjem sile na površinu koja se tretira uključuju različite vrste obrada metala pod pritiskom. Među ovim operacijama su neke od najpopularnijih u upotrebi. Dakle, valjanje se događa sabijanjem radnog komada između para rotirajućih valjaka. Role mogu biti različitih oblika, ovisno o zahtjevima za dio. Prilikom presovanja materijal se zatvara u zatvoreni oblik, odakle se potom istiskuje u manji oblik. Crtanje je proces izvlačenja radnog komada kroz rupu koja se postepeno sužava. Pod uticajem pritiska proizvode se i kovanje, volumetrijsko i štancanje limova.

Osobine umjetničke obrade metala

Kreativnost i zanatstvo se odražavaju različite vrste umjetnička obrada metala. Među njima se može primijetiti nekoliko najstarijih, koje su proučavali i koristili naši preci - ovo je lijevanje i. Iako ne mnogo zaostaje za njima u vremenu pojavljivanja, još jedan metod uticaja, naime, jurnjava.

Chasing je proces stvaranja slika na metalnoj površini. Sama tehnologija uključuje primjenu pritiska na prethodno naneseni reljef. Važno je napomenuti da se jurenje može obavljati i na hladnoj i na zagrijanoj radnoj površini. Ovi uslovi zavise prvenstveno od svojstava određenog materijala, kao i od mogućnosti alata koji se koriste u radu.

Metode mašinske obrade metala

Posebnu pažnju zaslužuju vrste mehaničke obrade metala. Na drugi način, mehaničko djelovanje se može nazvati metodom rezanja. Ova metoda se smatra tradicionalnom i najčešćom. Treba napomenuti da je glavna podvrsta ovu metodu su razne manipulacije sa radnim materijalom: sečenje, rezanje, štancanje, bušenje. Zahvaljujući ovoj metodi, moguće je dobiti iz ravne ploče ili podmetača željeni dio sa potrebnom veličinom i oblikom. Više uz pomoć mehanički uticaj može se postići neophodne kvalitete materijal. Često se slična metoda koristi kada je potrebno napraviti radni komad pogodan za daljnje tehnološke operacije.

Vrste rezanja metala zastupljene su tokarenjem, bušenjem, glodanjem, blanjanjem, dletom i brušenjem. Svaki proces je drugačiji, ali općenito, rezanje je uklanjanje gornjeg sloja radne površine u obliku strugotine. Najčešće korištene metode su bušenje, tokarenje i glodanje. Prilikom bušenja, dio je fiksiran u fiksnom položaju, udar na njega nastaje bušilicom određenog promjera. Prilikom okretanja, radni komad se okreće, a alati za rezanje se kreću u određenim smjerovima. Kada se koristi rotaciono kretanje alat za rezanje u odnosu na fiksni dio.

Hemijska obrada metala radi poboljšanja zaštitnih svojstava materijala

Hemijska obrada je praktično najjednostavniji vid izlaganja materijala. Ne zahtijeva velike troškove rada ili specijaliziranu opremu. Koriste se sve vrste hemijske obrade metala kako bi se površina dala određenoj izgled. Također, pod utjecajem kemijske izloženosti, nastoje povećati zaštitna svojstva materijala - otpornost na koroziju, mehanička oštećenja.

Među ovim metodama hemijskog uticaja, najpopularnije su pasivacija i oksidacija, iako se često koriste kadmijiranje, hromiranje, bakariranje, niklovanje, cinkovanje i druge. Sve metode i procesi se provode u cilju poboljšanja različitih pokazatelja: čvrstoće, otpornosti na habanje, tvrdoće, otpornosti. Osim toga, ova vrsta obrade koristi se za davanje dekorativnog izgleda površini.

Pored navedenih metoda obrade metala i izrade zareza i mašinskih delova, koriste se i druge relativno nove i veoma progresivne metode.

Zavarivanje metala. Prije pronalaska zavarivanja metala, proizvodnja, na primjer, kotlova, metalnih trupova brodova ili drugih radova koji su zahtijevali spajanje limova jedan s drugim, zasnivala se na primjeni metode zakovice.

Trenutno se zakivanje gotovo ne koristi, već je zamijenjeno zavarivanje metala. Zavareni spoj je pouzdaniji, lakši, brži i štedi metal. Radovi zavarivanja su jeftiniji radna snaga. Zavarivanje se može koristiti i za spajanje dijelova polomljenih dijelova i, zavarivanjem metala, za obnavljanje istrošenih dijelova mašina.

Postoje dvije metode zavarivanja: gas (autogeni) - uz pomoć zapaljivog plina (mješavina acetilena i kisika), koji daje vrlo vruć plamen (preko 3000°C), i elektro zavarivanje pri čemu se metal topi električnim lukom (temperatura do 6000°C). Trenutno najveću primjenu ima elektro zavarivanje, uz pomoć kojeg se čvrsto spajaju mali i veliki metalni dijelovi (dijelovi trupa najvećih morskih plovila, nosači mostova i drugih građevinskih konstrukcija, dijelovi ogromnih kotlova vrlo visokog pritiska, mašinski dijelovi itd.). Težina zavarenih dijelova u mnogim mašinama trenutno iznosi 50-80% njihove ukupne težine.

Tradicionalno rezanje metala postiže se uklanjanjem strugotine sa površine radnog komada. Do 30-40% metala odlazi u strugotine, što je vrlo neekonomično. Stoga se sve više pažnje poklanja novim metodama obrade metala, baziranim na bezotpadnim ili tehnologija niskog otpada. Pojava novih metoda također je posljedica širenja u mašinstvu metala i legura visoke čvrstoće, otpornih na koroziju i toplinu, čija je obrada otežana konvencionalnim metodama.

Nove metode obrade metala uključuju hemijsku, električnu, plazma-lasersku, ultrazvučnu, hidroplastičnu.

At hemijski tretman koristi se hemijska energija. Uklanjanje određenog metalnog sloja vrši se u hemijski aktivnom mediju (hemijsko mlevenje). Sastoji se od vremena i mjesta kontroliranog rastvaranja metala sa površine radnih komada nagrizanjem u kiselim i alkalnim kupkama. Istovremeno, površine koje se ne mogu obraditi zaštićene su premazima otpornim na kemikalije (lakovi, boje, itd.). Konstantnost brzine jetkanja se održava zbog konstantne koncentracije otopine.

Metode kemijske obrade proizvode lokalno stanjivanje na nečvrstim obradacima, učvršćivačima; žljebovi i pukotine; "waffle" površine; rukujte površinama koje su teško dostupne za rezni alat.

At električna metoda električna energija se direktno u procesu skidanja datog sloja pretvara u toplotnu, hemijsku i druge vrste energije. U skladu s tim, metode električne obrade dijele se na elektrohemijske, elektroerozivne, elektrotermičke i elektromehaničke.

Elektrohemijska obrada zasniva se na zakonima anodnog rastvaranja metala tokom elektrolize. Kada jednosmjerna struja prođe kroz elektrolit, na površini obratka uključenog u električni krug i koja je anoda, hemijska reakcija, i formiraju se spojevi koji prelaze u otopinu ili se lako uklanjaju mehanički. Elektrohemijska obrada se koristi za poliranje, dimenzionalnu obradu, honovanje, brušenje, čišćenje metala od oksida, rđe.

Anodna obrada kombinuje elektrotermalne i elektromehaničke procese i zauzima srednje mesto između elektrohemijskih i elektroerozivnih metoda. Radni komad koji se obrađuje spojen je na anodu, a alat na katodu. Kao alat koriste se metalni diskovi, cilindri, trake, žice. Obrada se vrši u okruženju elektrolita. Radni predmet i alat
postaviti iste pokrete kao kod konvencionalnih metoda obrade.

Kada se jednosmjerna struja propušta kroz elektrolit, dolazi do procesa anodnog rastvaranja metala, kao kod elektrohemijske obrade. Kada alat (katoda) dođe u kontakt sa mikrohrapavosti površine obratka (anode) koja se obrađuje, dolazi do procesa elektroerozije, koji je svojstven elektroskrinskoj obradi. Proizvodi elektroerozije i anodnog rastvaranja uklanjaju se iz zone obrade tokom kretanja alata i radnog komada.

EDM zasniva se na zakonima erozije (razaranja) elektroda napravljenih od provodljivih materijala kada između njih prolazi impulsni električna struja. Koristi se za obradbu šupljina i rupa bilo kojeg oblika, rezanje, brušenje, graviranje, oštrenje i kaljenje alata. U zavisnosti od parametara impulsa i vrste generatora koji se koriste za njihovo dobijanje, elektroerozivna obrada se deli na elektroiskričnu, elektropulsnu i elektrokontaktnu.

Obrada elektroiskrom koristi se za proizvodnju kalupa, kalupa, reznih alata i za očvršćavanje površinskog sloja dijelova.

Elektropulsna obrada koristi se kao preliminarno u proizvodnji kalupa, turbinskih lopatica, površina oblikovanih rupa u dijelovima od čelika otpornih na toplinu. U ovom procesu, brzina skidanja metala je otprilike deset puta veća nego kod obrade elektroiskrom.

Elektrokontaktna obrada zasniva se na lokalnom zagrijavanju obratka na mjestu kontakta sa elektrodom (alatom) i mehaničkom uklanjanju rastaljenog metala iz zone obrade. Metoda ne pruža visoka preciznost i kvalitetom površine dijelova, ali daje visoku brzinu uklanjanja metala, pa se koristi pri čišćenju oseka ili valjanih proizvoda od specijalnih legura, brušenju (hrapavosti) dijelova karoserije mašina od teško rezanih legura.

Elektromehanička obrada povezana s mehaničkim djelovanjem električne struje. Ovo je osnova, na primjer, elektro-hidrauličke obrade, koja koristi djelovanje udarnih valova koji nastaju kao rezultat pulsirajućeg propadanja tečnog medija.

Ultrazvučna obrada metala- vrsta mehaničke obrade - zasniva se na uništavanju materijala koji se obrađuje abrazivnim zrncima pod udarom alata koji osciluje ultrazvučnom frekvencijom. Izvor energije su elektrozvučni generatori struje frekvencije 16-30 kHz. Probijač radnog alata je fiksiran na talasovod strujnog generatora. Ispod probijača se postavlja blank, a suspenzija koja se sastoji od vode i abrazivnog materijala ulazi u zonu obrade. Proces obrade se sastoji u tome da alat, oscilirajući ultrazvučnom frekvencijom, udari u abrazivna zrna koja odvajaju čestice materijala radnog predmeta. Ultrazvučna obrada se koristi za dobijanje umetaka, kalupa i proboja od tvrdih legura, izrezivanje figuriranih šupljina i rupa u delovima, bušenje rupa sa zakrivljenim osovinama, graviranje, urezivanje navoja, rezanje obradaka na delove itd.

Plazma-laserske metode obrada se zasniva na upotrebi fokusiranog snopa (elektronskog, koherentnog, jonskog) sa vrlo velikom gustinom energije. Laserski snop se koristi i kao sredstvo za zagrijavanje i omekšavanje metala ispred rezača, te za izvođenje direktnog procesa rezanja pri bušenju rupa, glodanju i rezanju lima, plastike i drugih materijala.

Proces rezanja se odvija bez stvaranja strugotine i isparavanja zbog visoke temperature metal se odnosi komprimirani zrak. Laseri se koriste za zavarivanje, navarivanje i rezanje u onim slučajevima kada je kvalitet ovih operacija podložan povećanim zahtjevima. Na primjer, supertvrde legure, titanijumske ploče u raketnoj nauci, proizvodi od najlona itd. seku se laserskim snopom.

Hidroplastična obrada metali se koriste u izradi šupljih dijelova sa glatkom površinom i malim tolerancijama (hidraulički cilindri, klipovi, osovine vagona, kućišta elektromotora itd.). Šuplja cilindrična gredica, zagrijana do temperature plastične deformacije, postavlja se u masivnu odvojivu matricu, izrađenu prema obliku dijela koji se proizvodi, a voda se pumpa pod pritiskom. Radni komad je raspoređen i ima oblik matrice. Ovako izrađeni dijelovi imaju veću izdržljivost.

Nove metode obrade metala dovode tehnologiju izrade delova na kvalitativno viši nivo. visoki nivo u poređenju sa tradicionalnom tehnologijom.