Kaasaegsed tehnoloogiad ja materjalid metallitöötlemiseks. Kokkuvõte: Materjaliteadus ja kaasaegsed tehnoloogiad konstruktsioonimaterjalide programmide töötlemiseks a

Mehaaniline töötlemine on protsess, mille käigus muudetakse töödeldavate detailide ja detailide mõõtmeid ja konfiguratsiooni. Kui räägime metalltoodetest, siis nende töötlemiseks kasutatakse spetsiaalseid lõikeriistu nagu lõikurid, avasid, puurid, kraanid, lõikurid jne Kõik toimingud tehakse metallilõikepinkidel vastavalt tehnoloogilisele kaardile. Sellest artiklist õpime, millised on meetodid ja tüübid mehaaniline töötlemine metallid.

Töötlemismeetodid

Mehaaniline töötlemine jaguneb kaheks suured rühmad. Esimene hõlmab toiminguid, mis toimuvad ilma metalli eemaldamata. Nende hulka kuuluvad sepistamine, stantsimine, pressimine, valtsimine. See on nn surve või löök kasutamine. Seda kasutatakse toorikule soovitud kuju andmiseks. Värviliste metallide puhul kasutatakse kõige sagedamini sepistamist ja mustade metallide puhul stantsimist.

Teise rühma kuuluvad toimingud, mille käigus eemaldatakse töödeldavast detailist osa metallist. See on vajalik selleks, et anda sellele vajalik suurus. Sellist metalli töötlemist nimetatakse lõikamiseks ja seda tehakse kõige levinumate töötlemismeetoditega, milleks on treimine, puurimine, süvendamine, lihvimine, freesimine, hõõritamine, meiseldamine, hööveldamine ja avamine.

Mis on töötlemise tüüp

Metallosa valmistamine toorikust on töömahukas ja üsna töömahukas raske protsess. See sisaldab palju erinevaid toiminguid. Üks neist on metalli mehaaniline töötlemine. Enne alustamist tehke meik tehnoloogiline kaart ja teha valmis detailist joonis, kus on märgitud kõik nõutavad mõõtmed ja täpsusklassid. Mõnel juhul koostatakse vaheoperatsioonide jaoks ka eraldi joonis.

Lisaks toimub metalli töötlemine, poolviimistlus ja viimistlemine. Igaühe neist tehakse arvutus ja hüvitised. Metalli töötlemise tüüp tervikuna sõltub töödeldavast pinnast, täpsusklassist, kareduse parameetritest ja detaili mõõtmetest. Näiteks H11 klassile vastava augu saamiseks kasutatakse puuriga jämedat puurimist ja poolpuhta hõõrimise jaoks kuni 3. täpsusklassini võib kasutada hõõritsat või süvist. Järgnevalt uurime lähemalt metallide mehaanilise töötlemise meetodeid.

Treimine ja puurimine

Treimine toimub treigrupi masinatel lõikurite abil. Toorik on kinnitatud spindli külge, mis pöörleb etteantud kiirusega. Ja nihikusse kinnitatud lõikur teeb piki-ristisuunalisi liigutusi. Uutes CNC-pinkides sisestatakse kõik need parameetrid arvutisse ja seade ise teeb vajaliku toimingu. Vanemates mudelites, näiteks 16K20, tehakse piki- ja põikisuunalisi liigutusi käsitsi. Treipinkidel on võimalik treida vormitud, koonusekujulisi ja silindrilisi pindu.

Puurimine on toiming, mida tehakse aukude saamiseks. Peamine töövahend on trell. Reeglina puurimine ei anna Kõrgklass täpsusega ja on kas töötlemata või poolviimistlusega. Alla H8 kvaliteediga augu saamiseks kasutatakse hõõritamist, hõõritamist, puurimist ja süvistamist. Lisaks saab pärast puurimist teostada ka sisekeermestamist. Selline metalli töötlemine toimub kraanide ja teatud tüüpi lõikurite abil.

Freesimine ja lihvimine

Freesimine on üks kõige enam huvitavaid viise metalli töötlemine. Seda toimingut teostatakse mitmesuguste freeside abil freespingid. Seal on otsa-, vormi-, otsa- ja perifeerne töötlemine. Freesimine võib olla nii töötlemata kui ka poolviimistlusega ja viimistlemisega. Väikseim viimistlemisel saadav täpsuskvaliteet on 6. Lõikurite abil töödeldakse erinevaid tüübleid, sooni, süvendeid, alumisi lõikeid, freesitakse profiile.

Lihvimine on mehaaniline toiming, mida kasutatakse kareduse kvaliteedi parandamiseks, samuti liigse metallikihi eemaldamiseks kuni mikronini. Tavaliselt, see töötlemine on osade valmistamise viimane etapp, mis tähendab, et see on viimistlus. Lõikamiseks kasutatakse neid, mille pinnal on tohutul hulgal erineva lõiketera kujuga teri. Selle töötlemise ajal on osa väga kuum. Selleks, et metall ei deformeeruks ja ei puruneks, kasutatakse lõikevedelikke (LLC). Värviliste metallide töötlemine toimub teemanttööriistade abil. See võimaldab pakkuda parim kvaliteet valmistatud osa.

Kuumtöötlus on protsesside kogum metallide kuumutamiseks etteantud temperatuurini, hoidmiseks ja jahutamiseks, et anda töödeldavale detailile struktuuri muutmise tulemusena teatud füüsikalised ja mehaanilised omadused ( sisemine struktuur) üksikasjad. Toorikute materjal - värvilised metallid, teras.

Peamised kuumtöötluse tüübid:

1. 1. või 2. tüüpi lõõmutamine. Metallide kuumutamisel teatud temperatuurini saavutatakse pärast hoidmist ja jahutamist tasakaalustruktuur, suureneb viskoossus ja plastilisus, väheneb tooriku kõvadus ja tugevus.
2. Kõvenemine polümeeri transformatsiooniga või ilma. Kuumtöötlemise eesmärk on materjali tugevuse ja kõvaduse parameetrite suurendamine tänu mittetasakaalulise struktuuri moodustumisele. Seda kasutatakse nende sulamite jaoks, mis läbivad kuumutamis- ja jahutamisprotsesside ajal tahkes olekus faasimuutusi.
3. Puhkus. Sellele allutatakse vastupidavad terased, karastatud metallisulamid. Meetodi peamised parameetrid on küttetemperatuur, jahutuskiirus, hoidmisaeg.
4. Vananemine kehtib sulamite kohta, mis on karastatud ilma polümorfita. Pärast kõvenemist suureneb magneesiumi-, alumiiniumi-, nikli- ja vase terase tugevus ja kõvadus.
5. Keemiline-termiline töötlemine. Tehnoloogiline protsess muudatusi keemiline koostis, osade struktuur ja pinnaomadused. Pärast töötlemist suureneb materjali kulumiskindlus, kõvadus, väsimuskindlus ja kontakti vastupidavus, korrosioonikindlus.
6. Termomehaaniline töötlemine. See tüüp hõlmab plastilise deformatsiooni protsessi, mille abil luuakse tooriku kristalse struktuuri defektide (dislokatsioonide) suurenenud tihedus. Seda meetodit kasutatakse alumiiniumi ja magneesiumisulamite puhul.

Keevitamine, elektri- ja treimistöötlemine

Keevitamine on terasdetailide püsiühenduse valmistamine kuumutamise teel sulamiseni või väga plastilise olekuni. Töötlemisel materjal sulab piki liidetavate detailide serva, seguneb ja kivistub ning pärast jahutamist tekib õmblus. On olemas elektri- (kaar- või kontakt-) ja keemiline (termiit või gaas) keevitamine.

Pööramismeetod - käsitsi valmistatud spetsiaalsetel masinatel, et eemaldada liigne kiht ja anda detailidele teatud kuju, karedus, täpsus, mõõtmed. Peamised tüübid, olenevalt töö eesmärgist: põhi-, remont- ja montaaž.

Metallitöötlemise elektrilised meetodid hõlmavad järgmist:

1. Electrospark meetod. See meetod põhineb hävitamise fenomenil tugevad metallid elektrisädemete mõjul.
2. Ultraheli meetod. Abiga eripaigaldised töödeldud kalliskivid, kõvasulamid, karastatud teras ja muud materjalid.

metalli valamine

Valamise tehnoloogiline protsess seisneb selles, et osad saadakse pärast sulametalli valamist teatud vormidesse. Kasutatakse erinevaid materjale:

• Malm;
• teras;
• vase, magneesiumi, alumiiniumi ja tsingi sulamid.

Metall oma erinevates ilmingutes, sealhulgas arvukates sulamites, on üks ihaldatumaid ja laialdasemalt kasutatavaid materjale. Sellest valmistatakse palju osi, aga ka tohutult palju muid jooksvaid asju. Kuid mis tahes toote või detaili saamiseks on vaja palju pingutada, uurida töötlemisprotsesse ja materjali omadusi. Peamised metallitöötlemise tüübid viiakse läbi töödeldava detaili pinna mõjutamise erineval põhimõttel: termilised, keemilised, kunstilised efektid, lõikamise või surve abil.

Materjalile avaldatav termiline toime on soojuse mõju tahke aine omaduste ja struktuuri vajalike parameetrite muutmiseks. Kõige sagedamini kasutatakse seda protsessi mitmesuguste masinaosade tootmisel, pealegi edasi erinevad etapid tootmine. Metallide kuumtöötlemise peamised tüübid: lõõmutamine, karastamine ja karastamine. Iga protsess mõjutab toodet omal moel ja viiakse läbi all erinevaid tähendusi temperatuuri režiim. Täiendavad soojusmõju materjalid on sellised toimingud nagu külmtöötlus ja vanandamine.

Tehnoloogilised protsessid osade või toorikute saamiseks töödeldavale pinnale jõu mõjul erinevad tüübid metallide survetöötlus. Nende toimingute hulgas on mõned kõige populaarsemad. Seega toimub valtsimine tooriku kokkupressimisel pöörlevate rullide paari vahel. Rullid võivad olla erinevad kujud, olenevalt osale esitatavatest nõuetest. Pressimisel suletakse materjal suletud kujul, kust see seejärel pressitakse väiksemaks. Joonistamine on töödeldava detaili tõmbamine läbi järk-järgult kitseneva augu. Surve mõjul toodetakse ka sepistamist, mahu- ja lehtstantsimist.

Metallide kunstilise töötlemise tunnused

Loovus ja meisterlikkus peegeldavad erinevat tüüpi metallide kunstiline töötlemine. Nende hulgas võib märkida paar kõige iidsemat, meie esivanemate uuritud ja kasutatud - see on valamine ja. Kuigi välimuse poolest pole neist palju maha jäänud, on veel üks mõjutamisviis, nimelt tagaajamine.

Tagaajamine on metallpinnale maalide loomise protsess. Tehnoloogia ise hõlmab surve avaldamist eelnevalt rakendatud reljeefile. Tähelepanuväärne on, et tagaajamist saab teha nii külmal kui ka kuumutatud tööpinnal. Need tingimused sõltuvad eelkõige konkreetse materjali omadustest, aga ka töös kasutatavate tööriistade võimalustest.

Metalli töötlemise meetodid

Erilist tähelepanu väärivad metallide mehaanilise töötlemise tüübid. Teisel viisil võib mehaanilist tegevust nimetada lõikamismeetodiks. Seda meetodit peetakse traditsiooniliseks ja kõige levinumaks. Tuleb märkida, et peamine alamliik seda meetodit on erinevad manipulatsioonid töömaterjaliga: lõikamine, lõikamine, stantsimine, puurimine. Tänu sellele konkreetsele meetodile on võimalik saada sirgelt lehest või tõkiskingast soovitud osa vajaliku suuruse ja kujuga. Abiga rohkem mehaaniline mõju on võimalik saavutada vajalikud omadused materjalist. Sageli kasutatakse sarnast meetodit, kui on vaja töödeldav detail sobivaks teha edasisteks tehnoloogilisteks toiminguteks.

Metalli lõikamise liike esindavad treimine, puurimine, freesimine, hööveldamine, meiseldamine ja lihvimine. Iga protsess on erinev, kuid üldiselt on lõikamine tööpinna pealmise kihi eemaldamine laastudena. Kõige sagedamini kasutatavad meetodid on puurimine, treimine ja freesimine. Puurimisel fikseeritakse detail kindlas asendis, löök sellele toimub antud läbimõõduga puuriga. Pööramisel toorik pöörleb ja lõikeriistad liiguvad ettenähtud suundades. Kui kasutatakse pöörlev liikumine lõiketööriist fikseeritud osa suhtes.

Metallide keemiline töötlemine materjali kaitseomaduste parandamiseks

Keemiline töötlemine on praktiliselt kõige lihtsam materjaliga kokkupuute liik. See ei nõua suuri tööjõukulusid ega spetsiaalseid seadmeid. Pinnale teatud vormi andmiseks kasutatakse igasugust metallide keemilist töötlemist välimus. Samuti püüavad nad keemilise kokkupuute mõjul suurendada materjali kaitseomadusi - korrosioonikindlust, mehaanilisi kahjustusi.

Nende keemilise mõjutamise meetodite hulgas on kõige populaarsemad passiveerimine ja oksüdeerimine, kuigi sageli kasutatakse kaadmiumiga katmist, kroomimist, vasega katmist, nikeldamist, tsinkimist ja muid. Kõik meetodid ja protsessid viiakse läbi erinevate näitajate parandamiseks: tugevus, kulumiskindlus, kõvadus, vastupidavus. Lisaks kasutatakse seda tüüpi töötlemist, et anda pinnale dekoratiivne välimus.

Lisaks ülaltoodud metallide töötlemise ning toorikute ja masinaosade valmistamise meetoditele kasutatakse ka muid suhteliselt uusi ja väga progressiivseid meetodeid.

Metalli keevitamine. Enne metallikeevituse leiutamist põhines meetodi rakendamisel näiteks katelde, laevade metallkerede või muude metalllehtede omavahelist liitmist nõudvate tööde tootmine. needid.

Hetkel neetimist peaaegu ei kasutata, vahetatud metalli keevitamine. Keevisliide on töökindlam, kergem, kiirem ja säästab metalli. Keevitustööd on odavamad tööjõudu. Keevitamist saab kasutada ka purunenud detailide osade ühendamiseks ja metalli keevitamise teel masinate kulunud osade taastamiseks.

On kaks keevitusmeetodit: gaas (autogeenne) - põleva gaasi (atsetüleeni ja hapniku segu) abil, mis annab väga kuuma leegi (üle 3000 ° C), ja elektrikeevitus mille juures metall sulatatakse elektrikaare abil (temperatuur kuni 6000 °C). Praegu on kõige levinum elektrikeevitus, mille abil on väikesed ja suured metallosad kindlalt ühendatud (suurimate merelaevade kerede osad, sillafermid ja muud ehituskonstruktsioonid, suurte katelde osad). kõrgsurve, masinaosad jne). Paljude masinate keevitatud detailide kaal on praegu 50-80% nende kogukaalust.

Traditsiooniline metalli lõikamine saavutatakse laastude eemaldamisega tooriku pinnalt. Kuni 30-40% metallist läheb laastudeks, mis on väga ebaökonoomne. Seetõttu pööratakse üha enam tähelepanu metallitöötlemise uutele meetoditele, mille aluseks on jäätmevaba või jäätmevaene tehnoloogia. Uute meetodite esilekerkimise taga on ka kõrgtugevate, korrosiooni- ja kuumakindlate metallide ja sulamite levik masinaehituses, mille töötlemine tavameetoditega on keeruline.

Uued metallitöötlemise meetodid hõlmavad keemilist, elektrilist, plasmalaserit, ultraheli, hüdroplastilist.

Kell keemiline töötlemine kasutatakse keemilist energiat. Teatud metallikihi eemaldamine toimub keemiliselt aktiivses keskkonnas (keemiline jahvatamine). See seisneb metalli ajas ja kohas kontrollitud lahustamises töödeldavate detailide pinnalt söövitamise teel happe- ja leelisevannides. Samas kaitstakse pinnad, mida ei saa töödelda, keemiliselt vastupidavate katetega (lakid, värvid jne). Söövituskiiruse püsivus säilib tänu lahuse konstantsele kontsentratsioonile.

Keemilised töötlemismeetodid tekitavad mittejäigadel toorikutel lokaalset hõrenemist, jäikusi; mähised sooned ja praod; "vahvli" pinnad; käsitseda lõikeriista jaoks raskesti ligipääsetavaid pindu.

Kell elektriline meetod elektrienergia muundatakse soojus-, keemiliseks ja muud tüüpi energiaks vahetult antud kihi eemaldamise protsessis. Vastavalt sellele jagunevad elektritöötlusmeetodid elektrokeemilisteks, elektroerosioonideks, elektrotermilisteks ja elektromehaanilisteks.

Elektrokeemiline töötlemine põhineb metalli anoodse lahustumise seadustel elektrolüüsi ajal. Kui alalisvool läbib elektrolüüti elektriahelasse kuuluva töödeldava detaili pinnal, mis on anood, keemiline reaktsioon ja tekivad ühendid, mis lahustuvad või on kergesti eemaldatavad mehaaniliselt. Elektrokeemilist töötlemist kasutatakse poleerimisel, mõõtmete töötlemisel, lihvimisel, lihvimisel, metallide puhastamisel oksiididest, roostest.

Anoodtöötlusühendab elektrotermilisi ja elektromehaanilisi protsesse ning on vahepealsel positsioonil elektrokeemiliste ja elektroerosioonimeetodite vahel. Töödeldav detail on ühendatud anoodiga ja tööriist on ühendatud katoodiga. Tööriistana kasutatakse metallkettaid, silindreid, teipe, juhtmeid. Töötlemine toimub elektrolüütide keskkonnas. Toorik ja tööriist
seadke samad liigutused nagu tavapäraste töötlemismeetodite puhul.

Kui alalisvool juhitakse läbi elektrolüüdi, toimub metalli anoodne lahustumine, nagu elektrokeemilises töötlemises. Kui tööriist (katood) puutub kokku töödeldava tooriku pinna (anoodi) mikrokaredusega, tekib elektroerosiooniprotsess, mis on omane elektrisädemetöötlusele. Töötlemistsoonist eemaldatakse elektroerosiooni ja anoodi lahustumise saadused tööriista ja tooriku liikumise ajal.

EDM põhineb juhtivatest materjalidest valmistatud elektroodide erosiooni (hävitamise) seadustel, kui nende vahel liigub impulss elektrivool. Seda kasutatakse mistahes kujuga õõnsuste ja aukude vilkumiseks, tööriistade lõikamiseks, lihvimiseks, graveerimiseks, teritamiseks ja kõvendamiseks. Sõltuvalt impulsside parameetritest ja nende saamiseks kasutatavate generaatorite tüübist jaguneb elektroerosioontöötlus elektrisädeliseks, elektroimpulssiks ja elektrokontaktiks.

Electrospark töötlemine kasutatakse matriitside, vormide, lõikeriistade valmistamiseks ja detailide pinnakihi karastamiseks.

Elektroimpulsi töötlemine kasutatakse eeltööna stantside, turbiinilabade, kuumakindlast terasest valmistatud osade vormitud aukude pindade valmistamisel. Selles protsessis on metalli eemaldamise kiirus ligikaudu kümme korda suurem kui elektrisädemetöötlusel.

Elektrokontakti töötlemine põhineb töödeldava detaili lokaalsel kuumutamisel elektroodi (tööriistaga) kokkupuutepunktis ja sulametalli mehaanilisel eemaldamisel töötlemistsoonist. Meetod ei paku kõrge täpsusega ja detailide pinna kvaliteet, kuid annab kõrge metallieemalduskiiruse, seetõttu kasutatakse seda mõõna- või valtsitud toodete puhastamisel spetsiaalsetest sulamitest, masinate kereosade lihvimisel (karestamisel) raskesti lõigatavatest sulamitest.

Elektromehaaniline töötlemine seotud elektrivoolu mehaanilise toimega. See on aluseks näiteks elektrohüdraulilisele töötlemisele, mis kasutab vedela keskkonna impulsslainete mõju.

Metallide ultrahelitöötlus- omamoodi mehaaniline töötlemine - põhineb töödeldava materjali hävitamisel abrasiivsete teradega ultraheli sagedusega võnkuva tööriista mõjul. Energiaallikaks on elektrohelivoolugeneraatorid sagedusega 16-30 kHz. Tööriista stants on fikseeritud voolugeneraatori lainejuhile. Perforaatori alla asetatakse toorik ning töötlemistsooni siseneb veest ja abrasiivsest materjalist koosnev suspensioon. Töötlemisprotsess seisneb selles, et ultraheli sagedusega võnkuv tööriist tabab abrasiivseid terakesi, mis purustavad töödeldava detaili osakesed. Ultrahelitöötlust kasutatakse kõvasulamist sisetükkide, stantside ja stantside saamiseks, osadeks vormitud õõnsuste ja aukude väljalõikamiseks, kõverate telgedega aukude läbistamiseks, graveerimiseks, keermestamiseks, toorikute osadeks lõikamiseks jne.

Plasma lasermeetodid töötlemine põhineb väga suure energiatihedusega fokuseeritud kiire (elektrooniline, koherentne, ioonne) kasutamisel. Laserkiirt kasutatakse nii lõikuri ees oleva metalli soojendamiseks ja pehmendamiseks kui ka vahetu lõikamisprotsessi läbiviimiseks aukude läbistamisel, lehtmetalli, plastide ja muude materjalide freesimisel ja lõikamisel.

Lõikamisprotsess kulgeb laastude tekkimiseta ja aurustumata kõrged temperatuurid metall kantakse minema suruõhk. Lasereid kasutatakse keevitamiseks, pindamiseks ja lõikamiseks juhtudel, kui nende toimingute kvaliteedile seatakse kõrgendatud nõuded. Näiteks lõigatakse laserkiirega ülikõvad sulamid, raketiteaduses titaanpaneelid, nailontooted jne.

Hüdroplastiline töötlemine metalle kasutatakse sileda pinnaga ja väikese tolerantsiga õõnesdetailide (hüdraulilised silindrid, kolvid, vaguniteljed, elektrimootorite korpused jne) valmistamisel. Plastilise deformatsiooni temperatuurini kuumutatud õõnes silindriline toorik asetatakse massiivsesse eemaldatavasse maatriksisse, mis on valmistatud vastavalt valmistatava detaili kujule, ja vesi pumbatakse rõhu all. Toorik on jaotatud ja võtab maatriksi kuju. Sel viisil valmistatud osad on suurema vastupidavusega.

Uued metallitöötlemismeetodid viivad detailide valmistamise tehnoloogia kvalitatiivselt kõrgemale tasemele. kõrge tase võrreldes traditsioonilise tehnoloogiaga.