Какая бывает металлообработка: 14 основных видов и их применение

Токарную обработку применяют преимущественно для деталей, имеющих форму тел вращения. Заготовку закрепляют в патроне или между центрами и приводят во вращение, а режущий инструмент перемещают относительно ее поверхности.

На токарном станке выполняют:

• наружное и внутреннее точение;
• обработку цилиндрических и конических поверхностей;
• подрезание торцов;
• растачивание отверстий;
• изготовление канавок;
• снятие фасок;
• отрезание;
• нарезание наружной и внутренней резьбы.

Технология подходит для изготовления валов, втулок, осей, пальцев, фланцев, муфт, колец, шпилек, штуцеров и других деталей круглого сечения.

Станки с ЧПУ обеспечивают повторяемость размеров при серийном производстве. Для изготовления единичных ремонтных деталей можно использовать универсальное оборудование, если оно лучше соответствует геометрии изделия и объему заказа.

Токарная обработка особенно эффективна, когда большая часть поверхностей расположена относительно одной оси.

При фрезеровании вращается многолезвийный режущий инструмент, а заготовку или шпиндель станка перемещают по заданным координатам.

Фрезерная обработка используется для получения:

• плоскостей;
• пазов;
• уступов;
• карманов;
• отверстий;
• канавок;
• сложных контуров;
• посадочных поверхностей;
• элементов корпусов;
• объемных профилей.

На фрезерных станках изготавливают корпуса, плиты, кронштейны, детали оснастки, элементы пресс-форм, крышки, опоры и другие изделия со сложной геометрией.

Станки с ЧПУ особенно эффективны при обработке нескольких взаимосвязанных поверхностей и серийном изготовлении деталей. Точность зависит не только от оборудования, но и от жесткости закрепления заготовки, состояния инструмента, режимов резания и корректности управляющей программы.

Если токарная операция формирует преимущественно поверхности вращения, то фрезерная позволяет работать с плоскостями и пространственными контурами.

Сверление предназначено для получения отверстий в сплошном материале. Операцию выполняют сверлами подходящего диаметра и конструкции.

В производстве сверление часто сочетается с:

• зенкерованием;
• развертыванием;
• нарезанием резьбы;
• растачиванием;
• снятием фаски;
• обработкой посадочного отверстия.

Сверление не всегда обеспечивает требуемую точность. Если к размеру, геометрии или качеству поверхности отверстия предъявляются повышенные требования, после сверления выполняют дополнительные операции.

Сверление используют практически во всех отраслях: от изготовления простого крепежа до производства корпусов, фланцев, плит и деталей оборудования.

Растачивание используют для обработки уже имеющихся отверстий. Резец увеличивает их диаметр, корректирует геометрию и формирует требуемую посадочную поверхность.

Операция необходима, когда нужно:

• получить точный внутренний диаметр;
• скорректировать положение оси отверстия;
• обработать глубокую внутреннюю поверхность;
• восстановить посадочное место;
• обеспечить соосность нескольких отверстий;
• подготовить отверстие под втулку или подшипник.

Растачивание выполняют на токарных, расточных и фрезерных станках. Выбор оборудования зависит от размеров детали и расположения отверстий.

При ремонте промышленного оборудования растачивание часто применяют для восстановления корпусов, опор, посадочных мест под подшипники и других изношенных узлов.

Шлифование относится к абразивным способам обработки. Материал снимают множеством твердых зерен шлифовального круга или другого абразивного инструмента.

Метод применяют для:

• чистовой обработки;
• получения поверхности с низкой шероховатостью;
• исправления формы;
• обработки закаленных деталей;
• доводки посадочных поверхностей;
• подготовки деталей к сборке.

Различают наружное, внутреннее, плоское и бесцентровое шлифование.

Шлифование часто выполняют после токарной обработки и термообработки. Например, вал сначала обтачивают, затем закаливают и после этого шлифуют посадочные шейки до требуемого размера.

Включать шлифование в технологический маршрут без необходимости невыгодно. Эта операция увеличивает стоимость и продолжительность производства, поэтому ее применение должно быть обосновано требованиями чертежа.

Зубонарезные работы предназначены для формирования зубьев шестерен, колес, звездочек, шлицевых соединений и других элементов передачи движения.

В зависимости от конструкции детали применяют:

• зубофрезерование;
• зубодолбление;
• нарезание червячных колес;
• обработка наружных и внутренних шлицев;
• формирование прямых или косых зубьев;
• последующая чистовая обработка.

Качество зубчатой передачи зависит от профиля и шага зубьев, направления их наклона, соосности деталей и качества поверхности.

При заказе зубонарезной обработки важно указать модуль, количество зубьев, угол наклона, класс точности, материал и требования к термообработке.

Изготовление шестерни редко ограничивается одной операцией. Сначала получают заготовку и формируют базовые поверхности, затем нарезают зубья, а при необходимости проводят термообработку и выполняют финишную обработку.

При электроэрозионной обработке материал удаляют контролируемыми электрическими разрядами. Метод применим только к электропроводящим материалам.

Основные разновидности:

• проволочная электроэрозионная обработка;
• прошивная электроэрозионная обработка.

При проволочном методе тонкая движущаяся проволока выполняет роль электрода и разрезает заготовку по заданному контуру. Технология подходит для сложных профилей, узких пазов, инструментальной оснастки и деталей из твердых материалов.

При прошивной электроэрозионной обработке используют электрод заданной формы, с помощью которого создают полости и углубления.

Преимущество технологии заключается в отсутствии значительного механического усилия на заготовку. Это важно при работе с твердыми сплавами, закаленными сталями, тонкими перемычками и деталями сложной формы.

Главное ограничение метода заключается в том, что обрабатываемый материал должен проводить электрический ток.

Лазерная резка применяется для раскроя листового металла. Сфокусированный луч нагревает материал в зоне реза, а вспомогательный газ удаляет продукты плавления.

Метод позволяет получать:

• наружные контуры;
• отверстия;
• фигурные элементы;
• заготовки под гибку;
• детали для сварных конструкций;
• элементы корпусов и ограждений.

Лазерная резка эффективна при серийном раскрое листового металла и изготовлении деталей со сложными контурами. Качество реза зависит от материала, его толщины, мощности оборудования, выбранного газа и режима обработки.

После резки детали могут направляться на гибку, сварку, механическую обработку или нанесение покрытия.

Наличие лазерной резки у подрядчика необходимо уточнять отдельно. Не каждое предприятие механической обработки имеет оборудование для листового раскроя.

При плазменной резке металл разделяется высокотемпературной плазменной дугой. Метод применяют для обработки электропроводящих материалов.

Плазменная технология востребована при работе с листом и заготовками, когда важны:

• высокая производительность;
• возможность резать значительную толщину;
• сравнительно быстрый раскрой;
• изготовление деталей для металлоконструкций.

При работе с толстыми заготовками плазменная резка может быть экономически выгоднее лазерной. Однако требования к точности и качеству кромки необходимо оценивать применительно к конкретной детали.

После плазменной резки иногда требуется зачистка, фрезерование или сверление посадочных элементов.

Выбор между лазерной и плазменной резкой зависит от материала, его толщины, допусков, требований к качеству кромки и стоимости изготовления партии.

Гибка изменяет форму заготовки без отделения значительного объема материала. Чаще всего операция выполняется на листогибочном прессе.

С помощью гибки получают:

• уголки;
• короба;
• кронштейны;
• корпуса;
• панели;
• профили;
• элементы кожухов;
• детали металлоконструкций.

При проектировании учитывают:

• толщину листа;
• марку материала;
• направление проката;
• радиус гиба;
• пружинение;
• минимальное расстояние от отверстия до линии гиба;
• допустимую деформацию поверхности.

Неправильно назначенный радиус может привести к трещинам или несоответствию размеров. Поэтому развертку детали рассчитывают с учетом свойств материала и оборудования.

При штамповке деталь формируют с помощью пресса и специальной оснастки. В зависимости от задачи выполняют вырубку, пробивку, вытяжку, формовку и другие операции.

Штамповка выгодна при серийном и массовом производстве: после изготовления оснастки продолжительность цикла выпуска одной детали существенно сокращается.

Метод подходит для:

• крепежных элементов;
• шайб;
• скоб;
• пластин;
• крышек;
• кузовных компонентов;
• деталей приборов;
• массовых изделий из листа.

Для единичной детали создание штампа часто экономически нецелесообразно. В таком случае заготовку можно изготовить лазерной резкой, гибкой, фрезерованием или комбинацией операций.

Ковка заключается в пластической деформации металла под действием ударов или давления. В зависимости от материала и выбранной технологии заготовку обрабатывают в нагретом или холодном состоянии.

Ковку применяют для изготовления деталей, от которых требуются:

• высокая прочность;
• стойкость к ударным нагрузкам;
• благоприятное направление волокон металла;
• надежность при переменных нагрузках.

Так изготавливают отдельные типы валов, рычагов, заготовок шестерен, инструментов и нагруженных деталей.

После ковки заготовка обычно требует механической обработки. Токарные и фрезерные операции удаляют припуск и формируют точные поверхности.

Ковка формирует структуру и общую форму заготовки, а последующая станочная обработка обеспечивает требуемые размеры и посадки.

Термическая обработка меняет структуру и свойства металла с помощью контролируемого нагрева, выдержки и охлаждения.

К основным операциям относятся:

• отжиг;
• нормализация;
• закалка;
• отпуск;
• улучшение;
• поверхностное упрочнение.

Термообработка может повысить твердость, износостойкость и прочность либо, наоборот, улучшить обрабатываемость и снять внутренние напряжения.

Режим выбирают по марке материала, геометрии и назначению детали. Нельзя назначать закалку только по желанию получить «максимальную прочность». Излишняя твердость может повысить хрупкость и усложнить последующую обработку.

Последовательность операций имеет значение. Часть поверхностей обрабатывают до термообработки с припуском, а окончательные размеры получают после нее шлифованием или другой финишной операцией.

Сварка позволяет соединять металлические детали в неразъемные конструкции. Выбор способа зависит от материала, его толщины, пространственного положения шва и требований к соединению.

Наиболее распространены:

• ручная дуговая сварка;
• полуавтоматическая сварка;
• аргонодуговая сварка;
• контактная сварка;
• другие специализированные способы.

Сварку используют при изготовлении рам, корпусов, емкостей, опор, трубопроводных элементов и металлоконструкций.

При проектировании сварного изделия учитывают:

• доступ к швам;
• деформации от нагрева;
• последовательность сборки;
• необходимость разделки кромок;
• требования к контролю;
• последующую механическую обработку;
• снятие напряжений.

После сварки посадочные поверхности иногда фрезеруют или растачивают, поскольку нагрев может изменить геометрию конструкции.