Способы обработки металла:
виды и классификация

Что называют способом обработки металла

Способ обработки металла - это принцип, по которому меняют форму, размер или свойства заготовки. Металл можно резать, гнуть, плавить, нагревать, соединять или менять его поверхность химически и электрически. Каждый принцип воздействия и называют способом: резание, обработка давлением, литьё, сварка, термическая и химико-термическая обработка, электрофизические и электрохимические методы, а также отдельная группа поверхностной и финишной обработки.

Способ обработки не стоит путать с технологией: технология - это конкретный маршрут для одной детали, где обычно сочетаются два-три способа из разных групп. Про построение маршрута - отдельная статья основы технологии металлообработки, а здесь разбираем именно классификацию способов.

Деление на группы удобно тем, что внутри группы способы решают похожую задачу на похожем оборудовании: резание снимает слой в стружку, давление меняет форму без удаления металла, литьё формирует деталь из расплава, термообработка не трогает форму и меняет только структуру. Эта логика и лежит в основе классификации ниже.

Обработка резанием: точение, фрезерование, сверление, шлифовка

Резание - самая универсальная группа способов и самая частая в заказах единичных деталей. Инструмент снимает слой металла в стружку, пока не останется нужная форма и размер. Виды резания различаются тем, как двигаются деталь и инструмент.

• Точение. Заготовка вращается, резец подаётся вдоль и поперёк: валы, втулки, фланцы, резьбовые соединения.
• Фрезерование. Вращается инструмент, заготовка закреплена: пазы, плоскости, сложный контур, посадочные окна.
• Сверление, зенкерование, развёртывание. Получение и доводка отверстий разного класса точности.
• Шлифование. Абразивный круг доводит размер до узкого допуска и заданной шероховатости.
• Строгание и протягивание. Реже в единичном производстве, протяжка делает шпоночные пазы и шлицы за один проход.

Резание хорошо там, где нужна точность и сложная форма на единичной детали или малой партии и не требует дорогой оснастки. На очень крупной серии простых деталей оно проигрывает по себестоимости литью или штамповке. Про шпоночные соединения и шлицы - страница шпоночные пазы и шлицы, про расточные операции - расточные работы.

Обработка давлением: штамповка, ковка, гибка, вытяжка

В этой группе металл не срезают, а деформируют: форма меняется, а объём остаётся практически тем же. Способ применим к металлам, сохраняющим пластичность в рабочем диапазоне температур.

Штамповка листового металла экономична на серии от нескольких сотен штук, потому что основные затраты приходятся на изготовление штампа, а сама операция быстрая. На единичной детали и малой партии штамп не окупается, и ту же форму дешевле получить гибкой на прессе или резанием. Про листовые детали в единичном и мелкосерийном исполнении смотрите страницу детали из листового металла.

Отдельно стоит горячая штамповка бурового инструмента и осевой оснастки, где заготовку доводят до нужной формы под большими усилиями с последующей механической доводкой посадочных мест, подробнее на странице буровая оснастка.

Литьё металлов: способы и когда оно выгоднее резания

Литьё формирует деталь заливкой расплава в форму, повторяющую контур изделия и внутренние полости. Способы литья отличаются материалом формы и тем, разовая она или многоразовая.

• Литьё в песчаные формы. Форма разовая, разрушается при извлечении отливки, подходит для единичных партий и крупных деталей.
• Литьё по выплавляемым моделям. Модель из воска обрастает керамической оболочкой, затем выплавляется, даёт сложный контур без разъёма формы.
• Литьё в кокиль. Металлическая многоразовая форма, годится на серию, качество поверхности выше, чем у песчаной формы.
• Литьё под давлением. Расплав подаётся под усилием, применяется на серии тонкостенных деталей из алюминиевых и цинковых сплавов.

Литьё выгоднее резания там, где нужна сложная внутренняя полость, которую дорого получить фрезерованием, либо где партия достаточно велика, чтобы окупить форму. На единичной детали литьё почти всегда дороже: форма или модель делается заново. Посадочные места на отливке всё равно доводят резанием, подробнее на странице литьё металла и в материале какие виды обработки сейчас востребованы.

Сварка и наплавка как способ соединения и восстановления

Сварка стоит особняком: это не способ получить деталь с нуля, а способ соединить готовые части или восстановить изношенный металл локальным расплавлением. Разновидностей сварки много, они различаются источником тепла и защитой сварочной ванны от воздуха.

Наплавка близка к сварке технологически, но её цель не соединить детали, а нарастить слой металла на изношенную поверхность, чаще твёрдым сплавом. Про наплавку и восстановление валов - страницы ремонт и восстановление валов и ремонт коленчатых валов, а режимы и дефекты шва разобраны в статье сварка аргоном: технология и режимы.

Термическая обработка: закалка, отпуск, отжиг, нормализация

Термическая обработка не меняет форму детали, она меняет структуру металла нагревом и охлаждением по заданному режиму. Для стали это управление количеством и формой структурных составляющих, от которых зависят твёрдость, прочность и вязкость.

• Закалка. Нагрев выше критической температуры и быстрое охлаждение, максимальная твёрдость и хрупкость.
• Отпуск. Идёт после закалки, снимает хрупкость, твёрдость немного снижается ради вязкости.
• Отжиг. Медленное охлаждение после нагрева, снимает напряжения, снижает твёрдость перед резанием.
• Нормализация. Похожа на отжиг, но охлаждение на воздухе, структура получается мельче.
• Закалка ТВЧ. Нагрев токами высокой частоты только поверхностного слоя, сердцевина остаётся вязкой.

В цехе своя термообработка и ТВЧ, подробности и марки сталей уточняем при расчёте под чертёж, страница услуги - детали с термообработкой.

Химико-термическая обработка: цементация, азотирование

Химико-термическая обработка это тоже нагрев, но вместе с диффузией постороннего элемента в поверхностный слой металла. Итог - твёрдый и износостойкий поверхностный слой при вязкой сердцевине, причём твёрдость достигается без сплошной закалки всей детали.

• Цементация. Насыщение поверхности углеродом с закалкой. Для деталей твёрдых снаружи и вязких внутри: шестерни, пальцы, оси.
• Азотирование. Насыщение поверхности азотом без закалки, высокая стойкость к задирам, деталь почти не коробит.
• Цианирование и нитроцементация. Совмещённое насыщение углеродом и азотом для сокращения цикла обработки.

Разница с обычной закалкой в том, что меняется не только структура, но и химический состав поверхностного слоя. Это дороже объёмной закалки, поэтому применяют там, где нужна твёрдая поверхность при вязкой сердцевине, например на осях и пальцах, страница изготовление осей и пальцев.

Электрофизические и электрохимические способы

Эта группа объединяет способы, где металл убирают или наносят не резцом, а электричеством, лучом или химической реакцией. Их берут там, где обычное резание невозможно или невыгодно.

Электроэрозионная обработка незаменима там, где нужен внутренний контур в закалённом металле, куда фреза или сверло не пройдут, страница электроэрозионная обработка. Гальванические и другие защитные покрытия - в статье покрытия металла.

Холодная и горячая обработка давлением: где граница

Внутри группы обработки давлением есть ещё одно деление, о котором часто спрашивают отдельно: холодная и горячая обработка. Граница проходит не по конкретной температуре в градусах, а по температуре рекристаллизации конкретного металла.

Горячая обработка ведётся выше температуры рекристаллизации: металл пластичен, усилия деформации меньше, можно получить сложную форму за один переход. Минусы - окалина на поверхности, усадка при остывании, более грубые допуски, которые потом дорабатывают резанием.

Холодная обработка ведётся при комнатной температуре: металл упрочняется наклёпом, точность и качество поверхности выше, окалины нет. Минусы - выше усилия, быстрее изнашивается оснастка, не любой металл выдержит большую деформацию без трещин.

Поверхностная и финишная обработка металла

После того как деталь получила форму одним из перечисленных способов, часто нужна ещё одна группа операций - они не меняют геометрию, а доводят поверхность до нужного вида и защищают металл.

• Абразивная полировка. Доводит поверхность до заданной шероховатости и блеска, от матовой отделки до зеркала, см. абразивная полировка металла.
• Галтовка. Массовая обработка мелких деталей во вращающемся барабане, снимает заусенцы партии сразу, см. галтовка металла.
• Пескоструйная обработка. Абразив под давлением воздуха очищает поверхность от окалины перед покраской или цинкованием.
• Хонингование и притирка. Финишная доводка отверстий и плоскостей до высокого класса точности после резания.
• Покрытия. Цинкование, хромирование и другие защитные слои после механической обработки.

Эта группа почти всегда завершает маршрут: сначала получают форму резанием, давлением или литьём, при необходимости упрочняют термически, а уже потом доводят и защищают поверхность.

Как выбрать способ обработки под деталь

На практике выбор способа обработки сводится к нескольким вопросам, на которые отвечает чертёж и объём заказа.

Часто способ очевиден из формы детали: тело вращения с резьбой почти всегда точат, плоскую деталь с отверстиями фрезеруют, тонкостенный корпус вырезают лазером и гнут. Сложности начинаются на стыке способов, тогда маршрут собирают индивидуально, отталкиваясь от чертежа.

Что делаем в цехе «Катана»

ООО «Катана» работает с 2019 года, производство в Набережных Челнах, отправляем детали по всей России. Закрываем большую часть перечисленных способов: токарную и фрезерную обработку на ЧПУ, сверление, шлифовку, сварку, лазерную резку, гибку, свою термообработку и ТВЧ, цементацию, хромирование, хонингование, притирку, наплавку твёрдым сплавом, балансировку, обкатку, цинкование, опрессовку с протоколом.

Берём деталь от одной штуки, работаем по чертежу, 3D-модели или образцу. На заявку отвечаем в течение двух часов и сразу говорим, какой способ подходит под вашу деталь и почему. Если способ на границе двух групп, считаем оба варианта и показываем разницу в цене и сроке.

Общий обзор возможностей цеха и типовых деталей - на странице изготовление деталей на заказ, а про то, какие способы обработки сейчас чаще всего заказывают и что меняется в спросе, читайте в статье востребованные виды металлообработки.

Вопросы и ответы