Nowoczesne technologie i materiały do ​​obróbki metali. abstrakt: Materiałoznawstwo i nowoczesne technologie obróbki materiałów konstrukcyjnych programy a

Obróbka to proces, podczas którego zmieniane są wymiary i konfiguracja detali i części. Jeśli mówimy o wyrobach metalowych, to do ich obróbki stosuje się specjalne narzędzia skrawające, takie jak frezy, przeciągacze, wiertła, gwintowniki, przecinaki itp. Wszystkie operacje wykonujemy na maszynach do cięcia metalu zgodnie z mapą technologiczną. W tym artykule dowiemy się jakie są metody i rodzaje obróbka skrawaniem metale.

Metody przetwarzania

Obróbka jest podzielona na dwie części duże grupy. Pierwsza obejmuje operacje, które zachodzą bez usuwania metalu. Należą do nich kucie, tłoczenie, prasowanie, walcowanie. Jest to tak zwane użycie nacisku lub wstrząsu. Służy do nadania pożądanego kształtu obrabianemu przedmiotowi. W przypadku metali nieżelaznych najczęściej stosuje się kucie, a w przypadku metali żelaznych najczęściej stosuje się tłoczenie.

Druga grupa obejmuje operacje, podczas których część metalu jest usuwana z przedmiotu obrabianego. Jest to konieczne, aby nadać mu wymagany rozmiar. Taka obróbka mechaniczna metalu nazywana jest cięciem i jest wykonywana przy użyciu najpopularniejszych metod obróbki to toczenie, wiercenie, pogłębianie, szlifowanie, frezowanie, rozwiercanie, dłutowanie, struganie i przeciąganie.

Jaki jest rodzaj przetwarzania

Wytwarzanie części metalowej z przedmiotu obrabianego jest pracochłonne i ciche trudny proces. Obejmuje wiele różnych operacji. Jednym z nich jest obróbka mechaniczna metalu. Przed rozpoczęciem makijażu mapa technologiczna i wykonać rysunek gotowej części ze wskazaniem wszystkich wymaganych wymiarów i klas dokładności. W niektórych przypadkach dla operacji pośrednich przygotowywany jest również osobny rysunek.

Ponadto istnieje obróbka zgrubna, półwykańczająca i wykańczająca metali. Dla każdego z nich wykonywane są obliczenia i dodatki. Rodzaj obróbki metalu jako całości zależy od obrabianej powierzchni, klasy dokładności, parametrów chropowatości i wymiarów części. Na przykład, aby uzyskać otwór według gatunku H11, stosuje się wiercenie zgrubne wiertłem, a do półczystego rozwiercania do 3 klasy dokładności można użyć rozwiertaka lub pogłębiacza. Następnie bardziej szczegółowo przeanalizujemy metody mechanicznej obróbki metali.

Toczenie i wiercenie

Toczenie odbywa się na maszynach grupy tokarskiej za pomocą frezów. Obrabiany przedmiot jest przymocowany do wrzeciona, które obraca się z zadaną prędkością. A nóż, zamocowany w zacisku, wykonuje ruchy wzdłużno-poprzeczne. W nowych maszynach CNC wszystkie te parametry są wprowadzane do komputera, a samo urządzenie wykonuje niezbędną operację. W starszych modelach, na przykład 16K20, ruchy wzdłużne i poprzeczne wykonywane są ręcznie. Na tokarkach można toczyć powierzchnie kształtowe, stożkowe i cylindryczne.

Wiercenie to operacja wykonywana w celu uzyskania otworów. Głównym narzędziem roboczym jest wiertarka. Z reguły wiercenie nie zapewnia wysokiej klasy dokładność i jest zgrubna lub półwykańczająca. Aby uzyskać otwór o jakości poniżej H8, stosuje się rozwiercanie, rozwiercanie, wytaczanie i pogłębianie. Ponadto po wierceniu można również wykonać gwintowanie wewnętrzne. Taką obróbkę metalu wykonuje się za pomocą gwintowników i niektórych rodzajów frezów.

Frezowanie i szlifowanie

Frezowanie jest jednym z najbardziej ciekawe sposoby obróbka metalu. Ta operacja jest wykonywana przy użyciu szerokiej gamy frezów na frezarki. Istnieje obróbka końcowa, kształtowa, końcowa i peryferyjna. Frezowanie może być zarówno zgrubne, jak i półwykańczające oraz wykańczające. Najmniejsza jakość dokładności uzyskiwana podczas obróbki wykańczającej to 6. Za pomocą frezów obrabiane są różne kołki, rowki, studzienki, podcięcia, frezowane są profile.

Szlifowanie to operacja mechaniczna stosowana w celu poprawy jakości chropowatości, a także usunięcia nadmiaru warstwy metalu do mikrona. Zwykle, to przetwarzanie jest ostatnim etapem produkcji części, co oznacza, że ​​jest wykańczany. Do cięcia stosuje się je na powierzchni, na której znajduje się ogromna ilość ziaren o różnym kształcie krawędzi tnącej. Podczas tej obróbki część jest bardzo gorąca. Aby metal nie odkształcał się i nie odpryskiwał, stosuje się płyny obróbkowe (LLC). Obróbka metali nieżelaznych odbywa się za pomocą narzędzi diamentowych. Dzięki temu możliwe jest zapewnienie najwyższa jakość wyprodukowana część.

Obróbka cieplna to zespół procesów nagrzewania metali do określonej temperatury, utrzymywania i chłodzenia w celu nadania przedmiotowi określonych właściwości fizycznych i mechanicznych w wyniku zmiany struktury ( Struktura wewnętrzna) Detale. Materiał na półfabrykaty - metale kolorowe, stal.

Główne rodzaje obróbki cieplnej:

1. Wyżarzanie I lub II rodzaju. W procesie nagrzewania metali do określonej temperatury, po przetrzymaniu i schłodzeniu uzyskuje się strukturę równowagi, wzrasta lepkość i plastyczność, zmniejsza się twardość i wytrzymałość przedmiotu obrabianego.
2. Utwardzanie z lub bez transformacji polimeru. Celem obróbki cieplnej jest podwyższenie parametrów wytrzymałościowych i twardości materiału dzięki powstaniu struktury nierównowagowej. Stosuje się go do tych stopów, które ulegają przemianom fazowym w stanie stałym podczas procesów ogrzewania i chłodzenia.
3. Wakacje. Poddawane są mu trwałe stale, hartowane stopy metali. Głównymi parametrami metody są temperatura grzania, szybkość chłodzenia, czas utrzymywania.
4. Starzenie się dotyczy stopów, które zostały hartowane bez polimorfii. Po hartowaniu wzrasta wytrzymałość i twardość stali magnezowych, aluminiowych, niklowych i miedzianych.
5. Obróbka chemiczno-termiczna. Proces technologiczny zmiany skład chemiczny, struktura i właściwości powierzchni części. Po obróbce wzrasta odporność na zużycie, twardość, wytrzymałość zmęczeniowa i wytrzymałość styku, odporność antykorozyjna materiału.
6. Obróbka termomechaniczna. Ten typ obejmuje proces odkształcenia plastycznego, za pomocą którego powstaje zwiększona gęstość defektów (przemieszczeń) struktury krystalicznej przedmiotu obrabianego. Ta metoda jest stosowana do stopów aluminium i magnezu.

Obróbka spawalnicza, elektryczna i tokarska

Spawanie to wytwarzanie trwałego połączenia części stalowej poprzez nagrzewanie do stanu topnienia lub do stanu wysoce plastycznego. Podczas obróbki materiał topi się wzdłuż krawędzi łączonych części, miesza się i twardnieje, a po schłodzeniu powstaje szew. Istnieje spawanie elektryczne (łukowe lub kontaktowe) i chemiczne (termiczne lub gazowe).

Toczenie sposób obróbki - Wykonany ręcznie na specjalnych maszynach w celu usunięcia nadmiaru warstwy i nadania częściom określonych kształtów, chropowatości, dokładności, wymiarów. Główne typy, w zależności od celu pracy: podstawowe, naprawcze i montażowe.

Elektryczne metody obróbki metali obejmują:

1. Metoda elektroiskrowa. Metoda ta opiera się na zjawisku destrukcji mocne metale pod wpływem iskier elektrycznych.
2. Metoda ultradźwiękowa. Z pomocą instalacje specjalne obrobiony klejnoty, stopy twarde, stal hartowana i inne materiały.

odlewanie metali

Proces technologiczny odlewania polega na tym, że części uzyskuje się po wlaniu roztopionego metalu do określonych form. Stosowane są różne materiały:

• żeliwo;
• stal;
• stopy miedzi, magnezu, aluminium i cynku.

Metal w różnych przejawach, w tym liczne stopy, jest jednym z najbardziej poszukiwanych i powszechnie stosowanych materiałów. To z niego powstaje wiele części, a także ogromna liczba innych biegowych rzeczy. Ale aby uzyskać jakikolwiek produkt lub część, konieczne jest podjęcie wielu wysiłków, zbadanie procesów przetwarzania i właściwości materiału. Główne rodzaje obróbki metalu są przeprowadzane według innej zasady oddziaływania na powierzchnię przedmiotu obrabianego: efekty termiczne, chemiczne, artystyczne, przy użyciu cięcia lub nacisku.

Oddziaływanie termiczne na materiał to oddziaływanie ciepła w celu zmiany niezbędnych parametrów dotyczących właściwości i struktury ciała stałego. Najczęściej proces ten jest wykorzystywany przy produkcji różnych części maszyn, ponadto na różne etapy produkcja. Główne rodzaje obróbki cieplnej metali: wyżarzanie, hartowanie i odpuszczanie. Każdy proces wpływa na produkt na swój sposób i jest przeprowadzany pod różne znaczenia reżim temperaturowy. Dodatkowymi rodzajami wpływu ciepła na materiał są operacje takie jak obróbka na zimno i starzenie.

Procesy technologiczne otrzymywania części lub półfabrykatów za pomocą efektu siły na obrabianej powierzchni obejmują: różne rodzaje obróbka ciśnieniowa metali. Wśród tych operacji są jedne z najpopularniejszych w użyciu. W ten sposób walcowanie odbywa się poprzez ściskanie obrabianego przedmiotu pomiędzy parą obracających się rolek. Bułki mogą być różne kształty, w zależności od wymagań dla części. Podczas prasowania materiał zamykany jest w zamkniętym kształcie, skąd jest następnie wytłaczany w mniejszy kształt. Rysowanie to proces rysowania przedmiotu przez stopniowo zwężający się otwór. Pod wpływem ciśnienia wytwarzane są również kucie, tłoczenie wolumetryczne i blaszane.

Cechy artystycznej obróbki metali

Kreatywność i kunszt odzwierciedlają Różne rodzaje artystyczna obróbka metali. Wśród nich można zauważyć kilka najstarszych, zbadanych i używanych przez naszych przodków - to odlewanie i. Chociaż niewiele za nimi w momencie pojawienia się, inna metoda oddziaływania, a mianowicie pogoń.

Gonienie to proces tworzenia obrazów na metalowej powierzchni. Sama technologia polega na wywieraniu nacisku na wcześniej nałożoną ulgę. Warto zauważyć, że pogoń może odbywać się zarówno na zimnej, jak i na rozgrzanej powierzchni roboczej. Warunki te zależą przede wszystkim od właściwości konkretnego materiału, a także od możliwości narzędzi wykorzystywanych w pracy.

Metody obróbki metali

Na szczególną uwagę zasługują rodzaje obróbki mechanicznej metali. W inny sposób działanie mechaniczne można nazwać metodą cięcia. Ta metoda jest uważana za tradycyjną i najczęstszą. Należy zauważyć, że główne podgatunki Ta metoda są różne manipulacje materiałem roboczym: cięcie, cięcie, tłoczenie, wiercenie. Dzięki tej szczególnej metodzie można uzyskać z prostego arkusza lub klina pożądana część o wymaganym rozmiarze i kształcie. Więcej z pomocą uderzenie mechaniczne może być osiągnięte niezbędne cechy materiał. Często podobną metodę stosuje się, gdy konieczne jest przygotowanie przedmiotu obrabianego do dalszych operacji technologicznych.

Rodzaje skrawania metali są reprezentowane przez toczenie, wiercenie, frezowanie, struganie, dłutowanie i szlifowanie. Każdy proces jest inny, ale generalnie cięcie polega na usunięciu wierzchniej warstwy powierzchni roboczej w postaci wiórów. Najczęściej stosowane metody to wiercenie, toczenie i frezowanie. Podczas wiercenia część jest zamocowana w stałej pozycji, uderzenie w nią następuje za pomocą wiertła o danej średnicy. Podczas toczenia przedmiot obrabiany obraca się, a narzędzia tnące poruszają się w określonych kierunkach. Kiedy jest używany ruch obrotowy narzędzie tnące w stosunku do części stałej.

Obróbka chemiczna metali w celu poprawy właściwości ochronnych materiału

Obróbka chemiczna jest praktycznie najprostszym rodzajem narażenia materiału. Nie wymaga dużych kosztów pracy ani specjalistycznego sprzętu. Wszystkie rodzaje obróbki chemicznej metali są stosowane, aby nadać powierzchni pewną pewność wygląd zewnętrzny. Również pod wpływem ekspozycji chemicznej dążą do zwiększenia właściwości ochronnych materiału - odporności na korozję, uszkodzenia mechaniczne.

Wśród tych metod oddziaływania chemicznego najbardziej popularne są pasywacja i utlenianie, chociaż często stosuje się kadmowanie, chromowanie, miedziowanie, niklowanie, cynkowanie i inne. Wszystkie metody i procesy są przeprowadzane w celu poprawy różnych wskaźników: wytrzymałości, odporności na zużycie, twardości, odporności. Ponadto ten rodzaj obróbki służy do nadania powierzchni dekoracyjnego wyglądu.

Oprócz powyższych metod obróbki metali oraz wytwarzania półfabrykatów i części maszyn stosowane są również inne stosunkowo nowe i bardzo postępowe metody.

Spawanie metali. Przed wynalezieniem spawania metali produkcja np. kotłów, metalowych kadłubów statków czy inne prace wymagające łączenia blach ze sobą opierały się na zastosowaniu metody nity.

Obecnie nitowanie prawie nie jest używane, zostało wymienione spawanie metali. Połączenie spawane jest bardziej niezawodne, lżejsze, szybsze i oszczędza metal. Prace spawalnicze są tańsze siła robocza. Spawanie może być również stosowane do łączenia części zepsutych oraz, poprzez spawanie metalu, do odnawiania zużytych części maszyn.

Istnieją dwie metody spawania: gaz (autogeniczny) - za pomocą gazu palnego (mieszanina acetylenu i tlenu), który daje bardzo gorący płomień (ponad 3000 °C), i spawanie elektryczne w którym metal topi się łukiem elektrycznym (temperatura do 6000 ° C). Obecnie największe zastosowanie ma spawanie elektryczne, za pomocą którego trwale łączone są małe i duże części metalowe (części kadłubów największych statków morskich, kratownice mostów i innych konstrukcji budowlanych, części ogromnych kotłów bardzo wysokie ciśnienie, części maszyn itp.). Masa spawanych części w wielu maszynach wynosi obecnie 50-80% ich masy całkowitej.

Tradycyjne cięcie metalu uzyskuje się poprzez usuwanie wiórów z powierzchni przedmiotu obrabianego. Do 30-40% metalu trafia w wióry, co jest bardzo nieekonomiczne. Dlatego coraz więcej uwagi poświęca się nowym metodom obróbki metali, opartym na bezodpadowej lub technologia niskoodpadowa. Pojawienie się nowych metod wynika również z rozpowszechnienia się w inżynierii mechanicznej metali i stopów o wysokiej wytrzymałości, odpornych na korozję i żaroodporność, których obróbka jest trudna konwencjonalnymi metodami.

Nowe metody obróbki metali obejmują: chemiczną, elektryczną, plazmowo-laserową, ultradźwiękową, hydroplastyczną.

Na obróbka chemiczna wykorzystywana jest energia chemiczna. Usunięcie pewnej warstwy metalu odbywa się w środowisku chemicznie aktywnym (mielenie chemiczne). Polega na kontrolowanym czasie i miejscu rozpuszczania metalu z powierzchni przedmiotów obrabianych poprzez ich trawienie w kąpielach kwaśnych i zasadowych. Jednocześnie powierzchnie niepoddające się obróbce zabezpieczamy powłokami chemoodpornymi (lakiery, farby itp.). Stałość szybkości trawienia jest utrzymywana dzięki stałemu stężeniu roztworu.

Metody przetwarzania chemicznego powodują lokalne przerzedzenie na niesztywnych przedmiotach, usztywniacze; uzwojenie rowków i pęknięć; powierzchnie waflowe; obsługiwać powierzchnie, które są trudno dostępne dla narzędzia tnącego.

Na metoda elektryczna energia elektryczna zamieniana jest na energię cieplną, chemiczną i inne bezpośrednio w procesie usuwania danej warstwy. Zgodnie z tym metody przetwarzania elektrycznego dzielą się na elektrochemiczne, elektroerozyjne, elektrotermiczne i elektromechaniczne.

Obróbka elektrochemiczna opiera się na prawach anodowego rozpuszczania metalu podczas elektrolizy. Gdy prąd stały przepływa przez elektrolit, na powierzchni przedmiotu obrabianego objętego obwodem elektrycznym i będącego anodą, Reakcja chemiczna i powstają związki, które przechodzą do roztworu lub są łatwo usuwane mechanicznie. Obróbka elektrochemiczna stosowana jest w polerowaniu, obróbce wymiarowej, honowaniu, szlifowaniu, czyszczeniu metali z tlenków, rdzy.

Obróbka anodłączy procesy elektrotermiczne i elektromechaniczne i zajmuje pozycję pośrednią między metodami elektrochemicznymi i elektroerozyjnymi. Obrabiany przedmiot jest połączony z anodą, a narzędzie jest połączone z katodą. Jako narzędzie stosuje się metalowe dyski, cylindry, taśmy, druty. Przetwarzanie odbywa się w środowisku elektrolitu. Przedmiot i narzędzie
ustawić takie same ruchy jak w konwencjonalnych metodach obróbki.

Gdy przez elektrolit przepływa prąd stały, zachodzi proces anodowego rozpuszczania metalu, jak w obróbce elektrochemicznej. W momencie kontaktu narzędzia (katody) z mikronierównościami obrabianej powierzchni przedmiotu obrabianego (anody) zachodzi proces elektroerozji, co jest nieodłączną cechą obróbki elektroiskrowej. Produkty elektroerozji i anodowego rozpuszczania są usuwane ze strefy obróbki podczas ruchu narzędzia i przedmiotu obrabianego.

EDM opiera się na prawach erozji (zniszczenia) elektrod wykonanych z materiałów przewodzących podczas przechodzenia między nimi impulsowego prąd elektryczny. Służy do obróbki wnęk i otworów o dowolnym kształcie, cięcia, szlifowania, grawerowania, ostrzenia i hartowania narzędzi. W zależności od parametrów impulsów i rodzaju generatorów użytych do ich uzyskania obróbka elektroerozyjne dzieli się na elektroiskrową, elektropulsową i elektrokontaktową.

Obróbka elektroiskrowa służy do produkcji matryc, form, narzędzi skrawających oraz do utwardzania warstwy wierzchniej części.

Przetwarzanie elektropulsowe stosowany jako wstęp do produkcji matryc, łopatek turbin, powierzchni otworów kształtowych w częściach wykonanych ze stali żaroodpornych. W tym procesie szybkość usuwania metalu jest około dziesięciokrotnie większa niż w przypadku obróbki elektroiskrowej.

Obróbka elektrokontaktowa opiera się na miejscowym nagrzewaniu przedmiotu obrabianego w miejscu kontaktu z elektrodą (narzędziem) oraz mechanicznym usuwaniu stopionego metalu ze strefy obróbki. Metoda nie zapewnia wysoka precyzja i jakości powierzchni części, ale daje dużą szybkość usuwania metalu, dlatego jest stosowany do czyszczenia odpływów lub wyrobów walcowanych ze stopów specjalnych, szlifowania (zgrubnego) części korpusów maszyn z trudno skrawalnych stopów.

Obróbka elektromechaniczna związane z mechanicznym działaniem prądu elektrycznego. Jest to podstawa np. obróbki elektrohydraulicznej, która wykorzystuje działanie fal uderzeniowych powstałych w wyniku impulsowego przebicia czynnika ciekłego.

Ultradźwiękowa obróbka metali- rodzaj obróbki mechanicznej - polega na niszczeniu obrabianego materiału przez ziarna ścierne pod wpływem narzędzia oscylującego z częstotliwością ultradźwiękową. Źródłem energii są generatory prądu elektrodźwiękowego o częstotliwości 16-30 kHz. Stempel narzędzia roboczego jest zamocowany na falowodzie generatora prądu. Pod stemplem umieszcza się półfabrykat, a do strefy obróbki wchodzi zawiesina składająca się z wody i materiału ściernego. Proces obróbki polega na tym, że narzędzie oscylując z częstotliwością ultradźwiękową uderza w ziarna ścierne, które odrywają cząstki materiału obrabianego. Obróbka ultradźwiękowa służy do uzyskiwania wkładek, matryc i stempli ze stopów twardych, wycinania wgłębień i otworów w częściach, przebijania otworów z zakrzywionymi osiami, grawerowania, gwintowania, cięcia detali na części itp.

Metody plazmowo-laserowe przetwarzanie opiera się na wykorzystaniu wiązki skupionej (elektronicznej, spójnej, jonowej) o bardzo dużej gęstości energii. Wiązka lasera jest wykorzystywana zarówno do podgrzewania i zmiękczania metalu przed frezem, jak i do wykonywania procesu bezpośredniego cięcia przy przebijaniu otworów, frezowaniu i cięciu blach, tworzyw sztucznych i innych materiałów.

Proces cięcia przebiega bez tworzenia się wiórów i parowania z powodu wysokie temperatury metal jest unoszony skompresowane powietrze. Lasery są wykorzystywane do spawania, napawania i cięcia w przypadkach, gdy jakość tych operacji podlega podwyższonym wymaganiom. Na przykład supertwarde stopy, panele tytanowe w nauce rakietowej, produkty nylonowe itp. są cięte za pomocą wiązki laserowej.

Obróbka hydroplastów metale są wykorzystywane do produkcji wydrążonych części o gładkiej powierzchni i małych tolerancjach (siłowniki hydrauliczne, nurniki, osie wagonów, obudowy silników elektrycznych itp.). Wydrążony cylindryczny kęs, podgrzany do temperatury odkształcenia plastycznego, jest umieszczany w masywnej rozbieralnej matrycy, wykonanej zgodnie z kształtem produkowanej części, a woda jest pompowana pod ciśnieniem. Obrabiany przedmiot jest rozłożony i przyjmuje formę matrycy. Wykonane w ten sposób części mają większą trwałość.

Nowe metody obróbki metali wprowadzają technologię wytwarzania części na jakościowo wyższy poziom. wysoki poziom w porównaniu z tradycyjną technologią.