Mūsdienu tehnoloģijas un materiāli metālapstrādei. Anotācija: Materiālzinātne un modernās tehnoloģijas konstrukciju materiālu programmu apstrādei a

Apstrāde ir process, kura laikā tiek mainīti sagatavju un detaļu izmēri un konfigurācija. Ja runājam par metālizstrādājumiem, tad to apstrādei tiek izmantoti speciāli griezējinstrumenti, piemēram, frēzes, spraugas, urbji, krāni, griezēji u.c. Visas darbības tiek veiktas uz metāla griešanas mašīnām pēc tehnoloģiskās kartes. Šajā rakstā mēs uzzināsim, kādas ir metodes un veidi mehāniskā apstrāde metāli.

Apstrādes metodes

Apstrāde ir sadalīta divās daļās lielas grupas. Pirmajā ietilpst darbības, kas notiek, nenoņemot metālu. Tie ietver kalšanu, štancēšanu, presēšanu, velmēšanu. Tas ir tā sauktais, izmantojot spiedienu vai triecienu. To izmanto, lai sagatavei piešķirtu vēlamo formu. Krāsainajiem metāliem visbiežāk izmanto kalšanu, bet melnajiem metāliem - štancēšanu.

Otrajā grupā ietilpst darbības, kuru laikā daļa metāla tiek noņemta no sagataves. Tas ir nepieciešams, lai piešķirtu tai nepieciešamo izmēru. Šāda metāla apstrāde tiek saukta par griešanu un tiek veikta, izmantojot izplatītākās apstrādes metodes: virpošanu, urbšanu, iegremdēšanu, slīpēšanu, frēzēšanu, rīvēšanu, kalšanu, ēvelēšanu un caururbšanu.

Kāds ir apstrādes veids

Metāla daļas izgatavošana no sagataves ir darbietilpīga un diezgan grūts process. Tas ietver daudzas dažādas operācijas. Viens no tiem ir metāla mehāniskā apstrāde. Pirms sākat to, grimējiet tehnoloģiskā karte un izveidot gatavās detaļas rasējumu, kurā norādīti visi nepieciešamie izmēri un precizitātes klases. Dažos gadījumos starpoperācijām tiek sagatavots arī atsevišķs rasējums.

Papildus tiek veikta metāla rupjā apstrāde, pusapstrāde un apdares apstrāde. Katram no tiem tiek veikts aprēķins un piemaksas. Metāla apstrādes veids kopumā ir atkarīgs no apstrādājamās virsmas, precizitātes klases, raupjuma parametriem un detaļas izmēriem. Piemēram, lai iegūtu urbumu atbilstoši H11 klasei, tiek izmantota neapstrādāta urbšana ar urbi, bet pustīrai rīvei līdz 3. precizitātes klasei var izmantot rīvi vai grumbu. Tālāk mēs sīkāk izpētīsim metālu mehāniskās apstrādes metodes.

Virpošana un urbšana

Virpošana tiek veikta virpošanas grupas mašīnām ar frēžu palīdzību. Apstrādājamā detaļa ir piestiprināta pie vārpstas, kas griežas ar noteiktu ātrumu. Un griezējs, kas fiksēts suportā, veic garenvirziena kustības. Jaunajās CNC iekārtās visi šie parametri tiek ievadīti datorā, un pati ierīce veic nepieciešamo darbību. Vecākos modeļos, piemēram, 16K20, garenvirziena un šķērsvirziena kustības tiek veiktas manuāli. Uz virpām iespējams virpot formas, koniskas un cilindriskas virsmas.

Urbšana ir darbība, kas tiek veikta, lai iegūtu urbumus. Galvenais darba instruments ir urbis. Kā likums, urbšana nenodrošina augstas klases precizitāte un ir vai nu raupja, vai daļēji apdare. Lai iegūtu caurumu, kura kvalitāte ir zemāka par H8, tiek izmantota rīvēšana, rīvēšana, urbšana un iegremdēšana. Turklāt pēc urbšanas var veikt arī iekšējo vītni. Šāda metāla apstrāde tiek veikta, izmantojot krānus un dažu veidu griezējus.

Frēzēšana un slīpēšana

Frēzēšana ir viena no visvairāk interesanti veidi metāla apstrāde. Šī darbība tiek veikta, izmantojot dažādus frēzes frēzmašīnas. Ir gala, formas, gala un perifērā apstrāde. Frēzēšana var būt gan rupja, gan pusapdare, gan apdare. Apdares laikā iegūtā mazākā precizitātes kvalitāte ir 6. Ar frēžu palīdzību tiek apstrādāti dažādi dībeļi, rievas, akas, apakšiegriezumi, frēzēti profili.

Slīpēšana ir mehāniska darbība, ko izmanto, lai uzlabotu raupjuma kvalitāti, kā arī noņemtu lieko metāla slāni līdz mikronam. Parasti, šī apstrāde ir pēdējais posms detaļu ražošanā, kas nozīmē, ka tā ir apdare. Griešanai tos izmanto, uz kuru virsmas ir milzīgs skaits graudu ar atšķirīgu griešanas malas formu. Šīs apstrādes laikā daļa ir ļoti karsta. Lai metāls nedeformētos un nešķeltos, tiek izmantoti griešanas šķidrumi (LLC). Krāsaino metālu apstrāde tiek veikta ar dimanta instrumentu palīdzību. Tas ļauj nodrošināt vislabākā kvalitāte ražotā daļa.

Termiskā apstrāde ir metālu uzsildīšanas līdz noteiktai temperatūrai, turēšanas un dzesēšanas procesu kopums, lai struktūras maiņas rezultātā apstrādājamai detaļai piešķirtu noteiktas fizikālās un mehāniskās īpašības ( iekšējā struktūra) detaļas. Materiāls sagatavēm - krāsainie metāli, tērauds.

Galvenie termiskās apstrādes veidi:

1. 1. vai 2. veida atkausēšana. Metālu karsēšanas procesā līdz noteiktai temperatūrai pēc noturēšanas un atdzesēšanas tiek iegūta līdzsvara struktūra, palielinās viskozitāte un plastiskums, samazinās sagataves cietība un izturība.
2. Cietināšana ar vai bez polimēra transformācijas. Termiskās apstrādes mērķis ir palielināt materiāla stiprības un cietības parametrus nelīdzsvara struktūras veidošanās dēļ. To izmanto tiem sakausējumiem, kas sildīšanas un dzesēšanas procesā cietā stāvoklī tiek pārveidoti fāzēs.
3. Atvaļinājums. Tam tiek pakļauti izturīgi tēraudi, rūdīti metālu sakausējumi. Metodes galvenie parametri ir sildīšanas temperatūra, dzesēšanas ātrums, turēšanas laiks.
4. Novecošana attiecas uz sakausējumiem, kas ir rūdīti bez polimorfa. Pēc sacietēšanas magnija, alumīnija, niķeļa un vara tērauda stiprība un cietība palielinās.
5. Ķīmiski termiskā apstrāde. Tehnoloģiskais process izmaiņas ķīmiskais sastāvs, detaļu struktūra un virsmas īpašības. Pēc apstrādes palielinās materiāla nodilumizturība, cietība, noguruma izturība un saskares izturība, materiāla pretkorozijas izturība.
6. Termomehāniskā apstrāde.Šis veids ietver plastiskās deformācijas procesu, ar kura palīdzību tiek radīts palielināts sagataves kristāliskās struktūras defektu (dislokāciju) blīvums. Šo metodi izmanto alumīnija un magnija sakausējumiem.

Metināšana, elektriskā un virpošanas apstrāde

Metināšana ir tērauda daļas pastāvīga savienojuma izgatavošana, karsējot līdz kausēšanai vai līdz ļoti plastiskam stāvoklim. Apstrādes laikā materiāls kūst gar savienojamo detaļu malu, sajaucas un sacietē, un pēc atdzesēšanas veidojas šuve. Ir elektriskā (loka vai kontakta) un ķīmiskā (termīta vai gāzes) metināšana.

Apstrādes pagriešanas metode - roku darbs uz speciālām mašīnām, lai noņemtu lieko slāni un piešķirtu detaļām noteiktas formas, raupjumu, precizitāti, izmērus. Galvenie veidi, atkarībā no darba mērķa: pamata, remonts un montāža.

Metālapstrādes elektriskās metodes ietver:

1. Elektroparka metode.Šīs metodes pamatā ir iznīcināšanas fenomens spēcīgi metāli elektrisko dzirksteļu ietekmē.
2. Ultraskaņas metode. Ar palīdzību īpašas instalācijas apstrādāts dārgakmeņi, cietie sakausējumi, rūdīts tērauds un citi materiāli.

metāla liešana

Liešanas tehnoloģiskais process sastāv no tā, ka detaļas tiek iegūtas pēc kausēta metāla ieliešanas noteiktās formās. Tiek izmantoti dažādi materiāli:

• čuguns;
• tērauds;
• vara, magnija, alumīnija un cinka sakausējumi.

Metāls dažādās izpausmēs, tostarp daudzos sakausējumos, ir viens no pieprasītākajiem un plaši izmantotajiem materiāliem. Tieši no tā tiek izgatavotas daudzas detaļas, kā arī milzīgs skaits citu skriešanas lietu. Bet, lai iegūtu jebkuru izstrādājumu vai daļu, ir jāpieliek lielas pūles, jāpēta apstrādes procesi un materiāla īpašības. Galvenie metālapstrādes veidi tiek veikti pēc cita sagataves virsmas ietekmēšanas principa: termiski, ķīmiski, mākslinieciski efekti, izmantojot griešanu vai spiedienu.

Termiskā iedarbība uz materiālu ir siltuma iedarbība, lai mainītu nepieciešamos parametrus attiecībā uz cietas vielas īpašībām un struktūru. Visbiežāk process tiek izmantots dažādu mašīnu detaļu ražošanā, turklāt uz dažādi posmi ražošana. Galvenie metālu termiskās apstrādes veidi: atkausēšana, rūdīšana un rūdīšana. Katrs process ietekmē produktu savā veidā un tiek veikts saskaņā ar dažādas nozīmes temperatūras režīms. Papildu veidi siltuma ietekmei uz materiālu ir tādas darbības kā aukstā apstrāde un novecošana.

Tehnoloģiskie procesi detaļu vai sagatavju iegūšanai ar spēka iedarbību uz apstrādājamo virsmu ietver dažādi veidi metāla formēšana. Starp šīm darbībām ir dažas no populārākajām. Tādējādi velmēšana notiek, saspiežot sagatavi starp rotējošo ruļļu pāri. Ruļļi var būt dažādas formas, atkarībā no detaļai izvirzītajām prasībām. Presēšanas laikā materiāls tiek noslēgts slēgtā formā, no kurienes tas tiek izspiests mazākā formā. Zīmēšana ir process, kurā sagatave tiek izvilkta caur pakāpeniski sašaurinošu caurumu. Spiediena ietekmē tiek ražota arī kalšana, tilpuma un lokšņu štancēšana.

Metālu mākslinieciskās apstrādes iezīmes

Radošums un meistarība atspoguļojas Dažādi metālu mākslinieciskā apstrāde. Starp tiem var atzīmēt pāris senākos, pētītos un izmantotos mūsu senčus - tas ir liešana un. Lai arī parādīšanās laikā no viņiem daudz neatpaliek, cita ietekmes metode, proti, dzenāšanās.

Chasing ir gleznu veidošanas process uz metāla virsmas. Pati tehnoloģija ietver spiediena izdarīšanu uz iepriekš uzliktu atvieglojumu. Zīmīgi, ka dzenāšanu var veikt gan uz aukstas, gan uz apsildāmas darba virsmas. Šie nosacījumi galvenokārt ir atkarīgi no konkrēta materiāla īpašībām, kā arī no darbā izmantoto instrumentu iespējām.

Metāla apstrādes metodes

Īpašu uzmanību ir pelnījuši metālu mehāniskās apstrādes veidi. Citā veidā mehānisko darbību var saukt par griešanas metodi. Šī metode tiek uzskatīta par tradicionālu un visizplatītāko. Jāatzīmē, ka galvenās pasugas šī metode ir dažādas manipulācijas ar darba materiālu: griešana, griešana, štancēšana, urbšana. Pateicoties šai konkrētajai metodei, ir iespējams iegūt no taisnas loksnes vai paliktņa vēlamā daļa ar nepieciešamo izmēru un formu. Vairāk ar palīdzību mehāniskā ietekme var sasniegt nepieciešamās īpašības materiāls. Bieži vien līdzīga metode tiek izmantota, ja nepieciešams izgatavot sagatavi piemērotu turpmākām tehnoloģiskām darbībām.

Metāla griešanas veidus pārstāv virpošana, urbšana, frēzēšana, ēvelēšana, kalšana un slīpēšana. Katrs process ir atšķirīgs, bet kopumā griešana ir darba virsmas augšējā slāņa noņemšana skaidu veidā. Visbiežāk izmantotās metodes ir urbšana, virpošana un frēzēšana. Urbjot, detaļa tiek fiksēta fiksētā stāvoklī, trieciens uz to notiek ar noteikta diametra urbi. Griežot, sagatave griežas un griezējinstrumenti pārvietojas norādītajos virzienos. Lietojot rotācijas kustība griezējinstruments attiecībā pret fiksēto daļu.

Metālu ķīmiskā apstrāde, lai uzlabotu materiāla aizsargājošās īpašības

Ķīmiskā apstrāde ir praktiski vienkāršākais materiāla iedarbības veids. Tas neprasa lielas darbaspēka izmaksas vai specializētu aprīkojumu. Lai piešķirtu virsmai noteiktu formu, tiek izmantoti visa veida metālu ķīmiskās apstrādes veidi izskats. Tāpat ķīmiskās iedarbības ietekmē tie cenšas palielināt materiāla aizsargājošās īpašības - izturību pret koroziju, mehāniskiem bojājumiem.

Starp šīm ķīmiskās ietekmes metodēm vispopulārākās ir pasivēšana un oksidēšana, lai gan bieži tiek izmantota kadmija pārklāšana, hromēšana, vara pārklāšana, niķelēšana, cinkošana un citas. Visas metodes un procesi tiek veikti, lai uzlabotu dažādus rādītājus: izturību, nodilumizturību, cietību, izturību. Turklāt šāda veida apstrāde tiek izmantota, lai piešķirtu virsmai dekoratīvu izskatu.

Papildus iepriekšminētajām metālu apstrādes un sagatavju un mašīnu detaļu ražošanas metodēm tiek izmantotas arī citas salīdzinoši jaunas un ļoti progresīvas metodes.

Metāla metināšana. Pirms metālu metināšanas izgudrošanas, piemēram, katlu, kuģu metāla korpusu vai citu darbu, kas prasa metāla lokšņu savstarpēju savienošanu, izgatavošana balstījās uz metodes pielietošanu. kniedes.

Šobrīd kniedēšana gandrīz netiek lietota, ir nomainīta metāla metināšana. Metinātais savienojums ir uzticamāks, vieglāks, ātrāks un ietaupa metālu. Metināšanas darbi ir lētāki darbaspēks. Metināšanu var izmantot arī salūzušo detaļu savienošanai un, metinot metālu, atjaunot nolietotās mašīnu daļas.

Ir divas metināšanas metodes: gāze (autogēna) - ar degošas gāzes (acetilēna un skābekļa maisījuma) palīdzību, kas rada ļoti karstu liesmu (virs 3000 ° C), un elektriskā metināšana pie kuras metāls tiek izkausēts ar elektriskā loka palīdzību (temperatūra līdz 6000 ° C). Pašlaik visplašāk tiek izmantota elektriskā metināšana, ar kuras palīdzību tiek stingri savienotas mazas un lielas metāla detaļas (lielāko jūras kuģu korpusu daļas, tiltu kopnes un citas būvkonstrukcijas, milzīgo katlu daļas). augstspiediena, mašīnu daļas utt.). Daudzās iekārtās metināto detaļu svars pašlaik ir 50-80% no to kopējā svara.

Tradicionālā metāla griešana tiek panākta, noņemot skaidas no sagataves virsmas. Līdz 30-40% metāla nonāk skaidās, kas ir ļoti neekonomiski. Tāpēc arvien lielāka uzmanība tiek pievērsta jaunām metāla apstrādes metodēm, kuru pamatā ir bezatkritumu vai zemu atkritumu tehnoloģija. Jaunu metožu rašanās ir saistīta arī ar augstas stiprības, korozijizturīgu un karstumizturīgu metālu un sakausējumu izplatību mašīnbūvē, kuru apstrāde ir sarežģīta ar parastajām metodēm.

Jaunās metālapstrādes metodes ietver ķīmisko, elektrisko, plazmas lāzeru, ultraskaņu, hidroplastisko.

Plkst ķīmiskā apstrāde tiek izmantota ķīmiskā enerģija. Noteikta metāla slāņa noņemšana tiek veikta ķīmiski aktīvā vidē (ķīmiskā frēzēšana). Tas sastāv no laika un vietas kontrolētas metāla izšķīdināšanas no sagatavju virsmas, kodinot tās skābes un sārma vannās. Tajā pašā laikā virsmas, kuras nav apstrādājamas, tiek aizsargātas ar ķīmiski izturīgiem pārklājumiem (lakas, krāsas utt.). Kodināšanas ātruma noturība tiek saglabāta nemainīgas šķīduma koncentrācijas dēļ.

Ķīmiskās apstrādes metodes rada lokālu retināšanu uz necietām sagatavēm, stingrības; tinumu rievas un plaisas; "vafeļu" virsmas; rokturis virsmām, kuras ir grūti aizsniegt griezējinstrumentam.

Plkst elektriskā metode elektriskā enerģija tiek pārveidota par termisko, ķīmisko un cita veida enerģiju tieši noteiktā slāņa noņemšanas procesā. Saskaņā ar to elektriskās apstrādes metodes tiek iedalītas elektroķīmiskajā, elektroerozīvā, elektrotermiskā un elektromehāniskā.

Elektroķīmiskā apstrāde Pamatojas uz metāla anodiskās šķīdināšanas likumiem elektrolīzes laikā. Kad tiešā strāva iet caur elektrolītu, uz elektriskajā ķēdē iekļautās sagataves virsmas, kas ir anods, ķīmiskā reakcija, un veidojas savienojumi, kas nonāk šķīdumā vai ir viegli noņemami mehāniski. Elektroķīmisko apstrādi izmanto pulēšanā, izmēru apstrādē, slīpēšanā, slīpēšanā, metālu attīrīšanā no oksīdiem, rūsas.

Anoda apstrāde apvieno elektrotermiskos un elektromehāniskos procesus un ieņem starpstāvokli starp elektroķīmiskajām un elektroerozīvām metodēm. Apstrādājamā detaļa ir savienota ar anodu, un instruments ir savienots ar katodu. Kā instruments tiek izmantoti metāla diski, cilindri, lentes, stieples. Apstrāde tiek veikta elektrolīta vidē. Apstrādājamā detaļa un instruments
iestatīt tādas pašas kustības kā parastajās apstrādes metodēs.

Kad caur elektrolītu tiek izlaista līdzstrāva, notiek metāla anodiskās šķīdināšanas process, tāpat kā elektroķīmiskajā apstrādē. Instrumentam (katodam) nonākot saskarē ar apstrādājamās detaļas (anoda) apstrādātās virsmas mikroraupjumu, notiek elektroerozijas process, kas raksturīgs apstrādei ar elektrodzirksteļiem. Instrumenta un sagataves kustības laikā no apstrādes zonas tiek izņemti elektroerozijas un anodiskās šķīdināšanas produkti.

EDM balstās uz no vadošiem materiāliem izgatavotu elektrodu erozijas (iznīcināšanas) likumiem, kad starp tiem iet impulsa elektriskā strāva. To izmanto jebkuras formas dobumu un caurumu apstrādei, griešanai, slīpēšanai, gravēšanai, asināšanai un rūdīšanai. Atkarībā no impulsu parametriem un to iegūšanai izmantoto ģeneratoru veida elektroerozīvo apstrādi iedala elektrodzirksteļdzirksteļu, elektroimpulsu un elektrokontaktu.

Elektroparku apstrāde izmanto presformu, veidņu, griezējinstrumentu ražošanai un detaļu virsmas slāņa sacietēšanai.

Elektroimpulsu apstrāde izmanto kā iepriekšēju presformu, turbīnu lāpstiņu, formu caurumu virsmu ražošanā daļās, kas izgatavotas no karstumizturīga tērauda. Šajā procesā metāla noņemšanas ātrums ir aptuveni desmit reizes lielāks nekā elektrodzirksteļu apstrādē.

Elektrokontaktu apstrāde ir balstīta uz lokālu apstrādājamās detaļas sildīšanu saskares vietā ar elektrodu (instrumentu) un mehānisku izkausētā metāla izņemšanu no apstrādes zonas. Metode nenodrošina augsta precizitāte un detaļu virsmas kvalitāti, bet dod augstu metāla atdalīšanas ātrumu, tāpēc tiek izmantots, attīrot velmētus vai velmētus izstrādājumus no speciāliem sakausējumiem, slīpējot (apstrādājot) mašīnu virsbūves daļas no grūti griežamiem sakausējumiem.

Elektromehāniskā apstrāde kas saistīti ar elektriskās strāvas mehānisko darbību. Tas ir pamats, piemēram, elektrohidrauliskajai apstrādei, kurā tiek izmantota triecienviļņu darbība, kas rodas šķidras vides impulsa sadalīšanās rezultātā.

Metālu ultraskaņas apstrāde- sava veida mehāniskā apstrāde - balstās uz apstrādājamā materiāla iznīcināšanu ar abrazīviem graudiem instrumenta iedarbībā, kas svārstās ar ultraskaņas frekvenci. Enerģijas avots ir elektroskaņas strāvas ģeneratori ar frekvenci 16-30 kHz. Darba instrumenta perforators ir fiksēts uz strāvas ģeneratora viļņvada. Zem perforatora tiek novietota sagatave, un suspensija, kas sastāv no ūdens un abrazīva materiāla, nonāk apstrādes zonā. Apstrādes process sastāv no tā, ka instruments, svārstoties ar ultraskaņas frekvenci, atduras pret abrazīviem graudiņiem, kas nojauc sagataves materiāla daļiņas. Ultraskaņas apstrādi izmanto, lai iegūtu cieto sakausējumu ieliktņus, presformas un perforatorus, izgriežot detaļās figūrveida dobumus un caurumus, caurdurot caurumus ar izliektām asīm, gravējot, vītņojot, sagriežot sagataves daļās utt.

Plazmas lāzera metodes apstrāde balstās uz fokusēta stara (elektroniska, koherenta, jonu) izmantošanu ar ļoti augstu enerģijas blīvumu. Lāzera stars tiek izmantots gan kā līdzeklis metāla sildīšanai un mīkstināšanai griezēja priekšā, gan tiešās griešanas procesa veikšanai, caurdurot caurumus, frēzējot un griežot lokšņu metālu, plastmasu un citus materiālus.

Griešanas process norit bez skaidu veidošanās un iztvaikošanas augsta temperatūra metāls tiek aiznests kompresēts gaiss. Lāzeri tiek izmantoti metināšanai, virsmai un griešanai gadījumos, kad šo darbību kvalitātei tiek izvirzītas paaugstinātas prasības. Piemēram, ar lāzera staru tiek griezti supercietie sakausējumi, titāna paneļi raķešu zinātnē, neilona izstrādājumi utt.

Hidroplastiskā apstrāde metālus izmanto dobu detaļu ražošanā ar gludu virsmu un nelielām pielaidēm (hidrauliskie cilindri, virzuļi, vagonu asis, elektromotoru korpusi utt.). Dobu cilindrisku sagatavi, kas uzkarsēta līdz plastiskās deformācijas temperatūrai, ievieto masīvā noņemamā matricā, kas izgatavota atbilstoši izgatavojamās detaļas formai, un ūdens tiek sūknēts zem spiediena. Apstrādājamā detaļa tiek sadalīta un iegūst matricas formu. Šādā veidā izgatavotajām detaļām ir lielāka izturība.

Jaunas metālapstrādes metodes paceļ detaļu izgatavošanas tehnoloģiju kvalitatīvi augstākā līmenī. augsts līmenis salīdzinot ar tradicionālajām tehnoloģijām.