Способ ручной обработки металлов

Обработка металла

Металлы и их сплавы издавна используются человеком для изготовления инструментов и оружия, украшений и ритуальных предметов, домашней утвари и деталей механизмов.

Чтобы превратить металлические слитки в деталь или изделие, их требуется обработать, или изменить их форму, размеры и физико-химические свойства. За несколько тысячелетий было разработано и отлажено множество способов обработки металлов.

Особенности обработки металла

Многочисленные виды металлообработки можно отнести к одной из больших групп:

• механическая (обработка резанием);
• литье;
• термическая;
• давлением;
• сварка;
• электрическая;
• химическая.

Литье — один из самых древних способов. Он заключается в расплавлении металла и розливе его в подготовленную форму, повторяющую конфигурацию будущего изделия. Этим способом получают прочные отливки самых разных размеров и форм.

Про другие виды обработки будет рассказано ниже.

Сварка

Сварка также известна человеку издревле, но большинство методов были разработаны в последнее столетие. Сущность сварки заключается в соединении нагретых до температуры пластичности или до температуры плавления кромок двух деталей в единое неразъемное целое.

В зависимости от способа нагрева металла различают несколько групп сварочных технологий:

• Химическая. Металл нагревают выделяемым в ходе химической реакции теплом. Термитную сварку широко применяют в труднодоступных местах, где невозможно подвести электричество или подтащить газовые баллоны, в том числе под водой.
• Газовая. Металл в зоне сварки нагревается пламенем газовой горелки. Меняя форму факела, можно осуществлять не только сварку, но и резку металлов.
• Электросварка. Самый распространенный способ:
  • Дуговая сварка использует для нагрева и расплавления рабочей зоны тепло электрической дуги. Для розжига и поддержание дуги применяют специальные сварочные аппараты. Сварка ведется обсыпными электродами или специальной сварочной проволокой в атмосфере инертных газов.
  • При контактной сварке нагрев осуществляется проходящим через точку соприкосновения соединяемых заготовок сильным электротоком. Различают точечную сварку, при которой детали соединяются в отдельных точках, и роликовую, при которой проводящий ролик катится по поверхности деталей и соединяет их непрерывным швом.

С помощью сварки соединяют детали механизмов, строительные конструкции, трубопроводы, корпуса судов и автомобилей и многое другое. Сварка хорошо сочетается с другими видами обработки металлов.

Электрическая обработка

Метод основан на частичном разрушении металлических деталей под воздействием электрических разрядов высокой интенсивности.

Его применяют для прожигания отверстий в тонколистовом металле, при заточке инструмента и обработке заготовок из твердых сплавов. Он также помогает достать из отверстия обломившийся и застрявший кончик сверла или резьбового метчика.

Графитовый или латунный электрод, на который подано высокое напряжение, подводят к месту обработки. Проскакивает искра, металл частично оплавляется и разбрызгивается. Для улавливания частиц металла промежуток между электродом и деталью заполняют специальным маслом.

Ультразвуковая обработка металла

К электрическим способам обработки металлов относят и ультразвуковой. В детали возбуждаются колебания высокой интенсивности с частотой свыше 20 кгц. Они вызывают локальный резонанс и точечные разрушения поверхностного слоя, метод применяют для обработки прочных сплавов, нержавейки и драгоценностей.

Особенности художественной обработки металлов

К художественным видам обработки металлов относят литье, ковку и чеканку. В средине XX века к ним добавилась сварка. Каждый способ требует своих инструментов и приспособлений. С их помощью мастер либо создает отдельное художественное произведение, либо дополнительно украшает утилитарное изделие, придавая ему эстетическое наполнение.

Чеканка — это создание рельефного изображения на поверхности металлического листа или самого готового изделия, например, кувшина. Чеканку выполняют и по нагретому металлу.

Способы механической обработки металлов

Большую группу способов механической обработки металлов объединяет одно: в каждом из них применяется острый и твердый по отношению к заготовке инструмент, к которому прикладывают механическое усилие. В результате взаимодействия от детали отделяется слой металла, и форма ее изменяется. Заготовка превышает размерами конечное изделие на величину, называемую «припуск»

Разделяют такие виды механической обработки металлов, как:

• Точение. Заготовка закрепляется во вращающейся оснастке, и к ней подводится резец, снимающий слой металла до тех пор, пока не будут достигнуты заданные конструктором размеры. Применяется для производства деталей, имеющих форму тела вращения.
• Сверление. В неподвижную деталь погружают сверло, которое быстро вращается вокруг своей оси и медленно подается к заготовке в продольном направлении. Применяется для проделывания отверстий круглой формы.
• Фрезерование. В отличие от сверления, где обработка проводится только передним концом сверла, у фрезы рабочей является и боковая поверхность, и кроме вертикального направления, вращающаяся фреза перемещается и вправо-влево и вперед-назад. Это позволяет создавать детали практически любой требуемой формы.
• Строгание. Резец движется относительно неподвижно закрепленной детали взад- вперед, каждый раз снимая продольную полоску металла. В некоторых моделях станков закреплен резец, а двигается деталью. Применяется для создания продольных пазов.
• Шлифование. Обработка производится вращающимся или совершающим продольные возвратно- поступательные движения абразивным материалом, который снимает тонкие слои с поверхности металла. Применяется для обработки поверхностей и подготовки их к нанесению покрытий.

Каждая операция требует своего специального оборудования. В технологическом процессе изготовления детали эти операции группируются, чередуются и комбинируются для достижения оптимальной производительности и сокращения внутрицеховых расходов.

Обработка давлением

Обработка металла давлением применяется для изменения формы детали без нарушения ее целостности. Существуют следующие виды:

Перед ковкой заготовку нагревают, опирают на твердую поверхность и наносят серию ударов тяжелым молотом так, чтобы заготовка приняла нужную форму.

Исторически ковка была ручной, кузнец разогревал деталь в пламени горна, выхватывал ее клещами и клал на наковальню, а потом стучал по ней кузнечным молотом, пока не получался меч или подкова. Современный кузнец воздействует на заготовку молотом кузнечного пресса с усилием до нескольких тысяч тонн. Заготовки длиной до десятков метров разогреваются в газовых или индукционных печах и подаются на ковочную плиту транспортными системами. Вместо ручного молота применяются кузнечные штампы из высокопрочной стали.

Для штамповки требуется две зеркальные по отношению друг к другу формы — матрица и пуансон. Тонкий лист металла помещают между ними, а потом с большим усилием сдвигают. Металл, изгибаясь, принимает форму матрицы. При больших толщинах листа металл нагревают до точки пластичности. Такой процесс называют горячая штамповка.

Во время штамповки могут выполняться такие операции, как:

С помощью штамповки выпускают широчайший ассортимент изделий — от корпусов бытовой техники до колесных дисков и бензобаков.

Обработка с помощью резки

Металл поступает на предприятие в виде проката — листов или профилей стандартных размеров и толщин. Чтобы разъединить лист или профиль на изделия или заготовки нужных размеров, применяют обработку резкой.

Для профиля чаще всего используют резку абразивным кругом или дисковой пилой.

Для раскроя листов металла применяют несколько видов резки:

• Ручная. Газосварщик с газовой горелкой вырезает куски металла нужного размера и формы. Применяется в небольших мастерских и на опытных производствах.
• Газовая. Установка газовой резки режет пламенем автоматизированной газовой горелки и позволяет не только быстро произвести раскрой листа, но и разложить вырезанные заготовки по контейнерам для доставки их на сборочные участки
• Лазерная. Режет металл лазерным лучом. Отличается высокой точностью и малым коэффициентом отходов. Кроме резки, может выполнять операции сварки и гравировки — нанесения на металл не удаляемых надписей.
• Плазменная. Режет металл факелом высокоионизированного газа — плазмы. Применяется для раскроя листов из твердых и специальных сплавов.

В условиях промышленного производства и средних или крупных серий на первый план выходит такое понятие, как коэффициент использования металла. Он повышается как за счет более плотной раскладки деталей по площади, так и за счет прогрессивных технологий резки, дающих меньше отходов

Химическая обработка металлов для повышения защитных свойств материала

Химическая обработка металла — это воздействие на него специальными веществами с целью вызвать управляемую химическую реакцию.

Выполняются как подготовительные операции для очистки поверхности перед сваркой или покраской, так и как финишные отделочные операции для улучшения внешнего вида изделия и защиты его от коррозии.

С помощью электрохимической обработки гальваническим методом наносят защитные покрытия.

Термические виды обработки металлов

Термическая обработка металлов применяется для улучшения их физико-механических свойств. К ней относя такие операции, как:

Термическая обработка стали

Термическая обработка заключается в нагревании детали до определенной температуры и ее последующем охлаждении по специальной программе.

Отжиг

Заготовку нагревают до температуры пластичности и медленно охлаждают прямо в печи.

Отжиг снижает твердость стали, но существенно повышает пластичность и ковкость.

Применяется перед штамповкой или раскаткой. Во время отжига снимаются внутренние напряжения, возникшие при отливке или механической обработке.

Закалка

При закалке заготовку прогревают до температуры пластичности и держат в таком состоянии в течение определенного времени, за которое стабилизируются внутренние структуры металла. Далее изделие быстро охлаждают в большом количестве воды или масла. Закалка существенно повышает твердость материала и снижает его ударную вязкость, повышая, таким образом, и хрупкость. Применяют для элементов конструкций, подверженных большим статическим и малым динамическим нагрузкам.

Отпуск

Проводится после закалки. Образец нагревают до температуры, несколько меньшей температуры закалки, и охлаждают медленно. Это позволяет компенсировать излишнюю хрупкость, появившуюся после закалки. Применяется в инструментальном производстве

Старение

Искусственное старение заключается в стимуляции фазовых превращений в массе металла. Его проводят при умеренном нагреве для придания материалу свойств, возникающих при естественном старении за долгое время.

Нормализация

Нормализация проводится для повышения ковкости без заметного снижения твердости за счет приобретения сталью мелкозернистой структуры.

Ее применяют перед закалкой и для повышения обрабатываемости резанием. Проводят так же, как и отжиг, но остывает заготовка на открытом воздухе.

Источник

К ручной обработке металлов относятся слесарные работы.

К основным видам слесарных работ относятся рубка, резка, правка, опиливание, шабрение, гравирование, разметка и др. Размеры инстру­ментов для выполнения указанных видов работ регламентированы ГОСТами и нормалями (табл. 1)

1. Перечень ГОСТов и нормалей на инструмент и приспособления для слесарных работ

Наименование	% ГОСТ или МН
1. Зубила 2. Крейцмейсели 3. Канавочники 4. Молотки слесарные 5. Молотки пневматические 6. Тиски слесарные 7. Ручные ножовки 8. Ножовочные полотна 9. Кусачки (острозубцы) 10. Ножницы ручные 11. Напильники 12. Борнапильники 13. Надфили 14. Рашпили	7211-72 7212-74 МН 485-60 2309-54 15997-70 4045-75 МН 524-60 6645-68 7282-75 7210-75 1465-69 МН 2227-61 – МН 2234-61 1513-67 6876-68

Рубка.Ударным инструментом при рубке служат слесарные и пне­вматические молотки, а режущим — зубила, крейцмейсели, канавоч­ники. При выборе слесарного молотка необходимо учитывать размер ширины лезвия зубила: при рубке зубилом на 1 мм ширины его лезвия должно приходиться 30—40 г массы молотка, а для крейцмейселя 80 г. Кроме того, необходимо руководствоваться данными табл. 2. Каче­ство и производительность рубки зависят от угла заострения, значе­ния которого следующие (градусы):

Чугун, твердая сталь, бронза. 70

Сталь мягкая и средней твердости 60

Латунь, медь, титановые сплавы. 45

Алюминиевые сплавы. 35

Технология рубки. За один проход следует снимать слой металла толщиной 1,5—2 мм. При рубке вязких металлов рабочую кромку зубила следует смачивать машинным маслом или эмуль­сией. Хрупкие металлы (чугун, бронза) рекомендуется рубить от края к середине заготовки. Для облегчения и ускорения процесса рубки широких плоскостей рекомендуется предварительно прорубать канавки крейцмейселем, а затем срубать зубилом оставшийся между канав­ками металл. Толстый листовой или полосовой материал надо надру­бать с обеих сторон примерно наполовину, а затем ломать. Точность рубки обычно не выше0,5—1 мм.

С целью механизации процесса рубки применяют пневматические молотки со специальными зубилами.

2. Данные для выбора слесарных молотков

Масса молотка, г
Выполняемые ра­боты	Легкие	Средние	Тяжелые
Категория рабо­тающих	Ученики в возрасте 13—14 лет	Ученики в воз­расте 15—17 лет	Взрос­лые рабочие	Физиче­ски раз­витые рабочие
Длина рукоятки молотка, мм	250—300	320—350 400

Число ударов таких молотков достигает 1000-2400 в минуту при расходе воздуха 0,5—0,6 м 3 /мин. Производительность механизированной рубки возрастает в 4-5 раз по сравнению с ручной.

Резка. Для разрезания сортового и профильного материала приме­няют ручные и механические ножовки. Полотна (табл. 3) с шагом 0,8-1 мм используют для резки листового материала и тонкостенных труб; с шагом 1,25 мм — профильного проката; с шагом 1,6 мм — во всех остальных случаях резки. Геометрические параметры (g- передний угол, a — задний угол) зубьев ножовочных полотен следующие: для алюминиевых и медных сплавов g = 12° и a = 35°, для стали и чугуна g = 0° и a = 30°. Разводку зубьев ножовочных полотен с шагом зубьев 0,8 мм производят по полотну. На полотнах с шагом зубьев >0,8 мм разводку производят по каждому зубу или через зуб или двух смеж­ных зубьев через один неразведеиный.

Резку тонкого листового и полосового материала осуществляют ручными ножницами. Ножницы с прямолинейными лезвиями исполь­зуют для резки по прямой линии и по окружности большого радиуса, а с криволинейными лезвиями для вырезки криволинейных поверх­ностей с малыми радиусами, а также отверстий в трубах и сосудах из материала толщиною 0 150 – 180 150 – 170 250 — 270

Дисковые напильники изготовляют с радиальным и прямолиней­ным зубом.

Стержневые машинные напильники устанавливают на опиловочных станках, они имеют разнообразные сечения. Напильник получает возвратно-поступательное движение. Ход напильника регулируется в пределах от 10 до 1000 мм. Число ходов напильника зависит от обра­батываемого материала и колеблется:

для инструментальной стали и чугуна 75—120 дв. ход/мин;

для конструкционной стали 100—150 дв. ход/мин.

и для цветных металлов и сплавов 120—200 дв. ход/мин.

Для опиловки борнапильниками используют опиловочные станки с гибким валом и механизи­рованный инструмент.

Рашпили.Насечка на широких гранях имеет специальную форму, а на узких гранях плоских рашпилей насечка ординарная, аналогич­ная насечке напильников общего назначения, но расположенная пер­пендикулярно к оси рашпиля. Размеры рашпилей и их насечки регла­ментированы ГОСТом.

Тиски. По конструкции и назначению тиски разделяются на ручные, стуловые и параллельные. Размеры тисков регламентиро­ваны ГОСТ 7226-72*, 4045-75 и 7225-54.

Помимо обычных параллельных тисков в серийном производства используют тиски с пневматическим приводом.

В зависимости от формы заготовки, подлежащей зажиму, в тисках устанавливают специальные губки а для предохранения деталей от повреждения при закреплении применяют специальные предохрани­тельные накладки (нагубники), надеваемые на закаленные губки тис­ков. Нагубники изготовляют из мягкой стали, латуни, алюминия, кожи или дерева.

Шабренныеповерхности характеризуются высокой износостойкостью в хорошей смачиваемостью смазочными веществами. Припуски на шабрение составляют 0.1…0.5 мм в зависимости от размера поверхности, подвергаемой шабрению.

Шаберы. По числу режущих граней шаберы бывают односторонние и двусторонние. По форме рабочей поверхности их подразделяют на плоские, полукруглые, ложкообразные, трехгранные. Кроме того, при шабрении криволинейных поверхностей используют фасонные шаберы и шаберы-кольца. Материал шаберов — инструментальная сталь У10А, У12А (HRC 64-66). Наряду с цельными шаберами и шаберами со вставными пластин­ками из углеродистой инструментальной стали применяют шаберы со вставными пластинками из быстрорежущей стали или твердых сплавов.

Шабрением достигается точность поверхностей 0,003—0,01 мм. Контроль качества шабреной поверхности производится по числу окрашенных пятен (точек) на единице площади поверхности.

Зачистка и полирование поверхности. Припуск под зачистку шкурками находится в пределах 0,05—0,3 мм. Последовательность зачистки шкурками определяется классом шероховатости обрабатываемой по­верхности.

Для зачистки и полирования деталей, особенно при изготовлении и ремонте штампов, пресс-форм и приспособлений, применяют абра­зивные бруски.

Зачистка деталей абразивными кругами осуществляется с помощью механизированных шлифовальных машинок (прямых, угловых и торцо­вых) с электрическим и пневматическим приводом. Электрические шли­фовальные машинки имеют частоту вращения шпинделя 3000-5000 об/мин, потребляемая мощность 0,4-0,8 кВт.

Пневматические шлифовальные машинки выпускаются с частотой вращения шпинделя 5000-20000 об/мин на холостом ходу для шлифовальных кругов диаметром 50-150 мм. Рабочее давление воздуха 5-6 кгс/см 2 , расход воздуха 0,9-2 м 8 /мин. Для шлифования используют абразивные головки и круги.

Для отделки поверхностей и получения поверхностей с повышенной адгезионной способностью широко используют механические вращаю­щиеся щетки.

Разметка. Различают плоскостную и пространственную разметку.

Подготовка поверхности под разметку состоит в очистке и обезжиривании размечаемых поверхностей и их окраске. Для окраски применяют следующие материалы:

1. Мел, разведенный в воде (на 8 л воды 1 кг мела). После кипяче­ния в состав добавляют столярный клей из расчета 50 г на 1 кг мела и вновь доводят состав до кипения.

2. Раствор медного купороса в воде (на стакан воды три чайных ложки купороса) — только для стальных и чугунных предварительно: обработанных заготовок.

3. Спиртовой лак (раствор шеллака в спирте с добавкой фуксина для окраски в красный цвет) или быстросохнущий черный лак — для малогабаритных заготовок с предварительно обработанными поверх­ностями.

Последовательность переходов при разметке заготовки зависит от ее характера (т. е. производится плоскостная или объемная разметка) и состоит из подготовки к разметке, установки заготовки на плите, выбора баз разметки, нанесения и накернивания рисок.

Источник