Токарная обработка цветных металлов - Особенности и виды

Токарная обработка цветных металлов широко распространена среди всех различных методов изготовления деталей с заданными геометрическими параметрами. Суть данного вида обработки состоит в том, что с заготовки снимают при помощи режущего инструмента необходимый слой металла, соблюдая при этом требуемые размеры и параметры шероховатости поверхностей.

Изделия из металла можно обработать с помощью различных методов, в результате которых из заготовок получаются детали, подходящие по размерам и другим параметрам к различным механизмам. Для их выполнения на токарных станках необходимы многофункциональные приспособления и режущий инструмент в виде резцов, с помощью которых можно изготавливать детали различной геометрической формы и конфигурации.

Описание цветных металлов

К цветным металлам и сплавам относятся почти все имеющиеся в природе металлы и их производные, кроме железа и сплавов, созданных на их основе. В отличие от железа, их добыча обходится значительно дороже, так как в природе они встречаются гораздо реже. Но, несмотря на это, наличие у цветных металлов особых химических и физических свойств экономически компенсируют затраты на добычу, механическую обработку и изготовление на их основе сплавов. Они обладают пластичностью, мягкостью, низкими показателями электрического сопротивления, теплопроводностью, стойкостью к воздействию коррозии и иными полезными свойствами, что, безусловно, является их значительными преимуществами.

Название «цветные металлы» они приобрели по причине специфической расцветки, например, медь имеет красноватый цвет. Сплавы на основе цветных металлов в современной индустрии получили наибольшее применение, так как эти вещества отличаются лучшими физико-химическими свойствами, чем черные металлы. При разделении на группы применяемых металлов они делятся на легкие и тяжелые сплавы.

Группы цветных металлов

По физико-химическим признакам цветные металлы подразделяются на разные группы. Например:

• К тяжелым сплавам относятся олово, свинец, цинк и другие химические элементы.
• К легким – титан, натрий, магний, калий, литий.
• Малая категория – это ртуть, мышьяк, сурьма, кадмий.
• К благородным металлам относятся золото, серебро, платина, палладий.
• В рассеянную группу включаются германий, селен, рений, теллур.
• К тугоплавким металлам относятся хром, ванадий, вольфрам, марганец.
• В редкоземельную группу входят лантан, самарий, эрбий, иттербий.
• Радиоактивные металлы – это радий, уран, америций, плутоний.

В современной промышленности чаще всего обрабатывают алюминий, медь и цинк. Рассмотрим их подробнее.

К основным свойствам алюминия относятся пластичность при низких механических характеристиках и высокая электропроводность.

Наибольшее распространение в промышленности из всех цветных металлов получила медь. Ее широко применяют в строительстве, машиностроении и электротехнической индустрии. Она характеризуется высокой теплопроводностью и пластичностью, а также низким электрическим сопротивлением – это свойство обуславливает ее широкое применение в электротехнике. При плавлении хорошо смешивается со многими другими металлами.

Для цинка характерно такое качество, как хрупкость металла. Его пластичность проявляется только при нагревании до температуры +100…+150 °С. Цинк обладает свойством высокой устойчивости к коррозии, преимущественно используется в качестве компонентов стальных сплавов и для производства покрытий со стойкими антикоррозионными свойствами.

Из множества сочетаний цветных металлов, имеющихся в настоящее время, особого внимания заслуживает такой сплав, как бронза. Человек научился соединять олово с медью несколько тысяч лет назад. Но бронзу можно получить и без применения олова, а при помощи сплавления меди с такими металлами, как алюминий, бериллий, кремний, свинец и с рядом других. К ее достоинствам причисляются такие качества, как ковкость, пластичность, прочность, устойчивость к коррозии, немагнитное свойство и гибкость.

Сфера применения цветных металлов

Цветные металлы находят все большее применение в разработках производителей современной техники. На предприятиях, специализирующихся на изготовлении атомной техники, а также в авиационном строительстве, в химической отрасли такие металлы, как ниобий, титан, молибден, пользуются повышенным спросом.

У каждого цветного металла имеется своя сфера применения. Медь и медные сплавы часто применяются для производства труб, емкостей, различных сосудов. Они повсеместно используются в химическом машиностроении.

В пищевой промышленности распространено применение алюминия и сплавов, произведенных на его основе. Из них изготавливают различные конструкционные элементы судов, ракет и самолетов. Также такие сплавы распространены в строительной индустрии. Подобная необходимость применения алюминия в различных отраслях связана с его отличными характеристиками: антикоррозионными свойствами, высокими прочностными параметрами при относительно маленькой плотности, хорошими механическими свойствами, которые не меняются даже при минусовых температурах.

Обработка цветных металлов

При металлообработке цветных металлов и сплавов необходимо учитывать следующие факторы:

• При нагреве происходит химическое взаимодействие с газами окружающей среды.
• Повышенные температуры приводят к резкому снижению механических характеристик, приводящих к легкому разрушению от ударов.
• Свойства высокой теплопроводности и удельной теплоемкости.

Учитывая эти и иные факторы, термическое и механическое воздействие надо осуществлять в специальном режиме, по разработанным технологическим схемам. При токарной обработке цветных металлов и сплавов на станках подбирают оптимальные режимы резания: скорость вращения, подачу и соответствующий режущий инструмент.

Идеальную защиту от атмосферного окисления обеспечивают грунтовые составы. Перед покраской предварительно проводится одно- или двухслойное грунтование поверхности. Помимо защитных функций, такая технология позволяет увеличить качество наложения краски на основу. Для защиты деталей из алюминия и его сплавов применяют специальные грунтовки на основе цинка или уретановые краски.

На такие цветные металлы и сплавы, как медь, латунь или бронза, защитные лакокрасочные покрытия обычно не наносят. Изготовленные из них детали и изделия поставляются с заводской обработкой, которая одновременно играет и защитную, и эстетическую роль. Медь со временем покрывается благородным налетом, который не только защищает поверхность, но и придает изделию особый колорит. Помимо этого, в некоторых случаях применяют и технологию искусственного старения для возникновения на поверхности изделия патиновой пленки зеленоватого цвета.

Специфика механической обработки цветных металлов

К механической обработке относятся все процессы, связанные со снятием слоя металла: обработка на токарном станке, фрезерование, шлифование, строгание, гравирование. Условия механической обрабатываемости сплавов из цветных металлов зависят от тех дополнительных элементов, которые включены в сплав.

Характеристики токарной обработки цветных металлов определяются рядом факторов, которые неразрывно связаны с общим процессом механообработки, а именно:

• силы резания;
• износа режущего инструмента;
• параметров чистоты при обработке поверхности;
• формы стружки.

Другими словами, механическая обрабатываемость цветных металлов – комплексный технологический термин. На данное свойство оказывают влияние физические и химические характеристики металлических сплавов, а также способ его механической обработки.

Факторы, влияющие на выбор вида механической обработки цветных металлов:

• удельная теплоемкость;
• ухудшение химических свойств материала при нагреве;
• способность проводить тепло;
• снижение механических свойств материала при повышении температуры окружающей среды, в частых случаях при нагреве повышается вероятность разрушения металла во время ударов.

Учитывая все вышеперечисленные факторы, механическая обработка цветных металлов осуществляется в соответствии со специально разработанной технологической схемой. При использовании металлорежущего оборудования особое значение придается скорости вращения заготовки или инструмента и выбору режущего инструмента.

У цветных металлов есть и недостаток – они поддаются разрушению при воздействии кислорода, а в целом обладают высокими прочностными показателями и долговечностью.

Токарная обработка цветных металлов

Применение металлических деталей встречается повсеместно. Они используются в различных сферах жизнедеятельности человека и преимущественно изготавливаются на токарном оборудовании. С помощью таких станков производят зубчатые колеса, шкивы, гайки, диски и многое другое.

Поэтому обработка изделий из металла на токарных станках всегда будет актуальна, особенно при применении оборудования с программным управлением. Станочные комплексы с ЧПУ позволяют обрабатывать детали с высокой точностью и получать изделия высокого качества любой сложности по разработанным чертежам.

Плюсы токарной обработки цветных металлов

При производстве деталей из металла почти всегда осуществляются токарные операции.

Достоинства токарной обработки:

• Изготовление деталей сложной формы. Применение станков с программным управлением дает возможность изготовления даже самых сложных по конфигурации деталей.
• Экономичность. Количество отходов при производстве минимальное – на стружку приходится не более 10 % металла, которая к тому же потом отправляется на переработку.
• Получение качественных готовых деталей, которые сразу можно использовать по назначению, без добавочных операций.
• Производство высокой точности. При использовании станочных комплексов с ЧПУ изделия, изготовленные из металла, в наивысшей степени удовлетворяют эстетическим и техническим параметрам. При производстве отсутствует такое понятие, как «человеческий фактор», т. е. человек в процессе обработки практически не участвует, поэтому и не допускает ошибки. Оборудование осуществляет все движения по заданной программе, и, в случае необходимости, легко перепрограммируется на изготовление другой детали.

Специфика операций, проводимых на токарных агрегатах

Главной задачей, поставленной перед оператором станка с ЧПУ, является получение детали, полностью удовлетворяющей требованиям заказчика по точности размеров, параметрам шероховатости и конфигурации.

Принцип токарных работ, осуществляемых с использованием специализированного оборудования, с применением специальных режущих инструментов заключается в снятии с металла определенного слоя.

Данные процессы можно контролировать не только в автоматическом режиме, но и в ручном. Они подразделяются на главные и дополнительные типы движения. К главному типу относится вращение закрепленной детали, а к дополнительному – подача и движение инструмента по различным траекториям.

Только при токарной обработке на специальном высококачественном оборудовании с ЧПУ можно гарантировать необходимый уровень качества работ и точность в процессе производства металлоизделий.

В технологические процессы, независимо от марки обрабатываемого материала, входит целый перечень операций:

• отрезная;
• резьбовая;
• сверление отверстий;
• точение канавок.

Токарные операции также подразделяются на черновые (предварительные) и чистовые (окончательные). Для получения качественных поверхностей стоит учитывать плавность и поступательность движений инструмента, нельзя допускать резких движений при точении.

Для достижения высокого качества при обработке требуется соблюдать ряд требований:

• Выполнение регулярных проверок работоспособности, жесткости и надежности узлов станка.
• Возможность вращения заготовки с большими оборотами.
• За один оборот шпинделя необходимо снимать максимально возможный слой металла.
• Режущий инструмент должен быть надежно закреплен для возможности воздействия на заготовку необходимыми силами.

Агрегаты для токарной обработки цветных металлов

В токарную группу, кроме станков универсального типа, входят разнообразные обрабатывающие центры и комплексы. При штучном или мелкосерийном выпуске с множеством операций применяют токарно-винторезные станки. Обработку деталей из калиброванного прутка целесообразнее производить на токарно-револьверных станках.

Заготовки крупных габаритов обрабатывают преимущественно на оборудовании токарно-карусельного типа. На них производятся операции по подрезке торцевых поверхностей, нарезании канавок. Также можно выполнить такие действия, как фрезерование, шлифование, растачивание и точение. Фланцы и диски рациональнее обрабатывать на лоботокарных агрегатах. Профессиональные станочники могут изготовить поверхности любой конфигурации и сложности: цилиндрические и конусные, а также фасонные и лобовые.

На некоторых обрабатывающих комплексах можно одновременно выполнять и токарную, и фрезерную обработку. Такое оборудование применяют для изготовления деталей со сложной конфигурацией поверхностей (например, коленчатые валы). Поэтому токарно-фрезерные обрабатывающие центры пользуются особой популярностью.

Вручную операции выполняют на универсальных токарно-винторезных станках стандартного типа, а механообработка в автоматическом режиме осуществляется на станочных агрегатах с ЧПУ без человеческого вмешательства в рабочий процесс. Машинная обработка на оборудовании с ЧПУ предназначена для выполнения высокоточных работ и повышения производительности.

Сегодня токарная обработка используется практически во всех производственных отраслях. Поэтому, несмотря на достаточно высокий уровень развития, данный вид работ с металлами продолжает стремительно развиваться, обеспечивая высочайшие качественные и скоростные характеристики.