Особенности обработки металла
Металлы, состоящие из разных компонентов, имеют свои показатели прочности и гибкости, другие характеристики. Их нельзя обрабатывать одними и теми же способами. При выборе метода воздействия на материал учитываются требования к изделию, которое нужно получить. Иногда приходится менять не только форму, но и технические характеристики сплава.
Существует 5 способов обработки металлических заготовок:
- механическая,
- химическая,
- электрическая,
- термическая,
- воздействие давлением.
Используя инструменты, предназначенные для механических работ, можно раскроить деталь, проделать в ней отверстие, отшлифовать. Зачастую в результате получается черновая заготовка, на которую дополнительно воздействуют давлением, высокими температурами.
Обработку стали твердых марок выполняют электрическим способом. Еще его применяют, если нужно проделать отверстия разной формы и размеров в металле, выполнить заточку инструментов. Данный способ предполагает использование станков разных типов.
Химическая обработка – это воздействие на заготовку разными составами (кислотами, щелочами), которые вступают в реакцию с металлическим сплавом. После завершения взаимодействия меняются физико-химические характеристики металла. Их улучшение зачастую и есть смыслом воздействия.
При термической обработке, как и при химической, улучшаются эксплуатационные свойства заготовки, повышается ее прочность.
Изменить форму детали, не нарушив при этом ее целостность, можно при помощи высокого давления. Работая с твердыми металлами (некоторые марки стали, к примеру), заготовку предварительно разогревают.
Сварка
Такой вид обработки металла как сварка используется в том случае, если нужно получить неразъемные соединения металлических элементов. Данная технология применяется повсеместно (на крупных и мелких предприятиях, при ремонте металлоконструкций). Соединять детали можно по-разному:
- внахлест,
- стык в стык,
- углами.
Обработку металла данным способом осуществляют на полуавтоматических или автоматических сварочных станках, при помощи ручного инструмента. В качестве источника тепла чаще всего используют электрическую дугу или газовое пламя. Реже соединение деталей происходит за счет теплового трения, ультразвука, энергии лазера или другого вида воздействия.
Автоматические станки не отличаются широким функционалом. Предварительно оператор задает программу. На этом участие человека в процессе заканчивается. Используется данный способ при изготовлении большого количества изделий.
При работе с оборудованием полуавтоматического типа процессом руководит оператор, а присадки в нужную зону подаются посредством специального механизма.
В последнее столетие разработано много новых видов сварки. Популярность приобрели плазменная, электро-лучевая и термитная технологии. В первом случае детали соединяют ионизированным газом, образующим электродугу. Кроме сварки, оборудованием такого типа можно резать металлические заготовки.
Если нужен глубокий (до 20 см) или небольшой (до 10 мм) шов, лучше использовать электро-лучевую технологию. Ее специфика заключается в том, что обработка металла происходит в вакууме. Применяется этот способ сварки нечасто, что объясняется его спецификой.
Термитный вид сварки применяют:
для устранения трещин и дефектов сделанных ранее швов, если нужно обеспечить высокое качество соединений металлоконструкций.
Классификация сортового металлопроката
Сортовой металлопрокат
Выделяют сортовой, трубный, листовой и фасонный прокат, но именно сортовой отличается наибольшим разнообразием подвидов. В основном это – не конечные продукты, а полуфабрикаты, предназначенные для изготовления тех или иных конструкций и деталей.
Выделяют 3 группы сортового проката:
- Металлические изделия с простым сечением: шестигранник, круг, квадрат, полоса. Данные элементы чаще всего изготавливаются из углеродистой стали и могут иметь любой размер – от мелкого до очень крупного,
- Фасонный (фигурный) металлопрокат общего и специального назначения. Особенно востребованы в связи с широкой сферой применения швеллеры и уголки. Швеллер – балка с сечением в форме буквы П. Полки у швеллера находятся по одну сторону стенки. Швеллеры бывают специальные стальные, горячекатаные, гнутые, перфорированные, неравнополочные, с расположенными под определенным углом гранями и с параллельными гранями. Уголок имеет сечение в форме буквы «Г». Грани могут иметь разные размеры и толщину,
- Арматура (рифленая и гладкая), используемая для армирования железобетонных конструкций и колеса. Данная категория согласно некоторым источникам может относиться ко второй группе, что не является ошибкой.
Отличить простой прокат от фасонного можно, зная четкое правило, прописанное в технической документации. Сечение простого металлопроката не может быть пересечено касательной к любой из расположенных по контуру этого сечения точек. Сечение же фасонного изделия может пересечься хотя бы одной касательной к точке контура.
Существует ещё несколько признаков классификации, зная которые, проще подобрать нужную позицию.
По способу обработки поверхности
- Матовый,
- Зеркальный,
- Шлифованный,
- Калиброванный.
По ГОСТу
- Первый класс. Сортовой металлопрокат не требует дополнительной обработки, т.к. характеризуется максимальными физическими и техническими параметрами.
- Второй класс. Для дальнейшего использования подвергается обработке под горячим давлением,
- Третий класс. Обрабатывают холодным механическим способом, резанием.
По размеру
- Крупный. Круглые изделия с диаметром сечения от 80 мм, квадратные с сечением от 70 мм, арматурные профили, углы с размером полок от 90 мм, двутавровые балки (обычные и облегченные), колонные профили, швеллеры, шестигранная и полосовая сталь, рельсы и т.д. Крупносортный прокат изготавливается из углеродистой стали или имеющей низкое содержание легирующих компонентов конструкционной стали.
- Средний. Используемые в конкретной отрасли фасонные профили, узкоколейные рельсы, прокат с сечением в форме круга, квадрата, шестигранника, двутавровые балки, штрипсы и прочее.
- Мелкий. Сегодня можно купить сортовой металлопрокат в виде точных аккуратных заготовок очень маленьких размеров: круглый диаметром до 30 мм, квадратный с сечением до 10 мм, угловую сталь с размером полок до 50 мм, прутья, полосовую сталь, швеллеры. Мелкий прокат реализуется в виде бухт и прутков.
Помимо стали, используемой для создания крупного металлопроката, для изготовления среднего и мелкого проката подходят высоколегированные и нержавеющие сплавы.
Сегодня сортовой металлопрокат весьма востребован. Наиболее популярные изделия – круглые трубы, уголки, балки, листовой металл, круги и другое.
Электрическая обработка
При обработке металла электрическим способом подается разряд высокой интенсивности. Он разрушает поверхность заготовки. Используют технологию:
- если нужно сделать отверстия в тонком металлическом листе,
- для заточки инструментов,
- при обработке заготовок из твердых сплавов,
- чтобы достать из ранее сделанного отверстия часть отломавшегося сверла или другой элемент (если это нельзя сделать другим способом).
Напряжение подается на электрод, сделанный из графита или латуни. Металл под таким воздействием оплавляется. В некоторых случаях используют ультразвук. Полученные после подачи напряжения колебания частотой 20 кГц и больше вызывают резонанс. Это ведет к точечному разрушению верхнего слоя заготовки. Метод применим для работы с нержавеющей сталью и прочными сплавами. Под воздействием ультразвука разрушается не только металл, но и драгоценности.
Художественная обработка металлов
Различают несколько видов художественной обработки металла:
- ковку,
- литье,
- чеканку.
При помощи специальных инструментов и оборудования на поверхности заготовки создаются декоративные элементы или сама деталь превращается в цветок, листок растения, изогнутый стебель.
Чеканку используют, если на поверхности заготовки нужно сделать рельефный узор. Металл сначала разогревают. Как только сплав становится пластичным, его поверхности специальным оборудованием придают нужный рельеф. При этом толщина заготовки не изменяется.
Ковка – одна из самых старых технологий. Нагретому или холодному металлу придают нужную форму. Заготовки, не прошедшие термическую обработку, прессуются. Такие детали и изделия получаются менее прочными. Нагревается металл до определенной температуры. Перегретый сплав начнет плавиться.
Ковка бывает разных видов:
- свободной (заготовка закрепляется с одной стороны, а нужная форма придется кувалдой или молотком),
- машинной (делается при помощи тяжеловесных механизированных молотов),
- штамповкой (на металл воздействуют заготовленным ранее штампом).
Последний способ нужен для производства большого количества одинаковых декоративных элементов. При данном способе обработки используют две формы, одна из которых – зеркальное отражение другой.
Литье отличается от ковки и чеканки тем, что мастер работает с расплавленным металлом. Состав заливают в многоразовые формы. Работая с цветными металлами и марками стали, у которых низкая температура плавления, используют пресс-формы. После их заполнения на заготовку воздействуют давлением от 7 до 700 МПа. При работе с труднообрабатываемыми составами используют технологию ЛГМ. Литейные формы выполнены из материала, который во время заполнения газифицируется. Отливки полчаются точными, процент брака минимален.
Современный сортамент металлопроката
Весь объем выпускаемой продукции можно легко поделить на различные виды. Деление может производиться по разным параметрам, остановимся на них подробнее.
По типу производства
По типу производства можно выделить три вида.
Листовой прокат
Как понятно из его названия, сюда относятся различные листы, штрипсы (тонкие ленты) и полосы.
Внутри данного вида продукции также можно произвести несколько делений:
По способу производства:
- Горячекатаный.
- Холоднокатаный.
Горячекатаные листы могут производиться поштучно или нарезаться из рулона. В дальнейшем они попадают непосредственно в использование или служат заготовками для выпуска лент и полос.
Из холоднокатаного листа-заготовки производится холодная гибка изделий определенной формы. Например, так выпускается металлочерепица и профнастил.
По типу используемого металла
- Нержавеющая сталь.
- Оцинкованная сталь.
- Жесть.
- Алюминий и другие металлы.
По толщине
- Тонколистовой – до 4 миллиметров.
- Толстолистовой – от 4 до 160 миллиметров.
Кроме того справочники сортамента листового металлопроката включают такие параметры как:
- ГОСТ изделия и сырья,
- точность прокатки (нормальная, увеличенная),
- характер кромки (обрезанная, необрезанная),
- плоскостность (нормальная, улучшенная, высокая, особо высокая),
- конкретные размеры изделий (длина, ширина, толщина).
Сортовой
Сортовой прокат делится по параметрам профиля – поперечного сечения.
Простой
- плоские полосы,
- круг,
- квадрат,
- шестигранник и прочие изделия с простым профилем
Арматура
Арматура – это отдельный вид сортового металлопроката. Обычно для придания дополнительной прочности конструкции арматура производится с периодическими насечками, но бывает и гладкая.
Фасонный
Фасонный металлопрокат отличается сложным профилем. К нему относится:
- Балка (двутавр) – H-образный профиль.
- Швеллер – П-профиль.
- Уголок.
Также в сортамент фасонного металлопроката входят специфические изделия, использующиеся в механизмах и технике и, а также рельсы.
Трубы
Отдельно стоит выделить различные виды труб.
Они различаются по виду:
- профильные (с прямоугольным или квадратным сечением),
- круглые.
И способу производства:
- сварные (с продольным или спиралевидным швом),
- бесшовные.
В зависимости от сферы применения производится дополнительное покрытие труб защитными материалами, снятие фаски или нарезка резьбы.
По поверхности
Прокат также делится по виду и обработке поверхности:
- Зеркальная. Чаще всего до зеркального блеска обрабатываются изделия из нержавеющей и хирургической стали, гофролист, штрипс и другие.
- Матовая. Такой поверхностью обладает большинство металлоизделий, применяемых для строительства.
- Шлифованная. Шлифовкой поверхность выравнивается, если этого требует использование, а также ей придается привлекательный внешний вид.
- Калиброванная. Изделие дополнительно обрабатывается для достижения высочайшей точности, что необходимо при использовании в механизмах.
По используемой стали
В зависимости от необходимых параметров одни и те же изделия могут производиться из разных металлов. К ним относятся:
- углеродистая сталь,
- легированная сталь – с добавлением других материалов, влияющих на основные характеристики,
- нержавеющая сталь,
- цветные металлы.
Подробный сортамент вышеперечисленного металлопроката можно найти в специальных справочниках, а также непосредственно в ГОСТ, по которому производится каждое изделие. Здесь же можно ознакомиться с требованиями к производству, а также поставкам и их приемке.
Механическая обработка металлических заготовок
При механической обработке металла отделяют слой заготовки, в результате чего меняется его форма. Используют ручной инструмент и автоматизированные станки. Независимо от вида оборудования к его режущей части применяется механическое воздействие.
Заготовки обрабатываются на станках разных типов. Существуют следующие виды механического воздействия на металлическую заготовку:
- сверление,
- точение,
- строгание,
- фрезерование,
- шлифование.
Детали, имеющие форму вращения, вытачиваются. Круглые отверстия проделываются методом сверления, а продольные пазы – строгания. На фрезировальных станках можно сделать деталь любой формы. Перед нанесением на черновую заготовку финишного покрытия и для удаления дефектов используют шлифовальное оборудование.
Зачастую при изготовлении отдельных частей металлоконструкций обработку металла производят несколькими методами.
Обработка давлением и с помощью резки
Обработка металла давлением входит в группу художественных методов. Кроме изменения формы заготовки, ее можно вытянуть или сжать. Данным способом делают не только декоративные изделия, но и колесные базы, баки для бензина.
При резке металл делится на части нужных размеров. Профиль стандартной ширины и толщины из сплавов средней прочности чаще всего делают при помощи абразивного круга или дисковой пилы. Если нужно выполнить раскрой заготовки более сложной формы или произвести обработку прочной заготовки используют другие способы резки:
- ручную,
- газовую,
- лазерную,
- плазменную.
Для вырезания одной или нескольких заготовок лучше использовать ручной инструмент. Он потребляет меньше электроэнергии, чем станок или же вообще не требует подключения к источнику питания. Сэкономить много времени не получится. Станок нужно подготовить к запуску, задать параметры.
Обработка металла газовой резкой применяется в том случае, если необходимо за короткое время сделать много деталей. Еще этот способ удобен, если заготовки нужно разместить в емкости для транспортировки.
Лазерная обработка многофункциональна. Кроме резки на специальном оборудовании, можно нанести на заготовку надпись. При резке лазером размеры полученных деталей соответствуют заданным параметрам. Твердый металл лучше обрабатывать плазмой.
Виды работ по чеканке
Художественная чеканка по металлу делится на два вида работ, качественно отличающихся друг от друга:
- чеканка по листу,
- чеканка по литью (оброну).
Чеканка по листу — это создание нового произведения, при помощи специальных инструментов.
Второй случай — доведение до нужного уровня заранее отлитой, или вырезанной методом оброна, формы. Чеканка литья применяется для придания форме четкости и ясности. Подвергаются подобной чеканке отливки, полученные в земляных формах.
Чеканка на высшем уровне