Ковка: описание процесса, оборудование, этапы

Лекция 8. Этапы разработки технологического процесса ковки. Основные и вспомогательные операции ковки

Этапы разработки технологического процесса ковки включают: составление чертежа поковки; выбор размеров заготовки; назначение операций ковки; выбор оборудования; выбор способа нагрева и назначение температурного интервала ковки; определение вида отделочных операций и их последовательности; оценка технико-экономических показателей процесса.

Основными формоизменяющими операциями ковки являются осадка, протяжка и прошивка. Оборудованием для проведения этих операций являются в основном молоты и прессы.

Осадкой называется технологическая операция, при которой увеличение сечения заготовки, перпендикулярное к действующей силе, происходит за счет уменьшения размера по высоте (рисунок 8.1).

Чтобы избежать потери устойчивости и появления продольного изгиба, осадке подвергают заготовки высотой Н ≤ (2,5–3)D, где D – диаметр исходной заготовки.

При осадке в результате взаимодействия поверхности инструмента и деформируемого металла возникают силы контактного трения, препятствующие радиальному перемещению приконтактных слоев металла, при этом диаметр образца неравномерно увеличивается и образуется «бочка». Осадка с образованием «бочки» приводит или к снижению производительности оборудования в случае, если после осадки применяется обкатка заготовки по боковой поверхности, или к повышенному расходу металла, если обкатку не применять, так как на образование «бочки» потребуется дополнительный объем металла. При недостаточной пластичности металла на боковой поверхности заготовки возможно образование трещин.

Протяжкой называется операция, в результате которой происходит увеличение длины вследствие уменьшения поперечного сечения деформируемой заготовки (рисунок 8.2). Типовой поковкой является поковка «вал».

Протяжку осуществляют путем обжима заготовки при продольной подаче с определенным шагом. Сумма определенного числа нажатий до одной и той же толщины заготовки без ее поворота называется проходом. Если заготовку после прохода повернуть вокруг горизонтальной оси на 90 о (кантовать) и снова осуществить протяжку, то получим второй проход. Два прохода с кантовкой между ними называется переходом.

Чтобы не произошло продольного изгиба во втором проходе после кантовки заготовки на 90 о значение отношения ширины заготовки к ее высоте после прохода (коэффициент перехода) не должен быть более 2,5. Процесс протяжки характеризуется следующими основными параметрами: абсолютной подачей l – длина, на которую подается заготовка за каждое обжатие (шаг подачи); относительной подачей ψ = (lо/Во), где В – ширина заготовки; степенью обжатия εН = [(НН1)/ Н] 100% ; коэффициентом укова y = (F/F1) = (L1/L), где F и F1 – соответственно, площадь поперечного сечения до и после протяжки, а L и L1– длина до и после протяжки. Для поковок типа «кольцо» применяют разновидность протяжки – раскатку.

Прошивкой (рисунок 8.3) называется основная кузнечная операция, посредством которой в заготовке получают отверстие (сквозная прошивка) или углубление (несквозная прошивка).

Различают открытую (рисунок 8.3, а) и закрытую (рисунок 8.3, б) прошивку. При открытой прошивке боковая поверхность заготовки свободна от воздействия инструмента, течение металла не ограничено, поэтому она приобретает бочкообразную форму. При закрытой прошивке формоизменение металла ограничено стенками инструмента, при этом на последней стадии прошивки металл течет в направлении, противоположном направлению перемещению пуансона (прошивня), формируя стенки изделия в зазоре между матрицей и пуансоном (рисунок 8.3, б). Перед открытой прошивкой заготовку необходимо осадить с целью получения необходимой толщины стенок прошиваемого цилиндра, обеспечивающей хорошую боковую поверхность поковки, получения параллельных торцов для лучшей установки прошивня и уменьшения высоты заготовки, чтобы облегчить прошивку. Более длинная поковка после прошивки получается путем протяжки на оправке.

Прошивку осуществляют в следующей последовательности (рисунок 8.4). В месте, где необходимо получить отверстие в заготовке, устанавливают прошивень торцом меньшего диаметра и внедряют его в тело заготовки. Высоту прошивня увеличивают с помощью цилиндрических надставок, диаметр которых меньше диаметра прошивня.

Прошивка на сплошной опоре до получения сквозного отверстия производиться не может, так как резко возрастает усилие, при этом есть опасность подсаки прошивня. Прошивку осуществляют до толщины дна h = d/√6, а затем заготовку кантуют на 180 о , удаляют надставки и другим просечным прошивнем, диаметром несколько меньшим прошивного, установленным широким торцом на заготовку, дают сквозную прошивку с отходом, называемым выдрой (рисунок 8.4, б).

Прошивку полым прошивнем применяют при размерах отверстия, превышающих диаметр, равный 400 мм. Для получения сквозных полостей применяют подкладной инструмент.

Основным показателем, влияющим на формоизменение металла при прошивке и энергосиловые затраты процесса, является отношение диаметра поковки D к диаметру прошивня d. Открытая прошивка применяется при D/d > 2, закрытая при D/d

Основы процесса ковки металла

Что в себя включает технология ковки металла, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки? Об этом далее.

Читайте также:
Хонингование - суть и эффекты, инструменты для хонинговки металла

Ковка металла, наряду с литьем, самая древняя технология по обработке материалов. Причем производить изделия таким способом человечество начало еще задолго до появления железа и стали. Первые кузнецы работали около 5-6 тысяч лет назад. Со временем технология лишь совершенствовалась и дополнялась новыми приемами. Сегодня ни одно производство не обходиться без обработки металла ковкой.

Что в себя включает технология ковки, какое оборудование и приемы используются в самом старом виде металлообработки?

Понятие ковки металла

Говоря простым языком, ковка — обработка металла, нагретого до ковочной температуры. Принцип технологии построен на физических свойствах любого материала, имеющего температуру плавления. Но прежде, чем будет достигнут этот порог, структура вещества станет более мягкой.

Каждый металл имеет свою температуру, при достижении которой он становиться более мягким, а, значит, и более податливым для обработки путем ковки.


Однако, существует также технология металлообработки, когда заготовку не нагревают, а куют холодной. Такой прием позволяет получить не менее прочные изделия, без нагревания заготовка прессуется и изгибается.В таблице указаны пределы температур, при которых тот или иной металл можно ковать.

Виды кузнечной обработки

  • Свободная.
  • Машинная.
  • Штамповка.

Свободная ковка подразумевает то, что заготовки не ограничены никакими формами. Или же материал будет закреплен с одной стороны на наковальне. К этому технологическому приему относиться и ручная ковка металла, когда изделию придают форму, используя кувалду или молоток. Свободная ковка применяется как для производства отдельных продуктов, так и просто для улучшения качества материала.

При проковке поверхности заготовки улучшается свойство металла. Крупные кристаллы материала размельчаются, структура станет более мелкозернистой и однородной. К тому же, при поковке завариваются внутренние раковины, упрочняя тело заготовки.

Машинная ковка — более современный вариант обработки. Такая технология используется в массовой, тяжелой промышленности. При этом используют механизированные молоты (с массой от 40 килограмм до 5 тонн), ковочные машины или прессы. Вес заготовок и конечных поковок порой может достигать нескольких десятков тонн.

Штамповка. Такой технологический прием позволил сделать производство массовым. При изготовлении изделий металл ограничивается штампами и при деформации получает нужную форму.

Штамповка используется в массовом производстве, где важно получить большое количество продукции. Свободная ковка, как правило, используется в мелкосерийном и единичном производстве.

Оборудование и инструменты

При изготовлении кованых изделий ручным способом используют практически те же наборы инструментов и оборудования, которые применяли мастера с зарождения этой технологии. Список следующий.

Кузнечный очаг или горн используется для нагревания материала до нужной температуры. Существует множество различных видов этого оборудования.

  • Стационарные и переносные.
  • Закрытые и открытые очаги.
  • Топливные или электрические.
  • Жидкостные, газо- или твердотопливные.
  • С боковыми соплами подачи воздуха или центральной фурмой.

Наковальни — это массивные металлические столы, где собственно и происходит формирование заготовки. Состоят из основания, рога и наличника с отверстиями для гибки. Существует несколько разновидностей этого кузнечного приспособления, однако обязательно наличие стальной опоры с весом от 30 килограмм.

Клещи в ручной ковке мастер использует для оперирования заготовкой в процессе работы.

Молоты — основной инструмент, использующийся в кузнечном деле, могут иметь различную массу для работы с разными по габаритам заготовками.

Материалы и технология ковки

Кузнечные приемы

Основные кузнечные операции, использующиеся в технологии ковки металла:

  • Осадочные.
  • Высадочные.
  • Протяжные.
  • Обкатки.
  • Раскатки.
  • Прошивки.
  • Разгонки.

Осадочные кузнечные работы подразумевают уменьшение высоты заготовки и увеличение ее поперечной площади сечения.

Высадка, по сути, частичная осадка заготовки. Применяется, когда на поверхности металла нужно сделать некоторые утолщения. Добиваются этого за счет уменьшения длины заготовки.

Обкатка в кузнечном деле подразумевает собой придание заготовке формы цилиндра. В процессе деформации металла заготовка проворачивается вокруг своей оси.

Раскатка — обработка кольцевой заготовки. Когда нужно увеличить ее внутренний и наружный диаметры, металл раскатывают на оправке за счет уменьшения толщины стенок.

Прошивку в кузнечном деле применяют для получения сквозного отверстия за счет использования пробойника.

Разгонка — это операция получения более широкой заготовки. По сути, металл для ковки расплющивают на поверхности наковальни молотом, двигаясь поперек оси изделия.

Существует также множество других приемов, с помощью которых получают требуемые формы изделия.

Особенности кузнечной обработки стали

  • Стальная заготовка должна нагреваться равномерно со всех сторон.
  • Обязательно при ковке стали нужно соблюдать температурные рамки, которые зависят от твердости материала. Легированные инструментальные марки металла нельзя перегревать свыше 1000 градусов, мягкие — более 1300. Недостаточный нагрев также не способствует нормальной кузнечной обработке: во-первых, это затрудняет ковку стали, а во-вторых, в структуре изделия могут образовываться трещины и разрывы.
  • Обязательно перед нагревом заготовки до температуры ковки металл предварительно нужно разогреть до показателя в 300 градусов.
Читайте также:
Деформация металла - физическая природа процесса и его виды

До изобретения сварочных аппаратов кузнечным способом проводили и соединение металлических частей. Это делалось за счет сильного разогрева крепящихся концов заготовки и их последующего сдавливания ударами молота. Кузнечные сварные соединения использовались практически для любого доступного металла: меди, бронзы, серебра и железа.

Несмотря на развитие современных технологий, ковка металла остается одним из основных технологических приемов получения различных изделий. Кузнечным способом изготавливают различную продукцию. Усовершенствование такой обработки привело к массовому производству путем штампования по стандартной форме.

Пример работы в промышленных условиях можно посмотреть в предоставленном видео:

Несмотря на упадок и появление машинной штамповки, кузнечное дело не теряет своей популярности. Особенно пользуются спросом изделия художественной ковки.

А что Вы думаете по поводу материала этой статьи? Если у Вас есть опыт кузнечных работ и изготовления вещей путем ковки поделитесь им в блоке обсуждения к этой статье.

Процесс ковки. Ручная и автоматическая ковка металлических заготовок

Главная страница » Кузнецам » Процесс ковки. Ручная и автоматическая ковка металлических заготовок

Ковка металла представляет собой довольно сложный технологический процесс. Сама сущность процесса ковки металлов заключается в том, что металлическая заготовка деформируется и приобретает необходимую форму под воздействием ручных инструментов или пресса (гидравлического или пневматического молота). При этом улучшается прочность металла, его механические свойства и структура заготовки. В любом случае – и при ручной, и при автоматизированной ковке – совершаются возвратно-поступательные движения ударного инструмента, это может быть или ручной молот, или боек пресса. Все технологические операции, равно, как и сам процесс ковки, разделяются на несколько видов и этапов. Ковка металлов бывает ручная или автоматическая.

Последовательный технологический процесс ковки представляет собой работу молотом (кувалдой) на наковальне и состоит из нескольких последовательных операций(в данной статье операции ковки описаны вкратце, раздел операций ковки тут, или смотрите подробности отдельных операций по ссылкам в статье):

  1. Осадка заготовки. Применяется для того, чтобы увеличить площадь сечения заготовки для продолжения следующих операций над заготовкой. При осадке слитка или прокатной заготовки исходное сечение уменьшается и приобретает требуемый вид для вытяжки заготовки.
  2. Вытяжка применяется для того, чтобы увеличить общую длину слитка, уменьшенную в результате осадки. Удары наносятся вдоль оси заготовки, но чрезмерное удлинение заготовки может привести к неправильному изгибу слитка, что впоследствии придется исправлять. Как разновидность процесса вытяжки можно рассматривать раздачу заготовки и ее расплющивание. Расплющиванием добиваются увеличения общей площади заготовки. Раздача служит для увеличения диаметров пустотелых заготовок. Возможно совмещение этих двух процессов для более эффективного результата в получении требуемой формы заготовки.
  3. Прошивка – операция, при помощи которой в заготовке делаются углубления или отверстия.
  4. Закручивание слитка (заготовки). При закручивании осуществляется поворот одной части заготовки относительно другой.
  5. Рубка заготовки разделяет заготовку на несколько частей. Если заготовка слишком большая, то ее рубят на несколько частей требуемого размера. Также рубкой приводят изделие к окончательной форме, удаляя лишний металл. Как разновидность рубки применяется вырубка металла из заготовки.
  6. Гибка заготовки. В процессе гибки полностью меняется направление оси слитка или прокатной заготовки.
  7. Сварка заготовок. Соединение в одно целое нескольких заготовок, в основном из стали низкоуглеродистого состава. (См. рубрику об обучении сварке)

Автоматическая ковка металла представляет собой те же технологические операции, но с применением прессов и кузнечных молотов (пневматических или гидравлических). На прессе(молоте) также можно производить ковку заготовок любого размера, предпочтительнее больших слитков и заготовок, которые не поддаются ручной ковке. Боек молота может иметь вес от 0,5 кг до 500 кг. В процессе горячей ковки необходимо соблюдать температурный интервал нагрева и подогрева заготовок, сам нагрев осуществляется в горне. Свободная ковка металла подразумевает воздействие на металл во всех направлениях как ручным способом (кувалда), так и при помощи пресса. Проводят технологический процесс свободной ковки для того, чтобы получить единичную заготовку определенной формы, или несколько заготовок, изготовление которых большими партиями не требуется. При свободной ковке предпочтительнее применять ручную ковку, так как она дает большую свободу действия при придании заготовке требуемой формы.

На данный момент ковка металла – один из самых экономичных способов изготовления заготовок из металла для последующей их обработки и придания им законченного вида. Свободная ковка используется чаще при изготовлении единичных заготовок, а в серийном производстве экономически выгоднее применять ковку штампами, или автоматическую ковку.

Читайте также:
Термическая обработка стали: задачи, эффекты, применение

Способы обработки металлов при помощи ковки

Начнем с дефиниций. Ковка – это способ обработки металла с целью его изменить. Это не сварка, хотя металл обрабатывается в основном с помощью высокой температуры.

Ковка – это нагревание металла до его ковочной температуры, чтобы он стал пластичным для придания заготовкам новых форм. У каждого металла свои характеристики, которые включают в себя уровень ковочной температуры.

Алюминий и его сплавы поддаются ковке при температуре 400°С, медь – при 1000°С, а для ковки железа придется подогреть его до 1250°С.

  1. Разновидности обработки
  2. Ковочные операции и инструменты
  3. Физика процесса
  4. Нагрев заготовки
  5. Обжим металлической заготовки
  6. Подготовка
  7. Окончательная отделка

Разновидности обработки

Виды ковки следующие:

  • С помощью молотов пневматического, гидравлического, парового типа;
  • Ручная, при которой воздействие на металл прямое, молотом или кувалдой.
  • Штамповка, в которой деталь во время воздействия на него принимает форму штампа.

Поковка – это продукты, получаемые в результате ковки, в том числе полуфабрикаты.

Свободная ковка – это альтернатива штамповке: деталь деформируется свободно, без помещения ее в форму штампа. Дополнительно этот способ используется для повышения качества и структуры вещества, тогда это называется проковкой.

После проковки сплав значительно меняется в лучшую сторону, он становится прочнее и более мелкозернистым за счет разрушения крупных кристаллов.

Машинная ковка – это деформация сплавов с помощью автоматических молотов или гидравлических прессов, которые падают с колоссальным весом вплоть до 5-ти тонн. Вес поковок после машинной ковки могут достигать 100 тонн и даже больше.

Здесь не обойтись без мощных подъемных кранов и специальных манипуляторов разного калибра. Данный способ обработки – самый экономичный из всех существующих. Если говорить о массовом промышленном производстве, то первое место по популярности у штамповки.

Свободная ковка – удел единичного или мелкосерийного кузнечного производства.

Ковочные операции и инструменты

Таких операций много, это некоторые виды ковки металла, названия говорят сами за себя:

  • осадка;
  • прошивка;
  • протяжка;
  • обкатка;
  • раскатка и пр.

Вот чем должен запастись уважающий себя мастер кузнечного дела перед работой:

  • молот или кувалда;
  • наковальня;
  • горн или печь;
  • ручные и механические молоты небольшого размера;
  • клещи для захвата раскаленных кусков металла
  • «державка» – стержень с лапами для захвата болванки.

Физика процесса

Рассмотрим подробнее обработку при помощи ковки.

Нагрев заготовки

Судьбоносный этап: как нагреете, так процесс ковки пойдет дальше. Берется металлическая заготовка, которую необходимо нагреть. Делается это в горнах или нагревательных печах – это зависит от размера заготовки.

Первым делом разогревают печь, критерий готовности – темно-красный цвет. Следующий этап – размещение заготовки в раскаленной печи. Заготовка обязательно должна быть горячей, в противном случае вы получите трещины во внутренних слоях сплава.

Температура предварительного подогрева будет вполне достаточна на уровне 300°С: проверить можно по появившемуся дыму и легкому зажиганию масла на поверхности детали.

Когда детали или несколько деталей внутри печи, нагрев постепенно нагнетают до необходимого уровня. Зависимость здесь прямая: чем выше температура, тем мягче и пластичнее деталь. Но и перегревать заготовки категорически нельзя.

Чем выше нагрев стали, чем выше риск образования отдельных кристаллов со слабыми связями, что делает сплав после ковки хрупким, с надрывами и трещинами. Такое нежелательное явление называется перегревом стали.

Для ковки не подходит и недостаточная высокая температура. С недогретыми заготовками практически невозможно работать. Да и в этом случае внутри металла происходят надрывы и трещины.

Важно понимать, что для эффективной и качественной ковки важны две вещи в равной степени: правильный уровень температуры и постепенность нагревания.

Обжим металлической заготовки

Это только кажется, что металл – вещество однородное и плотное. На самом деле внутри можно найти различные пустоты и так называемые раковины. Поэтому заготовку, вынутую из печи нужно немедленно уплотнить: от середины к концам бьют по ней молотком.

Действия, производимые молотом, делятся на два этапа: подготовку и окончательную отделку.

Подготовка

Главное в подготовке – «привести в порядок» сплав заготовки: уплотнить его и придать «в черновую» нужную форму и размеры. Этап подготовки тоже подразделяется на виды с точки зрения формы: цилиндры сплошные или пустотелые, плоские вещи, кольца, вытягивание и т.д.

Способ ковки на этом этапе также может различаться, названия у них такие же смешные.

У подготовки сплошных цилиндров свои правила с четкой последовательностью шагов. Она производится на нижнем бойке наковальни. Заготовку бьют молотком, и после каждых нескольких ударов поворачивают по оси ровно на 1/8 оборота.

Читайте также:
Быстрорежущая сталь: описание, свойства, маркировка

В итоге должен образоваться восьмигранник. Его обжимают снова – удары молотком с поворотом на 1/8, после чего формируется уже форма с шестнадцатью гранями. Дальше все проходит по такому же сценарию, чтобы получить цилиндр со значительно уменьшенным диаметром.

Заготовка становится длиннее, металл перемещается по оси. Такая обработка называется вытягиванием.

Во время работы нужно следить за состоянием металла. Если, например, на поверхности обнаружатся трещины, ковку нужно остановить, а трещины вырубить с помощью кузнечного зубила.

Если металлическая деталь для ковки слишком больших размеров, обработку делают в два этапа: сначала обжимают и подготавливают нижнюю часть, затем греют и обрабатывают оставшуюся часть.

Финиш данного этапа –это «отрубка прибыли», которая заключается в удалении верхней «прибыльной» части заготовки из-за содержания в ней пустот.

Для формирования детали в виде кольца кусок заготовки нужно всего ничего: обжать, вытянуть, очистить от окалины, отрубить прибыль и… разрубить на куски. Эти куски хорошенько греем второй раз и занимаемся чудесным делом – формируем из них лепешки.

Отверстия в этих лепешках пробивают с двух сторон, чтобы получились уже реальные кольца. Дальше производится обработка под названием «разводка» в специальной наковальне стойчатого вида.

Одна из самых распространенных форм заготовок – это детали с прямоугольным поперечным сечением. Их ковка проводится по своим правилам. Во-первых, работать нужно на специальных плоских наковальнях. Сначала делают обжим, а затем их сплющивают «наплоско».

Следующий этап – поворот заготовки по оси на 90°С и сплющивание «на ребро». Под ударами и сплющиванием деталь становится длиннее по оси.

Для того, чтобы она не превратилась в тонкую ленту, одновременно производят «раскатку» для расширения размеров, а все образующиеся неровности выглаживаются с помощью молотка. Таким образом куются плиты из брони.

Вариантов заготовок по форме и природе металла огромное количество. Так же много и способов ковки. Нужно уметь выбирать самый оптимальный из них, планировать последовательность операций свободной ковки.

От правильности такого выбора будет зависеть качество ковки и расход ресурсов в виде энергии на неоднократные нагревы и другие расходные материалы.

Окончательная отделка

В результате этапа обработки у заготовки вид совсем нетоварный – это больше похоже на металлический черновик. Она неровная, с грубой поверхностью и не всегда совпадает с нужными размерами. Приведение ее в полный порядок – содержание данного этапа ковки.

Деталь чистят зубилом для удаления трещин и волосовин. Затем проходятся по всей поверхности молотком. Следующий шаг – проверка специальными линейками размеров и неровностей с выправлением любых несоответствий.

Существуют специальные гладилки и штампы для финишной «полировки» металлических поверхностей. Все эти действия по выглаживанию производятся только при остывании деталей, которые находятся на стадии буро-красного каления. Поэтому они называются наклепкой или холодной ковкой.

Следующее состояние металла заготовки – снижение его тягучести и общее отвердевание. Это чрезвычайно ответственный момент, так как на этом этапе существует риск образования трещин из-за малой подвижности металла как такового и нарушения связей между частицами после ковки.

Чем больше размеры произведенной металлической заготовки, тем сложнее проходит процесс остывания с различными проявлениями внутренних натяжений, которые могут вызвать нежелательную деформацию металла. Чтобы избежать таких неприятностей, деталь после ковки зарывают в горячий мусор.

Главное – успеть, пока она еще красного цвета. Такой способ годится при условии, что деталь не бог весть какая большая и сложная. Если же заготовка сложной конструкции, производят дополнительный отжиг – подогрев до уровня температуры примерно в 700°С с последующим медленным остыванием в печи с замазанными щелями.

В последнее время появились и используются все чаще гидравлические прессы, которые выполняют роль классического кузнечного молота. Они называются жомами или пресс-молотами.

С экономической точки зрения пресс-молот намного выгоднее молота: ковка происходит быстрее в несколько раз. Но и к нему нужно относиться с осторожностью, потому что появляется риск образования на поверхности складок или наплывов.

Одним словом, свободная ковка – это искусство компромисса, нужно знать основные операции ковки, чтобы определить способ, форму и вид применяемых инструментов. Для этого нужны опыт и мастерство. Дело того стоит.

Виды механической обработки металла

При выборе способа работы с металлическими конструкциями необходимо опираться на физические и химические свойства сталей, а именно:

  • температура плавления и закалки — для термообработки;
  • твердость и прочность — для резания и точения.

Второй признак классификации происходит в зависимости от того, какая стоит цель перед специалистом. Задачи могут быть многочисленными — распиловка, то есть отделение одного фрагмента от целого, шлифовка, создание фигурной поверхности, штамповка и пр.

Читайте также:
Силумин - что это такое, где используется читать статью онлайн

Основные способы и методы обработки металлов и сплавов

В зависимости от намерений, могут применяться разнообразные технологии, использоваться то или иное оборудование. Перечислим основные подходы к металлообработке:

  • механический — это оказание физического давления прессом или острием инструмента;
  • термический — производится посредством поднятия высокой температуры, применяется для изменения формы или придания дополнительных физических характеристик;
  • художественный — к нему, в первую очередь, относится ковка — придание необходимой конфигурации изделию с целью достижения эстетического эффекта;
  • сварочный — это соединение двух и более элементов посредством электродуговой или инверторной сварки;
  • электрический, в том числе прокалка, то есть пропуск через металл разряда;
  • токарный — придание нужной формы (рис. 2);
  • литье — это отлив из расплавленного материала требуемой детали.

Теперь перейдем к описанию наиболее часто применяемых видов металлообработки.

Электрическая обработка металлов и сплавов

Электрообработка металлических заготовок основана на способности металла разрушаться при подаче высокоинтенсивных электрических разрядов. Этот вид металлообработки применяется для изготовления отверстий в тонких металлических листах, работы с полуфабрикатами из твердых сплавов, заточки инструментов.

Помимо видов металлообработки, служащих для получения необходимых технических характеристик металлоизделий, существует художественная обработка металлических заготовок. Ее цель – создание декоративных предметов или украшение изделий, имеющих практическое применение. Для этой цели применяют литье, чеканку, ковку, сварку.

Фрезерные работы

Фрезеровщики могут на своей аппаратуре производить сразу несколько операций — и наружная обработка, придание формы, и создание отверстий, полостей, поскольку фреза передвигается в нескольких направлениях (рис. 1, 3, 4). Помимо этого, можно наносить фаски, делать резьбу, канавки.

Рисунок 1 — Фрезерование детали

Многообразие процедур и задач настолько высоко, что фрезерный станок один из самых востребованных. Его устанавливают как на производствах, так и в частных мастерских. Отдельно стоит упомянуть оборудование, оснащенное ЧПУ (рис. 5, 6), так как автоматизация позволяет делать высокоточные операции с деталями фактически любой формы.

Рисунок 2 – Обработка заготовки на токарном станке.

Зубонарезные работы

Это процесс обработки металла, входе которого создаются зубчатые колеса, а также другие детали, имеющие зубья. Особенность заключается в том, что требуется сохранять на протяжении всего рабочего участка одинаковый шаг, а также глубину резьбы. Есть специализированные зубофрезерные и зубодолбежные инструменты, которые базируются на копировальном методе, то есть впадины прорезываются обычным фрезерным способом с единичным делением.

Рисунок 3 – Фрезерование детали.

На крупном оборудовании есть специальные червячные резцы, которые расположены так, что они при одном проходе позволяют создать кромки на одинаковом расстоянии. Затем все зубцы шлифуются специализированными дисками, которые отличаются наличием основного количества абразивных веществ на торцах.

Бакелизация как вид термической обработки абразивных деталей

Бакелизация — процесс упрочнения абразивных деталей. Чтобы инструменты приобрели необходимую теплостойкость и плотность, их нагревают до +140 – +250 °С. В ходе термической обработки сырая связка абразивного инструмента преобразуется в готовую.

В ходе нагрева отдельные молекулы сращиваются в более крупные: линейные, сетчатые и трехмерные. А бакелит перераспределяется на зернах абразивного материала, покрываясь равномерным слоем связки. Связка заполняет капиллярные промежутки между зернами и увеличивает прочность и твердость изделия.

Токарные работы

Обработка металла точением — это снятие верхнего слоя с вращающейся стальной заготовки посредством различного режущего инструмента. Основные изделия, с которыми можно работать на таком станке имеют цилиндрическую или конусообразную форму. Помимо срезания стружки, можно производить следующие процедуры:

  • торцевание;
  • снятие фасок;
  • отрезание;
  • обработка галтелей;
  • прорезание канавок.

Важный нюанс при произведении операции — это стружкоотведение. Оно бывает автоматическим на станках с ЧПУ, но чаще производится вручную специалистом.

Рисунок 4 – Фрезерование плоской поверхности.

Сваривание металлических элементов в одну конструкцию — это наиболее часто используемый на данный момент способ достижения прочного соединения. Он заключается в точечном нагреве рабочей зоны с последующим расплавлением материала. Расплавленная сталь вступает во взаимодействие, образуя при застывании крепкую связь.

  • электродуговые аппараты с электродами;
  • полуавтоматы с присадочной проволокой.

В первом случае проводник покрыт специальным неплавким составом, который одновременно поддерживает сварную ванну и способствует правильному наложению шва без влияния кислорода. Во втором случае присадка является дополнительным материалом, который при расплавлении скрепляет заготовки.

Сварщик должен обладать опытом и достаточным объемом знаний, чтобы правильно выбрать электрод, силу тока, скорость движения.

Рисунок 5 – Фрезерование на станке с ЧПУ.

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»

Читайте также:
Дефекты в кристаллах - все виды с подробным описанием

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.

Классический принцип работы с методом сверления используется при работе с токарными станками. С помощью такого оборудования можно делать внутреннюю и наружную резьбу, а также изменять форму заготовки. Для этого используются различные резцы. Чтобы не навредить своему здоровью, требуется использовать защитные очки.

  • Фрезерование. Ещё одним популярным способом обработки металла является фрезерование. Он похож на сверление. С помощью фрезы можно изготавливать различные углубления в металлических поверхностях, создавать резьбу, обрабатывать торцы заготовок. При вращении шпинделя оснастка снимает слой металла.


Фрезерование с помощью ЧПУ

  • 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.

Ручная дуговая сварка

Дополнительные названия — MMA, РД, РДС. Метод придуман еще в 19 веке, но активно используется до настоящего времени с небольшими модификациями. Между проводником и поверхностью стали образуется электродуга с помощью ударов или «чирканья» по детали. В образованной сварной ванне одновременно плавится и заготовка, и электрод.

Способ используется в домашних условиях. Затруднения возникают, когда нужно создать потолочное или вертикальное соединение. Специалисты в таких случаях советуют ускорять процесс работы, чтобы сила тяготения не помешала отличному результату.

Сварка под флюсом

При воздействии на область сваривания воздуха происходит окисление. Это естественный процесс, но он мешает образованию прочного соединения. В электродуговых аппаратах применяют электроды со специальной обсыпкой. Помимо этого, активно применяется технология с подачей инертного газа. Но максимальное качество можно получить только при применении флюса. Это гранулированный порошок, который при нагревании плавится и служит защитой для процессов, происходящих под образованной пленкой. Затем вещество остается в виде шлака, который легко снимается со шва привычным способом, шлифовкой.

Рисунок 6 — Обработка детали на станке.

Выводы

Обработка металла резанием, несмотря на свой недостаток в виде большого количества отходов, продолжает активно использоваться в различных производственных отраслях.

При резании подвергается деформации форма детали без воздействия на структуру материала, режущий инструмент работает лишь с поверхностью изделия. Если прибавить к этому универсальность, высокоточность и другие плюсы, то они, несомненно, перекроют имеющиеся минусы. Поэтому можно с уверенностью заявить, что, несмотря на появление новых технологий обработки металла, обработка резанием сдаст свои позиции еще очень нескоро.

Электрическая обработка изделий из металла

Основная технология выглядит так: на участок подается точечный разряд, который приводит к оплавлению стали. Используемый электрод обычно сделан из латуни, а пространство между ним и поверхностью заполняют маслом, которое имеет отличные проводящие способности. Активно применяется эта методика для работы с металлическими тонкими листами, а также для заточки инструментов.

Подвидом электрообработки можно считать ультразвуковой метод. Волны с высокой частотой по аналогичному принципу разрушают молекулярные соединения, что приводит к образованию отверстий.

Высокая точность позволяет пользоваться технологией для изготовления ювелирных изделий.

Рисунок 7 – Обработка детали на токарном станке.

Рисунок 8 – Фреза.

Способы механической обработки

Несмотря на разнообразие процессов, их суть одинаковая. Берется заготовка с припуском, то есть с «лишними» миллиметрами или сантиметрами. Затем на нее оказывается воздействие посредством более твердого и острого инструмента. Остальные нюансы зависят от подвида — наличие вращения, подача и пр. К ним относят:

  • Точение на токарном оборудовании.
  • Сверление — образование сквозных или глухих отверстий нужного диаметра.
  • Нарезание внутренней и внешней резьбы. Вручную это можно сделать с помощью метчика и плашки.
  • Фрезерование.
  • Строгание — процедура не отличается от классического типа деревообработки, когда резец проходит несколько подходов по поверхности. снимая стружку.
  • Шлифование — важный финишный процесс, придание нужного уровня шероховатости и доведение до идеальных размеров.
Читайте также:
Материалы энергетики: пиротехнические, взрывчатые составы

После перечисленных способов не остается никакого припуска.

Рисунок 9 — Инструменты для обработки металла резанием.

Механическая обработка

Главное значение этой работы получение чертежом формы, размеров и чистоты поверхности детали. В процессе обработки с детали происходит снятие нескольких слоев металла (припуска). В роли заготовок выступают поковки, отливки и пр.

Мехобработка в виде резания – это самый распространенный вид механической обработки металлов при изготовлении деталей. Обработка выполняется в ходе движения рабочего инструмента и детали в ходе, которого происходит снятие с поверхности детали стружки.

Металлорежущее оборудование разделяют на классы, определяемые способом обрабатывания. В производстве изделий эксплуатировать следующие типы станков:

  1. Токарно – винторезные, предназначенные для работ, связанных с обработкой деталей тел вращения (цилиндров, конусов), получения и расточки отверстий, производства резьбы. На таких станках эксплуатируют практически всю номенклатуру, выпускаемого инструмента, например, расточных резцов.
  2. Сверлильные, их используют для получения в изделиях отверстий разного диаметра, обработки краев, нарезания резьбы.
  3. Фрезерные, их используют для обработки поверхностей с целью получения сложных форм и пр.

Кроме вышеназванных типов оборудования используют и такие – строгальные, шлифовальные и многие другие типы.

В наши дни эксплуатируют как ручные, так и полностью автоматические станки, которые работают под управлением числового программного управления. В последнее время выпускается множество оборудования, которое позволяет выполнять и точение тел вращения, и фрезерование за одну установку заготовки.

Основы металлообработки давлением

При данных методах целостность стали не нарушается, но меняется форма. В большинстве случаев необходимо термическое воздействие, чтобы уменьшить прочность и твердость детали.

  • Ковка. Проводится вручную, поэтому очень ресурсозатратна. Однако результат получается индивидуальный, а поэтому дорогостоящий. Нагретый металлический прут специалист отбивает молотком до нужной конфигурации. В современных условиях используется пресс.
  • Штамповка. Часто применяется к тонколистовому металлу. Есть матрица и пуансон. Они имеют зеркальное отражение, но одинаковую форму. Помещенный между ними лист сгибается, приобретая нужные очертания.

Рисунок 10 – Фрезерование.

Высокое давление

Изменяется форма, но не нарушается целостность. Виды обработки давлением:

  • Штамповка;
  • Прокатка;
  • Волочение;
  • Прессование;
  • Ковка.

Перед ковкой обрабатываемый элемент упирают на твердую поверхность и наносят удары молотом, получая необходимую форму. Издавна ковка была ручной. Кузнец нагревал заготовку до нужной температуры на открытом огне, и все дальнейшие действия производил на наковальне, далее остужал ее в воде. Сегодня все работы происходят при помощи кузнечного пресса. Вместо ручных молотов используется специальный пресс.

Волочение заключается в протягивании заготовки через волочильную матрицу, при этом уменьшается поперечное сечение изделия.

Штамповка происходит благодаря матрице и пуансону. Заготовку устанавливают между ними, после чего эти элементы сдвигают. Металл же принимает форму матрицы. Если заготовка имеет большую толщину, ее предварительно разогревают до точки пластичности.

Что нужно знать о художественной ковке?

Согласно технической терминологии, художественная ковка — метод обработки металлов, при котором достижение необходимых форм и размеров производится с помощью деформации. Под этим определением скрывается одна из древнейших технологий, позволившая человеку сделать огромный шаг в истории и не потерявшая своего значения и сегодня. Ковка активно применяется в металлургии и машиностроения.

Роза ручной работы

Описание процесса

Основным признаком художественной ковки металла считается присутствие творческой составляющей в произведенном мастером изделии. Это изделие может быть изготовлено с целью практического применения или иметь только эстетическую ценность. Такая ковка уже давно оформилась как самостоятельный вид кузнечных работ, а к профессии кузнеца добавилась еще одна специализация — художник по металлу.

История появления

История практического применения и обработки металла насчитывает уже несколько тысячелетий. Столько же тысячелетий насчитывает и история изготовления художественных элементов, о чем свидетельствуют древнейшие археологические находки. Примитивные наконечники для копий и мотыг хранят признаки творческой обработки. Раньше ковка имела в основном практическую направленность, но среди кузнецов всегда находились мастера, умеющие совместить практичность с художественностью. Примером служат образцы оружия и доспехов, конской сбруи, домашней утвари.

Началом становления этого искусства как самостоятельного ремесла можно считать эпоху Возрождения и связанный с ней расцвет искусств и науки. Средневековые дворцы и храмы в стиле ренессанс или барокко содержат в своем убранстве кованые элементы, отражающие духовные, геральдические или просто эстетические запросы владельцев.

Инструменты

Многие века стандартный набор оборудования и инструментов кузнеца не изменялся. Горн с углями, меха для их раздувания, молот и наковальня, клещи и бочка с водой являлись основными инструментами кузнеца. Развитие средневекового производства привнесло в этот набор элементы механизации, а промышленная революция превратила кузнечное дело в отрасль, направленную на массовое производство продукции.

Читайте также:
Технические жидкости: определение, классификация, применение, преимущества

Молот и наковальня

Это направление получило в свое распоряжение целый ряд специального оборудования для художественной ковки — станков и приспособлений, облегчивших труд кузнеца и позволяющих выполнять сложные изделия.

Классический угольный горн по-прежнему остается в кузнечном арсенале, но на помощь ему пришли еще и муфельные печи, индукционные нагреватели. Многие кузнечные станки сохранили свои исторические названия, соответствующие их назначению — гнутики, улитки, волны, твистеры и торсионы — но получили мощный электрический привод или превратились в универсальные многофункциональные станки.

Виды кузнечных работ

Технология кузнечных работ включает в себя несколько видов операций, различающихся применяемым инструментом, режимами выполнения и целью. Эти операции в полной мере применяются и в технике художественной ковки, а изготовление какого-либо изделия может включать любой их набор и последовательность. Основным признаком для классификации является температура обработки — горячая и холодная ковка. Остальные критерии также могут относить операцию к различным видам и подвидам.

Горячая ковка

При горячей ковке изделие подвергается предварительному и при необходимости сопутствующему нагреву для повышения мягкости и пластичности. Существуют два вида горячей ковки металла:

  1. Свободная или ручная ковка, при которой обрабатываемое изделие свободно размещается на наковальне, а необходимые форма и размер обеспечиваются ударами ручного или механического молота. К этому виду относится и кузнечная сварка — соединение разогретых до температуры плавления деталей с использованием кузнечного инструмента.
  2. Штамповка, при которой заготовка помещается в штамп с внутренней полостью, по форме и размерам соответствующими готовому изделию. В процессе ковки заготовка деформируется и заполняет пустую область штампа.

Горячая ковка (Фото: pixabay.com)

Холодная ковка

При холодной ковке изделие подвергается обработке без предварительного нагрева. Чтобы деформировать холодный металл, нужно приложить много усилий, поэтому этот метод применяется для обработки заготовок небольшого сечения. При холодной ковке используются разнообразные станки, в том числе для холодной штамповки.

Основные приемы

Для каждого из видов ковки металлов и сплавов существуют свои технологии и приемы обработки. Ковка декоративных элементов использует в своем арсенале практически все основные приемы кузнечного мастерства, с помощью которых в металле можно выразить любой творческий замысел.

Высадка

Целью операции является уменьшение длины заготовки с одновременным увеличением поперечного сечения. При горячей ручной ковке нагретую деталь ставят вертикально на наковальню и отбивают молотом по верхнему концу. Нагревая отдельные места и удерживая деталь щипцами, на ней можно выполнить утолщенные узлы, изгибы, объемные или плоские элементы задуманного украшения.

Протяжка

Протяжка представляет собой операцию, противоположную высадке, и применяется для удлинения заготовки. Направление удара при протяжке — поперек оси детали с ее проворотом или продвижением по длине.

В зависимости от формы заготовки (плоской, круглой, пустотелой, кольцевой) и применяемой оснастки техника протяжки включает в себя множество приемов. Отдельные приемы протяжки могут называться своими терминами — разгонка, расплющивание или раскатка.

Кузнец работает

Округление

Операция применяется при горячих методах ковки и заключается в закруглении граней профильных заготовок. Первоначально углы заготовки расковывают, доводя ее до восьмигранного сечения. Окончательное округление выполняют с помощью специальных обжимок или вырезных молотков.

Продевание

Продевание проводится двумя способами — сборкой по принципу цепных звеньев или прошивкой отверстия в одном из элементов. В этом случае для операции используют зубила нужной формы и размера.

Оформление уступов

Уступы различной формы выполняют как с декоративной, так и с технологической целью, чтобы закрепить детали между собой. Выполняют уступы, используя острые ребра наковальни или специальную подкладную оснастку.

Гибка

Гибка — распространенная технология, активно применяющаяся в художественной ковке. Для гибки разработаны специальные станки и приспособления, позволяющие мастерам работать по собственным шаблонам.

Кованые элементы и детали своими руками

Сегодня существуют цеха или мастерские, предлагающие художественные изделия собственного производства. Спрос на эту продукцию стабилен, несмотря на завышенную стоимость кованых изделий.

При желании и определенном опыте работы с металлом многое из ассортимента профессионалов можно выполнить и своими руками. Вовсе не обязательно вооружаться горном и кувалдой или приобретать специальный станок. Даже для изготовления сложных элементов или изделий достаточно верстака, тисков, сварочного аппарата и молотка. Материалом для самодеятельного творчества послужит круглый пруток, профильная труба с небольшим сечением, неширокая полоса стали или листовой металл.

Гибка металла (Фото: pixabay.com)

Мебель

В качестве мебели для самостоятельного изготовления можно рассмотреть садовые или дачные столики и стулья, декоративные полочки на стены. Кованые элементы могут украсить интерьер кухни, спальни, прихожей или садовую беседку, а намеченные для отправки в утиль старую табуретку или торшер можно укрепить коваными полосками и представить в качестве антиквариата.

Читайте также:
Резина материал - классификация, эксплуатационные характеристики

Беседка

Беседка — заветная мечта дачников и владельцев собственного участка, необязательно должна быть деревянной или кирпичной. Можно сделать и металлическую конструкцию из профиля. Ее несложно превратить в легкую и изящную композицию с помощью собственноручно изготовленных кованых деталей — витой из стального круга ажурной арки на входе, завитушек по периметру беседки или замысловатой подвески для светильника.

Ворота

Кованые ворота и входная калитка, пожалуй, самые востребованные на сегодня изделия из ассортимента художественной ковки, в которых практичность сочетается с художественным вкусом. Между тем многие владельцы частных домов из экономических соображений обходятся приобретенной или самостоятельно изготовленной из стандартного металлопроката и металлопрофиля входной группой.

Любую металлоконструкцию можно перевести в разряд нестандартных или сделать такой изначально с помощью простейших самостоятельно изготовленных кованых элементов. В качестве заготовки используются уже упомянутые стальные прутки, профили или полосы. Из них можно выполнить различные витые узоры и вензеля, листья и бутоны, строгие или произвольные геометрические фигуры.

Характеристика конструкционных материалов: виды, свойства

Мир разнообразных конструкций — промышленных, строительных, бытовых — разнообразен и многогранен, но он немыслим без материалов, из которых эти конструкции создаются. Конструкционные материалы содержат небольшое количество неизбежных примесей, образовавшихся естественным путём, причём основная часть примесей присутствует там намеренно.

Что такое конструкционные материалы?

Они отвечают трём требованиям – имеют определённую структуру и уровень свойств, а также пригодны для изготовления каких-либо изделий. Вещества, имеющие жидкую или пастообразную консистенцию, в эту группу не входят.

Большинство материалов для конструкций производятся искусственным способом из специально обработанных или подготовленных составляющих. Некоторые материалы являются веществами природного происхождения, основные свойства которых при обычной обработке не изменяются.

Разновидности конструкционных материалов

Основные конструкционные материалы подразделяют на металлические и неметаллические. Первая группа включает в себя чёрные (сталь, чугун) и цветные металлы и сплавы. Вторая более разнообразна: туда входят:

  • механические композиты (бетон, цемент);
  • древесина;
  • природный камень;
  • пластмассы, которые могут существовать в виде изомеров – атомов, соединённых между собой разными видами химических связей.

К отдельной группе относят химические композиты, в структуре которых одновременно присутствуют атомы металлов и неметаллов. Достижения современного материаловедения ежегодно приводят к созданию принципиально новых типов конструкционных материалов. Свойства композитов зависят от устойчивости соединения нескольких природных или искусственных веществ, которые получены в определённых условиях. Каждый из конструкционных материалов имеет определённые свойства, соответственно которым устанавливаются области его рационального применения.

Из чёрных металлов и сплавов главнейшее значение имеет сталь и её сплав с графитом – чугун. В качестве цветных металлов наибольшее распространение получили алюминий, медь, никель, титан и их сплавы. Они востребованы практически во всех отраслях промышленного производства, аграрном деле, строительстве, связи.

Типовым представителем механических композитов считается бетон, состоящий из смеси цемента, таких заполнителей, как песок, гравий или щебень, а также воды. Параметры бетона зависят от соотношений, используемых при расчете смеси. Поэтому поставщики бетона обычно предоставляют свойства материала и результаты испытаний для каждого конкретного случая.

Древесина считается конструкционным материалом, если потребительские свойства позволяют использовать её для производства компактной, долговечной продукции. Например, деревья-кустарники, хотя и имеют структуру древесины, могут использоваться только в качестве сырья для лесохимической или целлюлозно-бумажной промышленности.

Природные камни – граниты, базальт, кварц, представляют собой вещества магматического происхождения, образовавшиеся много тысячелетий тому назад вследствие извержения пород из недр Земли с их последующим застыванием. Возможна механическая (резание, шлифовка) или термохимическая (литьё) обработка природного камня.

Пластмассы – обширный класс искусственных веществ, которые создаются в результате контролируемого прохождения химических реакций. Номенклатура применяемых пластиков обширна и ежегодно пополняется новыми представителями.

Рассмотрим классификацию конструкционных материалов более подробно.

Металлические

Включают материалы, полученные переработкой руд чёрных и цветных металлов. Самородные структуры – золото, железо, свинец – в первичном виде не используются, поскольку не обладают теми потребительскими характеристиками, которые необходимы для долговечного применения.

Ведущее место среди металлов принадлежит стали – сплаву железа с не более чем 2% углерода. Особенностями стали являются:

  • достаточно широкий диапазон марок;
  • возможность видоизменять характеристики под воздействием температуры;
  • доступность добычи исходного сырья;
  • способность к вторичной переработке.

Большинство металлических материалов может проявлять интерметаллидные свойства, образуя новые многокомпонентные соединения.

Поскольку все виды конструкционных материалов тверды, прочны и сохраняют свою форму при повышенных температурах (исключение составляют только олово и свинец, которые используются в качестве припоев), то основные области их применения – строительство, промышленность, средства связи, медицина.

Читайте также:
Защитные материалы: классификация, свойства, применение, изготовление

Неметаллические

Получаются как природным, так и искусственным способом. Например, образование изделий из камня – это производство, основанное на переработке естественных заготовок. Остальные виды – керамика, дерево, пластик – получены в результате процессов с искусственно полученными веществами (например, с цементом для бетона), либо с природными компонентами (в частности, для изготовления керамики используют глину).

Процессы, которые необходимы для получения неметаллов:

  • Добыча исходного сырья – руды, древесины, химических соединений, используемых для производства пластических масс и т.д.
  • Подготовка сырья к переработке. Для неорганических ископаемых сюда входят технологии обогащения, для органических (древесина, пластик) – различные механо-термические превращения.
  • Получение продукции и её отделка, например, окраска, нанесение декоративных или технологических покрытий.

    Конечные показатели материалов органического происхождения могут сильно отличаться от свойств исходного сырья, в то время как продукты из неорганических компонентов в целом сохраняют свои эксплуатационные показатели.

    Композиционные

    Композиты образуются только искусственными способами, для чего применяются механические (измельчение, дробление, резка), химические, термические и комбинированные операции.

    В число последних входят:

    • нагрев;
    • уплотнение;
    • охлаждение;
    • растворение.

    Нагрев и охлаждение используются для облегчения последующего формоизменения, уплотнение (прессование) – для преобразования заготовок в конечную продукцию, растворение – для ускорения обработки компонентов.

    Для получения продукции, основой которой являются высокомолекулярные органические вещества, используют управляемые химические реакции, а для создания композитных конструкционных материалов с особыми свойствами — методы с применением высоких энергий. В результате направленного энергетического воздействия, например, лазерного луча или плазмы, исходная структура веществ необратимо изменяется. В результате образуется продукция, свойства которой в природном виде воспроизвести невозможно. Это направление материаловедения за последние годы развивается наиболее интенсивно, поскольку техника и потребности современного общества требуют материалов, которые обладали бы сочетанием нескольких противоречивых характеристик: например, высокой прочностью при малом весе.

    Свойства конструкционных материалов

    Их подразделяют на три группы – механические, физические и эксплуатационные.

    Физические свойства конструкционных материалов — это параметры, которые можно измерить. Механические свойства считаются показателем поведения материала при различных условиях его нагружения. Эксплуатационные свойства определяют потребительскую ценность материала, например, долговечность и износостойкость.

    Обычно все виды свойств рассматривают совместно.

    Механические свойства

    Определяются химическим составом и внутренней структурой материала, например размером зерна или направлением волокон. На уровень этих свойств влияют условия обработки, особенно, если обработка сопровождается перестройкой внутренней структуры. Уровень механических свойств зависит от условий применения.

    Многие механические свойства взаимозависимы: высокие характеристики в одной категории могут сочетаться с более низкими характеристиками в другой. Например, более высокая прочность может быть достигнута за счет более низкой пластичности. Таким образом, верное понимание среды, в которой работает изделие, приводит к выбору оптимального материала.

    Основные механические свойства:

    • предельное сопротивление внешним нагрузкам – растяжению, сжатию, изгибу, сдвигу;
    • деформируемость без потери целостности;
    • упругость;
    • удельная вязкость разрушения.

    Физические свойства

    Наряду с механическими определяют способность материала удовлетворять производственным требованиям, однако в большинстве случаев мало изменяются от условий внешней обработки.

    Основные физические свойства:

    • плотность;
    • электропроводность;
    • теплопроводность/теплоёмкость (иногда сюда же вносят температуропроводность);
    • температуры перехода в различное структурное состояние;
    • коэффициенты объёмного расширения.

    Физические свойства могут измеряться непосредственно. Для каждого вида материала разработаны стандартные методики оценки, поэтому результат определяют узкие диапазоны значений. Выбор происходит обычно уже по заданным значениям физических параметров.

    Технологические свойства

    Используются для определения способности материала к обработке. Включают в себя пластичность и жёсткость, причём численные нормируемые параметры здесь отсутствуют. Технологические свойства конкретизируются для определённых условий обработки и устанавливаются исключительно по результатам испытаний на специализированном лабораторном оборудовании.

    Эксплуатационные свойства

    Необходимы для оценки долговечности/износотойкости изделия, которое изготовлено из данного конструкционного материала. Износостойкость — это мера способности материала противостоять контактному трению, которое может принимать различные формы:

    • адгезию (сцепление;
    • истирание;
    • царапание, долбление;
    • температурный износ.

    Управление фактическими эксплуатационными показателями входит в число обязательных этапов конструирования детали или узла.

    Химические свойства

    Более значимы для материалов, состав которых может изменяться под влиянием внешних условий. К таким свойствам относят:

    • стойкость против коррозии (для металлов);
    • химическая стабильность (для пластика;
    • инертность при воздействии внешних агрессивных сред.

    Стабильность химических свойств имеет решающее значение при выборе типа композитов.

  • Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: