Современные технологии металлообработки
Традиционное кузнечное ремесло, высокотехнологичная резка лазерным лучом, создание микроскопических деталей — это лишь часть огромного перечня видов металлообработки. От примитивных технологий до сверхточных операций: мастера создают детали для всех видов современной промышленности, транспорта, медицинского оборудования и строительства.
Какие существуют новые и старые технологии:
Термическая обработка
При которой под воздействием высокой температуры меняются характеристики заготовки из металла.
Лазерная резка
Луч не просто повышает температуру металла, происходит его расплавление и испарение.
Плазменная резка
Плазменная резка на высокой скорости и с максимальной точностью позволяет обработать толстые листы стали, резать алюминий эффективно и строго по заданным параметрам.
Сварка
Этот способ соединения металлических элементов изобретён человечеством столетия назад, хотя и применялся в примитивном виде. Сейчас количество методов сварки и разнообразие оборудования позволяет выполнять любые задачи — от монтажа толстостенных труб до подготовки к запуску космического корабля. Для создания надёжного шва на нержавейке и алюминии применяется аргоновая сварка.
Гибка металла
Пожалуй, этот способ не выглядит самым инновационным. Но без него не обойтись ни в автомобильной промышленности, ни при изготовлении металлической мебели. ни в десятках других отраслей.
Вальцовка
Её задачи более узкие: создавать конусообразные и цилиндрические детали для строительства и машиностроения.
Широко используется химический метод и воздействие электротоком высокой интенсивности. Существует множество других, менее распространённых способов обработки металла — например, криогенная резка способна справиться с самыми прочными металлами и толстостенными заготовками. Эта операция выполняется при помощи струи жидкого азота под высоким давлением. Газовая резка ЧПУ обеспечивает высочайшую точность, и при этом работу профессионал может выполнять на высокой скорости.
Можно выделить в отдельную категорию методы механической обработки:
- токарные работы — обточку выполняют с помощью резца, материал которого должен быть твёрже, чем обрабатываемый металл;
- фрезерование — включает очень широкий перечень работ;
- строгание — метод используется для изготовления детали с продольным пазом;
- шлифование — это подготовка поверхности к дальнейшей обработке и нанесению покрытия;
- сверление — оно может быть сквозным и глухим, создаются отверстия различного диаметра.
К услугам металлообработки относится и порошковая покраска. В отличие от жидких лакокрасочных материалов, она обеспечивает максимальную защиту от коррозии, длительный срок эксплуатации и эстетичный вид деталей. Используются и такие способы обработки поверхности металла, как хромирование и никелирование.
В последние годы широко применяется литьё, развиваются аддитивные технологии, 3D-печать — это возможность создавать детали самой сложной конфигурации. При этом обеспечена абсолютная повторяемость, независимо от количества экземпляров. Впрочем, есть и отличие — литьё можно назвать наследником самых древних способов, ещё в глубокой древности в формы разливался раскалённый металл. Сейчас этот процесс быстр, безопасен и обеспечивает высокое качество изделий. Но принцип остался прежним.
А вот 3D-принтеры — изобретение новое, и при этом оно совершенствуется невероятно быстрыми темпами. Компактные модели справляются с печатью деталей из широкого ассортимента материалов:
- титан;
- алюминий;
- никелевые сплавы;
- нержавеющая сталь.
Алюминий и титан именно благодаря 3D-печати стали незаменимыми материалами в аэрокосмической промышленности. Принтеры самых последних моделей освоили работы одновременно с несколькими материалами. Интересно, что и старые, проверенные временем технологии, интегрировались в этот процесс. На многих производствах, особенно когда речь идёт о крупногабаритных изделиях, напечатанные на принтере детали проходят финишную обработку традиционным способом — механическая чистка и шлифовка поверхности.
Сочетание аддитивных технологий и последующего фрезерования позволяет изготовить детали с высочайшей точностью, максимальной повторяемостью, а итоговый прайс получается вполне демократичным. Причина бюджетной цены:
- высокая скорость работы;
- минимизация брака благодаря отсутствию ошибок — исключён человеческий фактор;
- почти нулевое количество отходов — они возникают в процессе производства, но сразу же направляются в дальнейшую обработку.
Но помимо финансовой экономии от современных технологий требуется и максимальная экологическая безопасность. Учитывается сокращение энергопотребления новыми станками и автоматизированными линиями.
Одно из основных достижений зелёных технологий — это биоразлагаемые смазочно-охлаждающие жидкости. При этом часть процессов удалось перевести на сухой алгоритм, при котором СОЖ вообще не требуются — например, при высокоскоростном фрезеровании алюминия.
Расширяется использование новых смазок на водной основе — практически не представляющих угрозы для окружающей среды и при этом беспроблемных в утилизации.
К сожалению, ещё недостаточно развито и новое «зелёное» направление — рекуперация выделяемой в процессе работы энергии. Пример: тепло, которое образуется при охлаждении станка, рекуперативные системы способны направить на обогрев помещений. Экономится электроэнергия, одновременно снижается экологическая нагрузка и затраты предприятия на отопление.
Современные материалы и технологии для металлообработки
Всё чаще на смену обычным станкам приходят роботы — они выполняют разнообразные операции, включая шлифовку и резку, полировку и финишную обработку детали. Последнее поколение такой техники — коботы.
Их отличие от предшественников: они могут работать «в команде» с человеком. Скорость работы возрастает, точность и повторяемость максимальны, а взаимодействие с ними абсолютно безопасно для операторов: предусмотрена мгновенная остановка кобота при малейшем контакте с человеком.
Расширяется и список обрабатываемых металлов. Если традиционно это были алюминий, медь и сталь нескольких сортов, то теперь обработка стала возможна и для «сложных» материалов:
- Титан и его сплавы
Основные достоинства — коррозионная стойкость, большая прочность и одновременно минимальный вес. А сфера применения огромна — от космических ракет до медицинских имплантов. - Композиты
Их основа — углеродное волокно. Лёгкие, прочные детали из этого материала обеспечивают стабильную работу в условиях экстремальных температур. Используются в ракето-, автомобиле-, авиастроении. - Металлические стёкла
Инновационные аморфные металлы, обладающие твёрдостью и прочностью, но при этом очень лёгкие. Также задействованы в космической промышленности и самолётостроении.
Аморфные материалы используются реже остальных, причина — высокая их стоимость. Но при этом чрезвычайно длительный срок эксплуатации, максимальная устойчивость не только к износу, но и к коррозии в итоге делают их более выгодными, чем другие металлы. Из металлического стекла возможно создавать высокоточные изделия, характеристики которых не снижаются и в сложных условиях работы.
Только начинает свою «карьеру» такой способ металлообработки, как волоконный лазер. Он компактнее обычного лазера, но при этом значительно эффективнее. Используется для высокоточной резки и сварки металлов. При этом устойчив к сильной вибрации и высокой температуре.