Obróbka metali: sposoby, narzędzia, techniki

Obróbka metali jest zbiorem technik prowadzących do zmiany ich kształtu, właściwości chemicznych czy fizycznych w celu praktycznego wykorzystania. W dzisiejszym artykule przedstawiamy przegląd najbardziej popularnych metod i podpowiadamy, jakich narzędzi użyć do pracy.

Czego dotyczy obróbka metali?

Początki obróbki metali sięgają czasów prehistorycznych (neolitu), kiedy to ludzie ręcznie kuli znalezione samorodki (złota, srebra). Wykorzystywano je głównie jako ozdoby. Następnie wynaleziono sposoby wytopu miedzi z rud. Powstanie bardziej złożonej metalurgii datuje się od uzyskania brązu (stopu miedzi z cyną). Wtedy to powszechnie zaczęto używać różnych metali do produkcji broni oraz produktów codziennego użytku.

Przez tysiąclecia technologia bardzo się rozwinęła. Obecnie istnieje mnóstwo sposobów umożliwiających precyzyjną obróbkę metali tak, aby mogły one jak najlepiej służyć człowiekowi.

Typy obróbki metali

Do głównych typów obróbki metali należą: obróbka skrawaniem prowadząca do „wykrojenia” z bloku metalu interesującego nas kształtu (toczenie i frezowanie), obróbka plastyczna polegająca na odkształcaniu elementów oraz obróbka cieplna. Warto doliczyć do nich także wszelkiego rodzaju sposoby mające na celu połączenie ze sobą metalowych detali oraz różne procesy stosowane do metalowych powierzchni, które mają za zadanie wydłużyć ich trwałość: zabezpieczyć je przed korozją czy ochronić przed działaniem kwasów, wysokiej temperatury itp.

WARSZTAT RABATY DO

60% ZOBACZ WIĘCEJ

Poniżej przedstawiamy najpopularniejsze metody oraz techniki obróbki metali, które są obecnie szeroko stosowane zarówno w przemyśle, jak i rzemiośle. Wybór odpowiedniej zależy od efektu, jaki zamierzamy osiągnąć.

Frezowanie

Do podtypów obróbki metali skrawaniem należy frezowanie. Ruch obrotowy wykonywany jest przez wieloostrzowe narzędzie, tzw. frez, a ruch posuwowy przez narzędzie lub przedmiot obrabiany. Technika ta dzieli się w zależności od położenia ostrza na czołowe i obwodowe, a ze względu na umiejscowienie przedmiotu – na przeciwbieżne oraz współbieżne.

Różne rodzaje frezów wykorzystywane są głównie do wyrobu narzędzi i części mechanicznych (kół zębatych, śrub), a także do wykonywania ozdobnych profili, żłobienia rowków itp.

Toczenie

Kolejnym rodzajem obróbki skrawaniem jest toczenie metali. Proces polega na wydzielaniu za pomocą ostrza kolejnych warstw z materiału najczęściej wprawionego w ruch obrotowy. Ze względu na położenie noża tokarskiego względem bryły wyróżnia się toczenie zewnętrzne oraz wewnętrzne (wytaczanie).

Tokarki znajdują wielorakie zastosowanie, np. przy wyrobie części mechanicznych (do samochodów oraz różnego rodzaju maszyn), przedmiotów domowego użytku, akcesoriów sportowych itp. Maszyny te dzielimy na kłowe (najprostsze), tarczowe, karuzelowe oraz rewolwerowe (najbardziej skomplikowane).

Szlifowanie

Jest to powszechnie spotykana metoda obróbki metalu. Polega na wykańczaniu powierzchni detali za pomocą narzędzi ściernych w celu nadaniu im wygładzonej formy. Do pracy może być użyta szlifierka tarczowa, osełka, taśma ścierna itp. Stosuje się szlifowanie otworów w metalu, wałków i płaszczyzn.

Obróbka plastyczna

Obróbka plastyczna odnosi się do sposobów obróbki metali za pomocą wywieranego na dany materiał nacisku. Ma oczywiście na celu zmianę kształtu, wymiarów itp. Jednocześnie uzyskuje się zmianę struktury, a przez to właściwości mechanicznych. Do typów obróbki plastycznej metali zaliczamy między innymi: walcowanie, kucie, wyciskanie, ciągnienie i tłoczenie. Ze względu na temperaturę wyróżniana jest:

obróbka plastyczna na ciepło: powyżej tzw. warunków rekrystalizacji dla danego metalu,

obróbka plastyczna na zimno: poniżej warunków rekrystalizacji.

Obróbka plastyczna na zimno pozwala uzyskać przedmioty o ulepszonej twardości i wytrzymałości. Są jednocześnie dużo bardziej kruche od tych obrabianych na ciepło.

Obróbka cieplna

Obróbka termiczna metali polega na zastosowaniu procesu lub połączenia szeregu zabiegów, dzięki którym zmieniona zostaje struktura stopu. Tym samym można uzyskać produkt o zmienionych własnościach fizycznych, chemicznych czy mechanicznych. Obróbka cieplna jest stosowana powszechnie do przedmiotów stalowych. Wyróżniamy:

Hartowanie: polega na nagrzaniu materiału do określonej temperatury, wytrzymaniu przez określony czas, a następnie szybkim schłodzeniu.

Wyżarzanie: podobne do hartowania, z tym, że metal studzi się powoli.

Odpuszczanie: nagrzewa się wcześniej zahartowany materiał (od ok. 150 do 650°C), trzyma przez pewien czas, a następnie schładza.

Przesycanie: proces podobny do hartowania, stosowany do stali nierdzewnych i kwasoodpornych.

Ulepszanie cieplne: dość skomplikowany proces technologiczny łączący hartowanie z odpuszczaniem, przeprowadzany zwykle w temp. ok. 500°C.

Stabilizowanie: odmiana wyżarzania w stosunkowo niskiej temperaturze (100-150°C), która ma zastosowanie do usuwania naprężeń odlewniczych.

Nasiarczanie

Metodą cieplno-chemiczną pozwalającą poprawić właściwości ślizgowe metali jest nasiarczanie. Z tego powodu stosuje się je do łożysk, tulei cylindrów, różnego rodzaju wałów i wałków (też rozrządu) oraz kół zębatych. Jednocześnie uzyskuje się podwyższoną odporność na korozję. Tym samym bardzo wzrasta żywotność narzędzi poddanych tego typu obróbce – nawet o 300-400%.

Aby wzbogacić metalowe powierzchnie w siarkę, stosuje się ciekły lub gazowy siarkowodór, ewentualnie tiosiarczan sodu z dodatkiem rodanku potasowego i sodowego. W zależności od wykorzystywanej technologii proces odbywa się w temperaturze od 200 do maks. 900°C.

Nakrzemowywanie

Sposobem umożliwiającym zwiększenie odporności na wysoką temperaturę oraz podwyższającym kwasoodporność jest nakrzemowywanie. Odbywa się ono poprzez wygrzewanie metalowych elementów w sproszkowanym żelazokrzemie lub środowisku gazowym nasyconym związkami krzemu i chloru. Temperatura potrzebna do pomyślnego przebiegu reakcji wynosi ok. 1000°C. Nakrzemowywanie zalicza się do obróbki cieplno-chemicznej metali.

Spawanie

Spawanie polega na łączeniu metali za pomocą miejscowego stopienia i zestalenia. Obecnie istnieje bardzo wiele różnych metod spawania opartych na rozmaitych procesach chemicznych i fizycznych. Do najpopularniejszych należą metody spawania elektrycznego: spawanie elektrodami otulonymi (mma);

spawanie nietopliwą elektrodą (tig);

spawanie elektrodą topliwą (mig/mag i fcaw);

spawanie łukiem krytym;

spawanie plazmowe.

Oprócz nich stosuje się także bardzo nowoczesne techniki polegające na spawaniu za pomocą laserów, wiązek elektronowych czy elektrogazowych. Istnieją też metody spawania, w których źródłem ciepła jest wystąpienie miejscowej reakcji chemicznej. Należy do nich używane do łączenia szyn kolejowych tzw. spawanie termitowe, gdzie spaleniu ulega mieszanka tlenku żelaza i aluminium.

Akcesoriami przydatnymi podczas spawania są wszelkiego rodzaju narzędzia traserskie, butle z gazem (spawanie typu TIG, MIG/MAG), przyłbice chroniące oczy oraz odzież zabezpieczająca przed iskrami i wysoką temperaturą.

Malowanie proszkowe

Bardzo skutecznym sposobem malowania metalowych powierzchni jest malowanie proszkowe. Proces opiera się na użyciu naelektryzowanych cząstek farby proszkowej o wielkości 20-100 mikrometrów. Zespolenie opiera się na działaniu sił elektrostatycznych. Technika ta ma wiele zalet, m.in. doskonale zabezpiecza malowany materiał przed korozją, nie wykorzystuje się do niej szkodliwych rozpuszczalników oraz jest bardzo korzystna ekonomicznie.

Malowania proszkowego używa się obecnie powszechnie w każdej branży. Nie może się obejść bez niego motoryzacja, ceni się je też przy produkcji mebli, różnego rodzaju maszyn (rolnicze, przemysłowe) i urządzeń AGD.

Malowanie na mokro

Kolejną szeroko stosowaną do powlekania farbą elementów metalowych techniką jest malowanie na mokro. Polega na nakładaniu naładowanej elektrostatycznie farby z użyciem rozpuszczalnika, wody lub chemoutwardzacza. Stosuje się bardzo różne farby, np. olejne, winylowe, epoksydowe czy ftalowe.

Zaletą tej techniki jest przede wszystkim bardzo atrakcyjny wygląd powłoki oraz szeroka paleta dostępnych kolorów. Odznacza się ona także dość długą żywotnością i zabezpiecza metalowe powierzchnie przed rdzewieniem.

Cynkowanie ogniowe

Doskonałym sposobem ochrony stalowych przedmiotów przed korozją jest tzw. cynkowanie ogniowe. Metoda polega na zanurzeniu wstępnie oczyszczonych elementów w kąpieli cynkowej, czyli roztopionym cynku o temperaturze ok. 450°C. Sam proces trwa najczęściej bardzo krótko – do kliku minut.

Dzięki zastosowaniu cynkowania uzyskuje się także zwiększoną wytrzymałość elementów na uszkodzenia mechaniczne. Technika ta jest stosunkowo niedroga oraz przyjazna dla środowiska. Stosuje się ją przy produkcji blach i kształtowników wykorzystywanych w budownictwie, elementów karoserii samochodowych, zbiorników, silosów itp. przedmiotów, które podczas eksploatacji wystawione są na działanie niekorzystnych czynników środowiskowych.

Rekomendowane narzędzia do obróbki metali

Wybór odpowiednich narzędzi do obróbki metalu zależy od bardzo wielu czynników. Inne używane są w hutach, inne w galwanizerniach czy zakładach produkujących części samochodowe. Zwykle jednak będą to skomplikowane urządzenia umożliwiające bardzo wydajną obróbkę cieplną i cieplno-chemiczną, a także obróbkę mechaniczną metali. Do przemysłowych sprzętów należą m.in.:

piece hutnicze,

tygle,

wanny galwaniczne,

maszyny typu cnc (tokarki, frezarki, wykrawarki, spawarki),

lasery,

młoty i walcarki.

Natomiast w warsztatach oraz użytku prywatnym z powodzeniem wykorzystywane są elektronarzędzia, które bazują głównie na ręcznej obróbce metali na zimno, np.:

zaginarki,

spęczarko-rozciągarki,

żłobiarki,

wycinarki,

koła angielskie,

otwornice.

Do łączenia metali stosuje się zaś ręczne spawarki (MIG/MAG, MMA, TIG), a także nitownice. Do cięcia zaś wykorzystywane są z powodzeniem przecinarki plazmowe, szlifierki kątowe, piły tarczowe czy ukośnice. Mogą być one stosowane do blach z praktycznie wszystkich metali.

Warto zaznaczyć, że za najlepszą metodę umożliwiającą – sprawiające często problem w warunkach domowych – cięcie aluminium uznaje się zastosowanie wyrzynarki. Natomiast w przemyśle używa się do tego skoncentrowanego strumienia wody.

Jak obrabiać metal – podsumowanie

Bez umiejętności obróbki metali cywilizacja, jaką obecnie znamy, nie mogłaby istnieć. Metalowe elementy wykorzystywane są przez ludzkość powszechnie z racji dużej plastyczności, możliwości dowolnego formowania, a także wytrzymałości i odporności na czynniki zewnętrzne. Jedną z kluczowych zalet jest też zdolność przewodzenia prądu elektrycznego, co miało znaczenie w powstaniu i rozwoju elektroniki.

Z powyższych powodów znamy obecnie bardzo wiele metod obróbki metali. Z jednymi spotykamy się na co dzień, zastanawiając się np. jaki klucz pneumatyczny czy szlifierkę do warsztatu wybrać, inne mają zastosowanie w zakładach bazujących na skomplikowanych procesach technologicznych (np. spawanie wiązkami elektronowymi czy obróbka laserowa metali).

Obróbka metali - definicje

Obróbka metali, ogół procesów technologicznych mających na celu zmianę kształtów, wymiarów lub właściwości fizycznych i chemicznych metali. Rozróżnia się obróbkę metali: mechaniczną skrawaniem, plastyczną, cieplną, chemiczną oraz cieplno-chemiczną.

Obróbka skrawaniem, nadawanie obrabianym przedmiotom żądanych kształtów, wymiarów oraz jakości powierzchni przez częściowe usuwanie ich materiału narzędziami skrawającymi. Skrawanie to: toczenie, frezowanie, struganie i szlifowanie.

Toczenie , najbardziej rozpowszechniony sposób obróbki skrawaniem, polegający na tym, że przedmiot obrabiany wykonuje ruch obrotowy, a narzędzie (nóż tokarski) - ruch liniowy. Podstawowymi odmianami toczenia są: wzdłużne (kierunek ruchu noża jest równoległy do osi obrotu obrabianego przedmiotu) - zewnętrzne (tzw. obtaczanie) lub wewnętrzne (tzw. wytaczanie), poprzeczne, tzw. planowanie (kierunek ruchu noża jest prostopadły do osi obrotu przedmiotu), kopiowe (wg wzornika sterującego ruchem posuwowym noża w zasadzie po dowolnej linii) oraz obwiedniowe. Toczenie przeprowadza się na tokarkach.

, najbardziej rozpowszechniony sposób obróbki skrawaniem, polegający na tym, że przedmiot obrabiany wykonuje ruch obrotowy, a narzędzie (nóż tokarski) - ruch liniowy. Podstawowymi odmianami toczenia są: wzdłużne (kierunek ruchu noża jest równoległy do osi obrotu obrabianego przedmiotu) - zewnętrzne (tzw. obtaczanie) lub wewnętrzne (tzw. wytaczanie), poprzeczne, tzw. planowanie (kierunek ruchu noża jest prostopadły do osi obrotu przedmiotu), kopiowe (wg wzornika sterującego ruchem posuwowym noża w zasadzie po dowolnej linii) oraz obwiedniowe. Toczenie przeprowadza się na tokarkach. Frezowanie , rodzaj obróbki skrawaniem przedmiotów z metalu, drewna, tworzyw sztucznych lub innych materiałów skrawalnych za pomocą wieloostrzowego narzędzia (frezu) na obrabiarce zwanej frezarką. Podczas frezowania ruch obrotowy wykonuje narzędzie, zaś ruch posuwowy przedmiot obrabiany (niekiedy również narzędzie). W zależności od położenia osi obrotu freza względem obrabianej powierzchni rozróżnia się frezowanie obwodowe i czołowe. W zależności od kierunku ruchu posuwowego w stosunku do ruchu roboczego rozróżnia się frezowanie współbieżne i przeciwbieżne. Szczególnymi odmianami frezowania jest: kopiowe, gwintów, obwiedniowe itp.

, rodzaj obróbki skrawaniem przedmiotów z metalu, drewna, tworzyw sztucznych lub innych materiałów skrawalnych za pomocą wieloostrzowego narzędzia (frezu) na obrabiarce zwanej frezarką. Podczas frezowania ruch obrotowy wykonuje narzędzie, zaś ruch posuwowy przedmiot obrabiany (niekiedy również narzędzie). W zależności od położenia osi obrotu freza względem obrabianej powierzchni rozróżnia się frezowanie obwodowe i czołowe. W zależności od kierunku ruchu posuwowego w stosunku do ruchu roboczego rozróżnia się frezowanie współbieżne i przeciwbieżne. Szczególnymi odmianami frezowania jest: kopiowe, gwintów, obwiedniowe itp. Szlifowanie, obróbka ścierna, sposób obróbki skrawaniem, w którym narzędziem skrawającym jest ściernica, osełka lub taśma ścierna. Szlifowanie stosuje się do obróbki stalowych przedmiotów hartowanych (np. narzędzi skrawających), do zdzierania niewielkiej ilości materiału z przedmiotów walcowanych, kutych lub odlewanych oraz do obróbki wykańczającej przedmiotów metalowych.

Obróbka plastyczna, obróbka, przy której kształtowanie lub podzielenie materiału, zmianę własności fizykochemicznych, struktury i gładkości powierzchni osiąga się przez odkształcenie plastyczne.

Rozróżnia się obróbkę plastyczną na zimno (odkształcenie plastyczne osiągane jest w temperaturze niższej od temperatury rekrystalizacji) oraz obróbkę plastyczną na gorąco (odkształcenie plastyczne osiągane jest w temperaturze wyższej od temperatury rekrystalizacji).

Podstawowe obróbki plastyczne to: kucie, walcowanie, tłoczenie, ciągnienie.

Kucie , obróbka plastyczna metali na gorąco lub na zimno, wykonywana ręcznie lub mechanicznie (na młotach, prasach i kuźniarkach), podczas której nadaje się przedmiotom kształt przez zgniatanie ich uderzeniem lub naciskiem. Niekiedy kucie stosuje się w celu polepszenia właściwości mechanicznych materiału przez nadanie mu odpowiedniej struktury. Rozróżnia się kucie swobodne (ręczne lub maszynowe), bez ograniczania przemieszczania się materiału w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku zgniatania, stosowane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, oraz kucie matrycowe (matrycowanie), kształtowanie jednocześnie całej powierzchni wyrobu w matrycach (matryca kuźnicza), stosowane w produkcji wielkoseryjnej.

, obróbka plastyczna metali na gorąco lub na zimno, wykonywana ręcznie lub mechanicznie (na młotach, prasach i kuźniarkach), podczas której nadaje się przedmiotom kształt przez zgniatanie ich uderzeniem lub naciskiem. Niekiedy kucie stosuje się w celu polepszenia właściwości mechanicznych materiału przez nadanie mu odpowiedniej struktury. Rozróżnia się kucie swobodne (ręczne lub maszynowe), bez ograniczania przemieszczania się materiału w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku zgniatania, stosowane w produkcji jednostkowej i małoseryjnej, oraz kucie matrycowe (matrycowanie), kształtowanie jednocześnie całej powierzchni wyrobu w matrycach (matryca kuźnicza), stosowane w produkcji wielkoseryjnej. Tłoczenie , obróbka plastyczna na zimno lub na gorąco, obejmująca procesy cięcia i kształtowania blach i taśm metalowych oraz niemetalowych folii i płyt. Wymagany kształt w procesie tłoczenia uzyskuje się przez cięcie, tj. oddzielenie zbędnych części od reszty materiału wyjściowego (do cięcia zalicza się odcinanie, wycinanie, dziurkowanie, przecinanie, okrawanie, nacinanie i rozcinanie) lub plastyczne kształtowanie materiału wyjściowego bez naruszenia jego spójności (np. przez: wyginanie, zawijanie, skręcanie, profilowanie, wygniatanie, przetłaczanie, obciąganie, wywijanie, obciskanie). Tłoczenie przeprowadza się najczęściej na prasach.

, obróbka plastyczna na zimno lub na gorąco, obejmująca procesy cięcia i kształtowania blach i taśm metalowych oraz niemetalowych folii i płyt. Wymagany kształt w procesie tłoczenia uzyskuje się przez cięcie, tj. oddzielenie zbędnych części od reszty materiału wyjściowego (do cięcia zalicza się odcinanie, wycinanie, dziurkowanie, przecinanie, okrawanie, nacinanie i rozcinanie) lub plastyczne kształtowanie materiału wyjściowego bez naruszenia jego spójności (np. przez: wyginanie, zawijanie, skręcanie, profilowanie, wygniatanie, przetłaczanie, obciąganie, wywijanie, obciskanie). Tłoczenie przeprowadza się najczęściej na prasach. Ciągnienie , rodzaj obróbki plastycznej, na zimno lub na gorąco, polegającej na systematycznym zmniejszaniu przekroju poprzecznego ciągnionego materiału (drutu, pręta, rury) przy jednoczesnym jego wydłużaniu. Cięcie, obróbka materiału, podczas której poprzez tłoczenie, kucie itp. naruszona zostaje jego spójność (następuje zmiana kształtu) bez wytworzenia wiórów.

, rodzaj obróbki plastycznej, na zimno lub na gorąco, polegającej na systematycznym zmniejszaniu przekroju poprzecznego ciągnionego materiału (drutu, pręta, rury) przy jednoczesnym jego wydłużaniu. Cięcie, obróbka materiału, podczas której poprzez tłoczenie, kucie itp. naruszona zostaje jego spójność (następuje zmiana kształtu) bez wytworzenia wiórów. Gięcie, obróbka materiału (metalu, drewna, tworzywa sztucznego), której celem jest trwała zmiana krzywizny materiału bez zmiany jego wymiarów poprzecznych.

Gięcie drewna poprzedzone jest obróbką hydrotermiczną (Obróbka drewna), która powoduje zmiękczenie drewna i zwiększenie jego podatności do odkształceń (utrwalanych przez wysuszenie).

Gięcie metalu wykonywane jest na zimno lub po wcześniejszym jego nagrzaniu. Rozróżnia się gięcie metalu: kuźnicze (ręczne lub maszynowe, swobodne lub w wykrojach) i tłocznicze (np. wyginanie, zaginanie, zwijanie, profilowanie).

Obróbka cieplna, obróbka termiczna, zabieg lub połączenie zabiegów cieplnych, w wyniku których zmienia się w stanie stałym struktura stopów, a tym samym ich własności chemiczne, fizyczne i mechaniczne.

Obróbka cieplna stosowana jest do różnych metali, jednak najczęściej do stali, jako do metalu najbardziej podatnego na tego rodzaju obróbkę. Do obróbki cieplnej zalicza się m.in.: wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, ulepszanie cieplne, przesycanie, stabilizowanie.

Nakrzemowywanie , krzemowanie dyfuzyjne, obróbka cieplno-chemiczna polegająca na nasycaniu powierzchniowej warstwy przedmiotów stalowych krzemem poprzez wygrzewanie ich w temperaturze 950-1200°C w ośrodku stałym (zawierającym sproszkowany żelazokrzem) lub gazowym (zawierającym związki krzemu z chlorem). Nakrzemowywanie przeprowadza się w celu zwiększenia żaroodporności (odporności na utlenianie w wysokich temperaturach) oraz odporności na działanie kwasów.

, krzemowanie dyfuzyjne, obróbka cieplno-chemiczna polegająca na nasycaniu powierzchniowej warstwy przedmiotów stalowych krzemem poprzez wygrzewanie ich w temperaturze 950-1200°C w ośrodku stałym (zawierającym sproszkowany żelazokrzem) lub gazowym (zawierającym związki krzemu z chlorem). Nakrzemowywanie przeprowadza się w celu zwiększenia żaroodporności (odporności na utlenianie w wysokich temperaturach) oraz odporności na działanie kwasów. Nasiarczanie, siarkowanie, obróbka cieplno-chemiczna polegająca na wzbogacaniu powierzchniowej warstwy przedmiotu w siarkę. Nasiarczanie przeprowadza się w środowisku ciekłym lub gazowym, w którym aktywnym czynnikiem jest siarkowodór. W temperaturze 200-900°C siarkowodór rozkłada się na wodór i siarkę reagującą z żelazem.

Nasiarczanie stosuje się w celu poprawienia właściwości ślizgowych trących się po sobie powierzchni, zwiększenia wytrzymałości zmęczeniowej i uodpornienia powierzchni na korozję. Nasiarczkowanie stosowane jest do tulei cylindrów, łożysk tocznych, wałków rozrządu, kół zębatych itp.

Strefainzyniera.pl

Obróbka maszynowa (mechaniczna) – ogólna nazwa obróbki, przy której następuje zmiana wymiarów zewnętrznych obrabianego elementu lub materiału poprzez oddzielanie fragmentów lub wywieranie nacisku mechanicznego. Obróbka maszynowa jest często przeprowadzana w połączeniu z innymi rodzajami

obróbki, np. podwyższoną temperaturą (obróbka termiczna) lub w obecności czynników chemicznych (obróbka chemiczna).

Istnieją następujące rodzaje obróbki mechanicznej:

cięcie – rozdzielanie elementu na części,

gięcie – zmiana kształtu elementu,

skrawanie – usuwanie zbędnych fragmentów, frezowanie, szlifowanie, toczenie, wiercenie,

tłoczenie – zmiana kształtu,

walcowanie i prasowanie – zmiana grubości i gęstości materiału,

cięcie plazmowe,

kucie.

Rodzaje obróbki

Cięcie

Cięcie to operacja rozdzielania materiału. Zaliczana jest do jednego z procesów obróbki plastycznej, polegającego na oddzielaniu jednej części materiału od drugiej. Cięcie stosowane jest najczęściej w obróbce materiałów, która polega na wytworzeniu takiego stanu naprężenia w żądanym miejscu, aby nastąpiło w nim pęknięcie obrabianego przedmiotu.

Przy doborze metody cięcia należy uwzględnić:

rodzaj materiału,

grubość,

wymaganą jakość i dokładność cięcia,

szybkość cięcia (czas),

obróbkę na gotowo,

cenę urządzenia i koszty procesu.

Odmiany cięcia

Skrawające – zwane przecinaniem, wykonywane piłami uzębionymi (tarczowymi i taśmowymi) lub nieuzębionymi. Stosowane najczęściej przez producentów wyrobów i półwyrobów hutniczych do ciecia bloków, wlewków, rur, prętów i kształtowników.

Plastyczne – w którym dokonuje się podziału metalu z naruszeniem jego spójności bez powstającego ubytku (wiórów, produktów spalania lub stopienia).

Dzieli się na:

wycinanie,

odcinanie,

rozcinanie,

dziurowanie,

okrawanie,

nacinanie.

Wykonuje się je za pomocą krawędzi tnących narzędzia na prasach lub nożycach (gilotynowych, krążkowych lub dźwigniowych).

Kuźnicze – operacja kucia, mająca na celu rozdzielenie kutego materiału na części, wykonywana jest przecinakami i zbijakami.

Termiczne tlenem – spalanie podgrzanego płomieniem gazowym metalu w strumieniu czystego tlenu, który z dużą prędkością utlenia i nadtapia cięty metal na całej jego grubości i wyrzuca ze szczeliny cięcia produkty reakcji utleniania i ciekły metal. Do przeprowadzenia procesu niezbędne jest podgrzewanie obszaru cięcia do odpowiedniej temperatury za pomocą gazu palnego (najczęściej acetylenu, również propanu, propylenu, gazu ziemnego i propadienu metyloacetylenu). Metodę cięcia tlenem stosuje się głównie do cięcia przedmiotów ze stali konstrukcyjnych węglowych i nisko stopowych o grubości od 3 do 200 mm.

Łukowe – polegające na wytapianiu lub wypalaniu szczeliny cięcia ciepłem łuku elektrycznego, swobodnie jarzącego się pomiędzy elektrodą a ciętym materiałem.

Strumieniem wodnym – odbywa się na zimno i polega na wykorzystaniu skoncentrowanej energii silnie sprężonego (ponad 400 MPa) strumienia wody przepuszczanego przez dyszę o bardzo małej średnicy, przez co uzyskuje się prędkość strumienia nawet trzykrotnie przewyższającą prędkość dźwięku. Usuwanie materiału ze szczeliny cięcia odbywa się w wyniku procesu erozji i zmęczenia ścinającego. Dla wspomagania procesu, w przypadku twardych materiałów, do strumienia wody wprowadza się pod wysokim ciśnieniem proszek ścierny (cięcie abrazywne). Wodą można ciąć praktycznie wszystkie materiały z wyjątkiem diamentu. W czasie procesu materiał nie jest nagrzewany, nie ma zatem zmian struktury, miejscowych zahartowań, naprężeń wewnętrznych oraz mikropęknięć.

Cięcie plazmowe – proces cięcia metali (stali, stopów aluminium, stopów miedzi itp.) przy zastosowaniu łuku plazmowego. Cięcie plazmowe prowadzone jest w sposób zmechanizowany lub ręczny. Procesy cięcia zmechanizowanego dotyczą głównie cięcia przy zastosowaniu przecinarek CNC lub robotów przemysłowych. Źródłem ciepła topiącym metal jest łuk plazmowy jarzący się między elektrodą a materiałem obrabianym.

Gięcie

Gięcie to rodzaj technologii obróbki materiałów (najczęściej metalowych) polegający na trwałej zmianie krzywizn przedmiotu obrabianego. Jeżeli w wyniku tej obróbki

otrzymuje się przedmiot zakrzywiony, to mówimy o wyginaniu. Jeżeli gięcie powoduje wyprostowanie obrabianego materiału, to mówi się o prostowaniu. Odmianą wyginania jest zwijanie. Gięcie może przebiegać:

na prasach za pomocą tłoczników,

na prasach krawędziowych,

jako owijanie na wzorniku (szablonie),

na walcach,

jako kształtowanie taśm krążkami.

Obróbka skrawaniem

Obróbka skrawaniem to rodzaj obróbki ubytkowej polegający na zdejmowaniu (ścinaniu) małych części obrabianego materiału zwanych wiórami.

a) Toczenie – rodzaj obróbki skrawaniem stosowany najczęściej do obrabiania powierzchni zewnętrznych i wewnętrznych przedmiotów w kształcie brył obrotowych.

Istnieje możliwość uzyskiwania metodą toczenia również innych kształtów niż obrotowe. Podczas toczenia ruch główny wykonuje najczęściej obracający się przedmiot, natomiast ruchem pomocniczym jest ruch płaski narzędzia. Obróbkę powierzchni zewnętrznych i większości wewnętrznych wykonuje się na

tokarkach.

Odmiany obróbki toczeniem

W zależności od wzajemnych ruchów narzędzia i obrabianego przedmiotu rozróżnia się toczenie wzdłużne i poprzeczne. Toczone mogą być zasadniczo powierzchnie obrotowe – zarówno zewnętrzne (przy toczeniu zewnętrznym), jak wewnętrzne (przy toczeniu wewnętrznym). Mogą to być powierzchnie o tworzącej prostoliniowej (walcowe lub stożkowe) lub krzywoliniowej (kuliste, jajowate itp.). Toczeniem poprzecznym można obrabiać również płaszczyzny. Toczone mogą być również gwinty i ślimaki.

b) Frezowanie – rodzaj obróbki skrawaniem, w której ruch obrotowy wykonuje narzędzie, a posuwowy (w zależności od konstrukcji obrabiarki, na której jest

prowadzona obróbka) wykonywany jest również przez narzędzie lub przez przedmiot obrabiany. Cechą charakterystyczną procesu frezowania jest nierównoczesna praca ostrzy narzędzia. Krawędzie skrawające freza nigdy nie pracują wszystkie równocześnie, lecz kolejno jedna po drugiej. Obrabiarka, na której wykonuje się

frezowanie nazywa się frezarką. Frezowanie to najbardziej elastyczna, dostępna metoda obróbki, umożliwiająca wykonanie niemal każdego kształtu. Wysoka elastyczność pociąga za sobą skomplikowanie i utrudnia optymalizację procesu (większa liczba zmiennych).

Frezowanie dzielimy na:

czołowe,

walcowo-czołowe,

frezowanie rowków wpustowych,

frezowanie kształtowe.

Wraz z rozwojem obrabiarek i oprogramowania pojawiły się nowe metody, takie jak:

frezowanie toczne,

frezowanie gwintów,

frezowanie z interpolacją śrubową,

frezowanie trochoidalne itp.

c) Szlifowanie – jest to obróbka wykończeniowa powierzchni za pomocą narzędzi ściernych, w wyniku której uzyskuje się duże dokładności wymiarowe i kształtowe oraz małą chropowatość. Szlifowanie można wykonywać na otworach, wałkach i płaszczyznach. Maszyny do tego typu obróbki nazywane są szlifierkami, a narzędzia

skrawające to ściernice. Materiałem, z którego wykonane są ściernice najczęściej jest korund, diament, węglik krzemu lub węglik boru. Ze względu na małe wymiary ziarn ściernych ściernicy, grubość warstwy skrawanej jest zwykle niewielka. Ściernica o kształcie tarczy obracającej się dokoła swej osi wykonuje ruch roboczy. Szybkość tego ruchu wynosi zazwyczaj 30÷50 m/s; jest więc znacznie większa od szybkości skrawania innymi metodami.

Oprócz ruchu roboczego ściernica wykonuje również posuw wgłębny, równy grubości warstwy skrawanej. Posuw ten wykonuje tarcza po całkowitym usunięciu warstwy poprzedniej. Wartość tego posuwu jest zależna od rodzaju szlifowania od kilku milimetrów do 0,005÷0,01 mm.

d) Wiercenie, powiercanie, pogłębianie, rozwiercanie to odmiany kształtowania otworów. We wszystkich tych odmianach ruch główny, obrotowy oraz ruch posuwowy wykonuje narzędzie (poza obróbką na tokarkach, gdzie ruch główny wykonuje przedmiot obrabiany, a ruch posuwowy narzędzie). Operacje kształtowania otworów głównie wykonuje się na wiertarkach i frezarkach oraz na tokarkach, gdy otwór wykonywany jest w osi obrotu przedmiotu obrabianego.

Wiertarka jest obrabiarką mało dokładną i z tego powodu wiercone otwory wykazują znaczne rozbicie (tj. powiększenie otworu do średnicy większej od średnicy wiertła). Wielkość rozbicia jest tym większa, im większe jest bicie wrzeciona, im większa jest średnica wiertła oraz im miększy jest obrabiany materiał. Dlatego otwory, od których wymagamy dużej dokładności są rozwiercane zgrubnie i wykańczające.

Honowanie

Honowanie (obciąganie, gładzenie dogładzanie długoskokowe) to metoda obróbki wygładzającej, stosowana do wykańczania bardzo dokładnych otworów oraz

zewnętrznych powierzchni obrotowych walcowych lub stożkowych niektórych powierzchni kształtowych (np. uzębień) oraz płaszczyzn. Honowanie umożliwia

uzyskanie dużej dokładności wymiarowej.

Wynik honowania zależy od:

materiału pilników ściernych,

kąta przecięcia śladów,

rodzaju cieczy chłodząco-smarującej,

nacisku powierzchniowego.

Narzędzie wykonuje ruch obrotowy i posuwisto-zwrotny. W przypadku bardzo długich skoków głowicy, honownice buduje się w układzie poziomym. Podczas gładzenia głowica połączona z wrzecionem obrabiarki wykonuje ruch obrotowy oraz posuwistozwrotny. Skojarzenie tych ruchów powoduje, że każde ziarno pilnika zakreśla linię śrubową. Prędkość obrotowa głowicy nie powinna być wielokrotnością podwójnych suwów głowicy – mamy wtedy pewność, że każde ziarno pilnika nie trafi na te same tory obróbki.

Narzędziem stosowanym do gładzenia otworów jest gładzik (rys. 1.4.), czyli głowica wyposażona na obwodzie w trzy do dwunastu pilników ściernych. Składa się ono

z korpusu będącego zarówno częścią chwytową do połączenia z wrzecionem obrabiarki, jak i oprawą dla osełek, zestawu osełek stanowiących część roboczą oraz urządzeń do regulacji narzędzia.

Rys. 1.4 Głowica z zamocowanymi osełkami ściernymi zwana gładzikiem.

Źródło:

Struganie metalu

Struganie metalu to obróbka skrawaniem stosowana głównie do obróbki powierzchni płaskich. Ruch skrawający może wykonywać narzędzie (struganie poprzeczne

stosowane przy małych obrabianych powierzchni) lub obrabiany przedmiot (struganie wzdłużne stosowane przy dużych długościach obrabianych powierzchni). Struganie metalu wykonuje się na obrabiarkach zwanych strugarkami. Ze względu na kierunek ruchu roboczego rozróżnia się trzy rodzaje procesów strugania.

Są to:

struganie poprzeczne,

struganie wzdłużne,

struganie pionowe, czyli dłutowanie.

Struganie poprzeczne i wzdłużne odbywa się na maszynach zwanych strugarkami, a struganie pionowe – na dłutownicach. Podczas strugania poprzecznego nóż wykonuje ruch roboczy, a przedmiot przesuwa się skokowo w kierunku poprzecznym do tego ruchu. Podczas strugania wzdłużnego przedmiot przesuwa się ruchem roboczym, a nóż strugarki wykonuje ruch posuwowy w kierunku poprzecznym do ruchu roboczego. Podczas strugania pionowego, czyli dłutowania, narzędzie wykonuje ruch roboczy w kierunku pionowym, a ruch posuwowy wykonuje przedmiot umieszczony na stole dłutownicy.

Tłoczenie

Tłoczenie to szereg różnorodnych procesów obróbki plastycznej realizowanych głównie na zimno i stosowanych do rozdzielania, kształtowania i łączenia materiałów w postaci blach, folii i płyt (metalowych lub niemetalowych). Tłoczenie przeprowadza się za pomocą przyrządów zwanych tłocznikami, przeważnie na prasach mechanicznych lub hydraulicznych. Ponieważ jeden z wymiarów (grubość) półwyrobu jest istotnie mniejszy od dwóch pozostałych – stan naprężenia (poza pewnymi wyjątkami) można uważać za płaski. Procesy tłoczenia, podczas których nie dochodzi do rozdzielania materiału stanowią oddzielną grupę (tzw. tłoczenie – kształtowanie). Szczegółową klasyfikację i nazwy poszczególnych procesów tłoczenia rozróżnia przede wszystkim występujący stan naprężenia.

Walcowanie

Walcowanie to rodzaj obróbki plastycznej metali wykonywany na walcarkach. Walcowanie polega na kształtowaniu materiału między obracającymi się walcami,

tarczami, rolkami lub przemieszczającymi się względem siebie narzędziami płaskimi. Sposoby walcowania ze względu na ruch walców:

wzdłużne,

poprzeczne,

poprzeczno-klinowe,

pielgrzymowe,

kuźnicze,

skośne.

Sposoby walcowania według układu klatek roboczych:

jednoliniowe,

wieloliniowe,

ciągłe,

półciągłe,

mijane,

szachownicowe.

Walcowanie wzdłużne jest podstawową metodą kształtowania wyrobów hutniczych, takich jak pręty, kształtowniki, blachy itp. Pozostałymi metodami walcowania można również kształtować rury oraz wyroby osiowo-symetryczne. Inny podział – ze względu na temperaturę walcowanego materiału:

walcowanie na zimno,

walcowanie na gorąco.

Kucie

Kucie to proces technologiczny, rodzaj obróbki plastycznej, polegający na odkształcaniu materiału za pomocą uderzeń lub nacisku narzędzi. Narzędzia, czyli matryce lub bijaki umieszczane są na częściach ruchomych narzędzi. Proces ten również może być realizowany w specjalnych przyrządach kuźniczych. W procesie tym nadaje się kutemu materiałowi odpowiedni kształt, strukturę i własności mechaniczne. Materiałem wsadowym jest przedkuwka, natomiast produktem jest odkuwka.

Ze względu na swobodę płynięcia kształtowanego materiału rozróżniamy:

kucie swobodne,

kucie półswobodne,

kucie matrycowe, w którym kształt odkuwki jest odwzorowaniem kształtu wykroju roboczego matrycy.

Ze względu na zastosowaną maszynę:

ręczne – "kowalskie" (jest to odrębna technologia),

na młotach – młotowanie,

na prasach – prasowanie,

na kuźniarkach,

na kowarkach.

Rodzaje operacji wykonywanych podczas kucia:

spęczanie – zgniatanie w jednym kierunku,

wydłużanie – w jednym lub w dwóch kierunkach, zmiana objętości postaciowej,

wgłębianie,

przebijanie,

gięcie – zmiana kierunku osi przedmiotu,

skręcanie – zmiana przez obrót,

cięcie,

rozkuwanie – powiększanie otworu w odkuwce.

Warunki realizacji procesu kucia (zależnie od temperatury procesu):

kucie na gorąco – najczęściej spotykana technologia,

kucie na zimno – tylko te metale, dla których granica plastyczności jest mała (np. aluminium),

kucie na półgorąco.

Maszyny i urządzenia wykorzystywane w kuciu:

piece,

nagrzewnice,

indukcyjne,

oporowe,

okrojniki (głównie do usunięcia wypływki).

Opracowano na podstawie materiałów KOWEZIU.