Obróbka metali – rodzaje. Obróbka skrawaniem, plastyczna i inne

20 lipca 2020

Obróbka metali to grupa procesów, w wyniku których następuje zmiana parametrów metali: kształtu, właściwości fizycznych i chemicznych czy wymiarów poszczególnych elementów w celu ich praktycznego wykorzystania. Podstawowe rodzaje obróbki metali to: obróbka mechaniczna, skrawaniem, plastyczna, chemiczna, cieplna oraz cieplno-chemiczna. Poniżej przyglądamy się większości z nich.

Interesuje Cię obróbka metali: walcowanie, gięcie blach, spawanie lub może wycinanie laserowe aluminium – jeśli tak Zadzwoń

Obróbka mechaniczna metali

Obróbka mechaniczna metali to pojęcie opisujące procesy wpływające na zmianę wymiarów zewnętrznych, kształtu, chropowatości czy innych właściwości materiału, przy czym zmiana ta następuje poprzez zastosowanie procesów fizycznych oddzielających fragmenty metalu lub wywieranie nacisku mechanicznego. Może być też łączona z innymi rodzajami obróbki, na przykład cieplną czy chemiczną.

Wyróżniamy następujące rodzaje obróbki mechanicznej metali:

• obróbka skrawaniem (frezowanie, toczenie, szlifowanie i inne),
• obróbka plastyczna (kucie, tłoczenie, walcowanie, gięcie i inne).

Uzyskanie oczekiwanej struktury i geometrii przedmiotu wiąże się z koniecznością zastosowania zaawansowanych maszyn i narzędzi, które pozwolą wywrzeć określony nacisk oraz wywołać stan nieodwracalnego naprężenia powodującego trwałe odkształcenie metalu.

Obróbka skrawaniem metali

Skrawaniem metalu nazywamy proces polegający na pozbyciu się naddatku materiału w celu nadania obrabianemu przedmiotowi określonej geometrii. Narzędzia skrawające usuwają zbędny materiał i pozwalają uzyskać pożądany kształt, wymiary oraz chropowatość powierzchni.

Na czym polega obróbka skrawaniem metali?

Obróbka skrawaniem metali polega na realizacji kilku procesów podzielonych na etapy. Każdy z nich odpowiada za polepszenie jakości uzyskiwanego produktu.

Obróbka zgrubna:

• pozwala nadać wstępny kształt i rozmiar przedmiotu, po obróbce dokładnej otrzymujemy parametry bliskie oczekiwanym;

Obróbka wykańczająca:

• pozwala nadać jakość zgodną z wymaganiami technicznymi (ewentualne rozbieżności mieszczą się w granicach niepewności pomiarowej).

Każdy etap procesu skrawania metalu wymaga zastosowania określonych narzędzi oraz precyzyjnego ustawienia parametrów obrabiarki. Skrawanie metali odbywa się przeważnie na obrabiarkach CNC, czyli urządzeniach sterowanych numerycznie.

Sprawdź również nasz artykuł Co to jest obróbka CNC

Obróbkę skrawaniem dzielimy ze względu na rodzaj powstałego odpadu na obróbkę wiórową oraz ścierną.

Obróbka skrawaniem wiórowa

Obróbka wiórowa odpowiada za nadanie obrabianemu przedmiotowi pożądanego kształtu oraz charakteryzuje się dużą głębokością skrawania. Odpadem w tym przypadku jest naddatek w postaci wiórów. Obróbkę wiórową ze względu na dokładność dzielimy na: zgrubną, średnio dokładną, dokładną i bardzo dokładną.

Obróbka wiórowa dzieli się ze względu na rodzaj stosowanych procesów na:

• frezowanie – obróbka służąca do kształtowania płaszczyzn i powierzchni krzywoliniowych, w której ruch obrotowy wykonuje narzędzie, a ruch posuwowy wykonywany jest przez przedmiot obrabiany. Frezowanie może odbywać się w sposób współbieżny, gdzie kierunek posuwu jest taki sam jak kierunek obrotu narzędzia, lub w sposób przeciwbieżny, gdzie
  kierunek posuwu jest przeciwny do kierunku obrotu narzędzia;
• toczenie – obróbka służąca do obrabiania powierzchni wewnętrznych i zewnętrznych brył obrotowych;
• wytaczanie – obróbka służąca do obrabiania powierzchni wewnętrznych brył obrotowych;
• wiercenie – obróbka pozwalająca uzyskać otwór o przekroju kołowym;
• rozwiercanie – obróbka stosowana do poprawienia dokładności wymiarowo-kształtowej stworzonych już otworów;
• dłutowanie – obróbka stosowana do nadawania kształtów nieobrotowych (np. uzębienia kół zębatych), w której narzędzie wykonuje ruch posuwisto-zwrotny.

Obróbka skrawaniem ścierna

Obróbka ścierna odpowiada za nadanie przedmiotowi obrabianemu pożądanej jakości powierzchni i charakteryzuje się małą głębokością skrawania. Naddatek stanowią tutaj drobne wióry i cząsteczki metalu. Podobnie jak w przypadku obróbki wiórowej, dzielimy ją na obróbkę: zgrubną, średnio dokładną, dokładną i wykańczającą.

Obróbka ścierna dzieli się ze względu na rodzaj stosowanych procesów na:

• szlifowanie – obróbka wykończeniowa pozwalająca uzyskać dużą dokładność wymiarową oraz małą chropowatość powierzchni;
• gładzenie – obróbka wykończeniowa stosowana do wykańczania otworów oraz zewnętrznych powierzchni obrotowych, umożliwia otrzymanie 10-13 klasy chropowatości;
• polerowanie – obróbka wykończeniowa umożliwiająca uzyskanie najwyższej klasy chropowatości, a także nadanie powierzchni połysku.

Procesy wykorzystywane w obróbce skrawaniem pozwalają otrzymać gotowy element o oczekiwanej jakości. Wykorzystanie nowoczesnej technologii CNC pozwala stworzyć gotowy produkt w optymalnym czasie. Największą zaletą jest kompleksowość tego rozwiązania – skrawanie wiórowe i ścierne odbywa się z wysoką precyzją i nie wymaga stosowania dodatkowych procesów polepszających jakość krawędzi i powierzchni.

Obróbka plastyczna

Obróbka plastyczna metali pozwala na kształtowanie metali, zmianę ich właściwości fizykochemicznych, struktury czy gładkości powierzchni. Wszystko za sprawą odkształceń plastycznych. Obróbka plastyczna na zimno lub na gorąco, obejmuje szereg podstawowych rodzajów takich jak kucie, walcowanie, tłoczenie i ciągnienie. Obróbka plastyczna na zimno pozwala na formowanie metalu bez konieczności jego podgrzewania, co jest szczególnie korzystne przy utrzymaniu określonej wytrzymałości i struktury materiału. Z kolei obróbka cieplna metali, stosowana głównie na gorąco, umożliwia modyfikację właściwości metalu poprzez kontrolowane podgrzewanie i chłodzenie. Dzięki zastosowaniu obróbki cieplnej możliwe jest wyeliminowanie wewnętrznych naprężne, zmiana twardości, a także ulepszenie mikrostruktury metali, co przekłada się na ich lepsze właściwości mechaniczne i użytkowe. 

Walcowanie

Walcowanie to jeden z rodzajów obróbki plastycznej metali. Aby proces obróbczy zakończył się sukcesem, należy dostosować odpowiednie parametry do rodzaju materiału czy celu, jaki dany element ma spełniać po obróbce. Walcowanie blachy nie wpływa na zmianę właściwości opracowywanego elementu. Wszystkie parametry techniczne pozostają bez zmian, zmienia się jedynie kształt danego materiału. Walcowanie stożków to rodzaj gięcia blachy, którego efektem jest uzyskanie specyficznego kształtu metalu. Tworzenie stożków to proces, który jest bardzo wymagający. Jego powodzenie uzależnione jest od doświadczenia operatorów oraz profesjonalnych urządzeń.

Gięcie

Gięcie blachy to także powszechnie stosowana technika. Tego typu plastyczne rodzaje obróbki metali polegają na określonej zmianie krzywizny obrabianego metalu bez naruszenia jego wymiarów poprzecznych. Gięcie blachy tą techniką może być wykonywane zarówno na zimno, jak i na gorąco. Gięcie wykonuje się przy użyciu zaawansowanych urządzeń CNC. . Oprócz tego, frezowanie CNC, toczenie CNC oraz skrawanie CNC stanowią inne popularne techniki obróbki metali. Każda z tych metod ma swoje zastosowanie i pozwala precyzyjnie kształtować i wykończyć elementy metalowe, zapewniając wysoką jakość i powtarzalność wyrobów. Dzięki zaawansowanemu
sterowaniu numerycznemu możliwe jest uzyskanie skomplikowanych kształtów i detali, które spełniają najbardziej wymagające standardy branżowe.

Tłoczenie

Tłoczenie określa procesy technologiczne polegające na wywieraniu nacisku na przedmiot obrabiany w taki sposób, aby rozdzielić lub połączyć materiał albo uzyskać określony kształt przy jednoczesnym zachowaniu pierwotnej grubości. Proces ten wykorzystuje się do obróbki przedmiotów o niewielkiej grubości w porównaniu do pozostałych wymiarów, na przykład blach, folii czy płyt. Tłoczenie odbywa się przy użyciu specjalistycznych pras mechanicznych lub hydraulicznych. Proces ten można przeprowadzać na zimno lub przy zastosowaniu wysokiej temperatury.

Kucie

Kucie to rodzaj obróbki metali polegający na wywieraniu nacisku poprzez uderzanie narzędziem w materiał w celu wywołania odkształcenia. Poprzez zastosowanie matryc lub bijaków dokonuje się złożonego kształtowania przedmiotu obrabianego. Materiał może płynąć zarówno w kierunku równoległym, jak i prostopadłym do kierunku ruchu narzędzi. Proces kucia można wykonywać na zimno lub gorąco.

Ciągnienie

Ciągnienie metali jest procesem obróbki plastycznej polegającym na zmianie kształtu lub pola przekroju poprzecznego wsadu w postaci pręta, drutu lub rury. Odkształcenie następuje po przeciągnięciu przedmiotu obrabianego przez otwór narzędzia o mniejszym polu przekroju. W ten sposób zmniejsza się średnica, a zwiększa długość przedmiotu.

Obróbka cieplna

Obróbka cieplna to technika z wykorzystaniem wysokiej temperatury, która bazuje na właściwościach plastycznych metali. Metoda ta polega na nagrzaniu określonego elementu (półproduktu lub gotowego produktu), kształtowaniu go w pożądany sposób, a następnie chłodzeniu, aby zachować nowe parametry. Działanie wysokich temperatur zmienia właściwości fizyczne i chemiczne obrabianych stopów metali i pozwala na niemal nieograniczone możliwości kształtowania. Obróbka cieplna jest często wykorzystywana w szeroko rozumianym przemyśle. Zalicza się do niej m.in.: wyżarzanie, hartowanie, odpuszczanie, ulepszanie cieplne, przesycanie czy stabilizowanie.

Obróbka chemiczna

Obróbka chemiczna metali polega na chemicznym lub fizykochemicznym oddziaływaniu na powierzchnię stalowych elementów. Dzięki temu tworzy się na nich specjalna powłoka ochronna, zabezpieczająca przed korozją oraz zwiększająca wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne. Powstała powłoka może być niklowa, niklowo-chromowa lub miedziowo-niklowo-chromowa.

Obróbka cieplno-chemiczna

Obróbka cieplno-chemiczna to proces, który polega na oddziaływaniu termicznym i chemicznym na dany element. Podwyższona temperatura oraz odpowiednio dobrane czynniki chemiczne pozwalają na modyfikację właściwości fizycznych i chemicznych obrabianych półproduktów lub produktów. Występuje kilka rodzajów obróbki cieplno-chemicznej, które należy dostosować do parametrów technicznych danego materiału. Do najpopularniejszych zalicza się:

• nakrzemowanie (nasycenie wierzchniej warstwy krzemem poprzez wygrzewanie w bardzo wysokich temperaturach sięgających 1250°C w ośrodkach stałych lub gazowych), którego efektem jest zwiększenie żaroodporności i kwasoodporności,
• nasiarczanie (wzbogacenie powierzchni w siarkę w środowisku ciekłym lub gazowym. Proces przeprowadza się w temperaturze do 900°C), którego celem jest zwiększenie odporności na korozję i poprawienie właściwości ślizgowych trących,
• kaloryzowanie (nasycenie warstwy powierzchniowej glinem w ośrodku gazowym lub stałym w temperaturze maksymalnej 800°C), w wyniku którego także poprawia się odporność na działanie korozji,
• naborowywanie (nasycenie borem w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych w temperaturze około 1000°C), dzięki któremu obrabiany element jest twardszy, żaroodporny i mniej rozpuszczalny,
• azotowanie (nasycanie azotem jedynie materiałów o odpowiednio dobranym składzie), które poprawia odporność na ścieranie, korozję i zwiększa twardość,
• chromowanie (nasycenie elementu chromem w różnych ośrodkach w temperaturze do 1050°C), dzięki któremu zwiększa się odporność na zużycie,
• nawęglanie (dyfuzyjne nasycanie węglem), które ma na celu zwiększenie twardości, a tym samym poprawienie odporności na ścieranie.
• cyjanowanie, węgloazotowanie (nasycenie jednocześnie węglem i azotem w temperaturze do 950°C), które zwiększa twardość i odporność na zużycie.

Narzędzia do obróbki metali

Każdy proces technologiczny związany z obróbką metalu wymaga zastosowania specjalistycznych maszyn oraz narzędzi.

Do obróbki mechanicznej skrawaniem niezbędne jest użycie następującego sprzętu:

• maszyny (manualne lub automatyczne CNC):
  • tokarki
  • frezarki;
• narzędzia:
  • noże (nóż tokarski)
  • frezy (obwodowe i czołowe)
  • wiertła.

Do obróbki plastycznej metali stosuje się następujące oprzyrządowanie:

• maszyny:
  • ciągarki
  • giętarki
  • prasy mechaniczne i hydrauliczne
  • walcarki
  • wyoblarki;

• narzędzia
  • ciągadła
  • matryce
  • stemple
  • kowadła
  • walce
  • rolki do wyoblania.