Производство изделий из металла: технологии, преимущества, поэтапный контроль

Производство изделий из металла включает в себя множество отдельных этапов и операций в зависимости от поставленных задач и применяемых материалов. Понимание технологий изготовления поможет выбрать наиболее подходящий метод реализации для вашей продукции, что сэкономит время и деньги.

Не менее важной частью процесса производства является контроль качества полученных изделий. В нашей статье мы расскажем, какие этапы и технологии используются в производстве, а также поговорим о дефектах и их выявлении в готовой продукции.

2 вида металла для производства изделий

При производстве изделий используют металлы двух видов:

Черные

В данном классе существуют подвиды, а именно чугун и сталь, которые близки друг к другу по характеристикам, но главная разница между ними состоит в доле углерода в металле. Если отдельно говорить о сталях, то они бывают углеродистыми или легированными.

Доступные сегодня различные виды черных сплавов активно применяются при изготовлении металлопроката. Их востребованность на рынке объясняется тем, что подобные металлы и изделия из них отличаются отличными рабочими свойствами.

Классификация металлов и сплавов предполагает выделение марок, которые указывают в буквенно-цифровом виде, например – Ст16ГС. Благодаря группировке марок, применяемой в производстве металлопроката, удается серьезно упростить подбор видов черного металла для различных сфер человеческой жизнедеятельности.

Ко всем разновидностям металлопроката предъявляются строгие требования – изделия должны отвечать нормам ГОСТа по форме, размерам и предельным отклонениям. Из черного металла изготавливают листовой, сортовый, фасонный, трубный прокат.

Цветные

Название этой группы объясняется наличием у металлов и сплавов особых оттенков. Так, медь – красная, поэтому ее сплавы отличаются красноватым тоном.

При массовом производстве изделий из металла необходимых свойств добиваются за счет использования сплавов в определенных пропорциях. Их механические, физические и химические качества удается варьировать за счет изменения соотношения исходных металлов.

Стоит пояснить, что для получения сплавов металлы смешивают в разных пропорциях – в итоге появляется новый продукт со значительно более высокими характеристиками. Кроме того, качества сплавов меняют при помощи дополнительного механического или химического воздействия. Под последним понимают термообработку, технологию старения, пр. Тогда как в качестве механической обработки может использоваться штамповка, ковка, прессование, прокатка, пайка, сварка, резка.

Из цветных металлов производят большинство литых изделий, проволоку, квадраты, шестиугольники в виде прутков и мотков, ленты и полосы, листы и фольгу. Не так давно предприятия начали применять подобные металлы в форме порошков.

Преимущества производства изделий из металлов

Металлоизделиями называют любую продукцию из металла, при этом не учитывается способ производства и марка. Данные характеристики подбираются под особенности использования будущей продукции и влияют на качество, технические особенности и надежность в процессе эксплуатации.

Металлоизделия выгодно выделяются на фоне аналогов из прочих материалов такими качествами:

1. Большой выбор – он объясняется тем, что металлические элементы могут иметь различную форму, размеры, при этом не теряют прочности и предполагают большой срок службы.
2. Разнообразные характеристики – при производстве изделий из металла используются такие методы, как формовка, ковка, прокат, волочение, при этом за счет каждого подхода изделию сообщаются конкретные качества. Это может быть прочность на разрыв, пластичность, твердость, пр. При помощи грамотного выбора способа обработки удается изготовить универсальную или узкоспециальную продукцию с заранее заданными свойствами.
3. Относительно низкая цена, которая объясняется стоимостью сырья, применяемого при производстве изделий из металла. Кроме того, по цене последние близки к пластиковым аналогам, но превосходят их практически по всем эксплуатационным свойствам.
4. Эстетичность, прекрасные декоративные характеристики. Добиться подобного эффекта можно исключительно при соблюдении технологии производства. Не менее важно, чтобы работой занимался настоящий специалист, а не новичок, оставляющий капли сварки и забывающий о шлифовке поверхности.
5. Прочность и большой срок службы, что достигается даже без дополнительной обработки металлоизделий – они могут исправно выполнять свои функции долгие годы, сохраняя основные характеристики. За счет применения защитных покрытий, препятствующих развитию очагов ржавчины, продолжительность эксплуатации возрастает в разы.
6. Возможность проведения санитарной обработки – данное свойство дает возможность пользоваться изделиями из некоторых видов нержавеющей стали в пищевой и медицинской промышленности. Материал выдерживает частое мытье с применением агрессивных средств, а предмет не меняет внешнего вида и важных с точки зрения эксплуатации качеств.

Основные этапы и технологии производства изделий из металла

Придание формы и размеров

На стадии формообразования применяются несколько технологий: литье, резка, воздействие высоким давлением. Под последним понимают ковку, штамповку, прессование, волочение, прокатку.

Обработка поверхности

Дальнейшее производство изделий из металла предполагает механическую обработку с целью придания заготовке необходимых габаритов, формы и прочих характеристик. Нужного эффекта достигают при помощи ручной опиловки напильником или использования металлорежущих токарных, фрезерных, строгальных и других станков.

Когда применяется второй подход, то деталь закрепляют на станке, после чего подвергают воздействию режущего инструмента. В результате, если стружка снимается с заготовки резцом – речь идет о точении, фреза используется при фрезеровании, сверло – при сверлении, шлифовальный круг – при шлифовке.

В любом случае с заготовок удаляют оставленный припуск на обработку, облой, неровности, чтобы получить изделия, полностью соответствующие требованиям чертежей. Нужно понимать, что после механической обработки поверхность деталей покрыта микронеровностями – их размер определяется «чистотой» проведения названных выше операций. Подобные дефекты невозможно разглядеть невооруженным глазом, однако из-за них происходит более стремительное развитие коррозии, что негативно сказывается на сроке службы изделий.

Обработка термическим способом

Речь идет о таких операциях, как нагрев, выдержка, охлаждение. За счет их последовательного осуществления удается повлиять на внутреннее строение сплава, избавиться от напряжения материала, сообщить ему все необходимые свойства. Во время производства изделий из металла используют следующие способы термической обработки:

1. отжиг;
2. нормализация;
3. закаливание;
4. отпуск.

Вторичная обработка

На данном шаге на поверхности изделий воздействуют механическими методами, такими как шлифовка, полировка. Либо возможно применение электрофизических и физико-химических подходов, что позволяет обеспечить деталям дополнительные преимущества в технологическом плане.

Отказ от механических методов в пользу электрического, физического, химического воздействия обеспечивает более высокую точность, качество обработки, так как при удалении припуска используются минимальные механические усилия. Указанные подходы могут применяться для изготовления металлических предметов, вне зависимости от прочности, вязкости материала. Обычно за счет этих технологий удается добиться предельно тонкого дефектного слоя на поверхности деталей после обработки. А значит, появляется возможность работать с изделиями очень сложной формы, обеспечивая высокое качество деталей даже в труднодоступных местах.

Скрепление элементов

Этот этап производства изделий из металла выполняют при помощи технологии пайки и сварки.

Сваривание предполагает использование технологии плавления или соединения элементов под давлением. В первом случае кромки изделий нагревают, из-за чего образуется ванна расплава. В нее обычно вводят присадочный металл, призванный перекрыть зазор между заготовками, однако есть технологии, позволяющие отказаться от дополнительных присадок.

Остывая, горячий металл скрепляет части изделия в единое целое, формируя атомно-молекулярные связи между кромками – таким образом получается необходимое неразъемное соединение.

Плюсы использования станков с ЧПУ в производстве изделий из металла

Станок с ЧПУ позволяет изготавливать детали без непосредственного участия человека, а значит, снижается вероятность ошибки, брака. Единственным минусом подобных станков является высокая цена их использования.

Применение данного подхода в производстве изделий из металла имеет смысл, когда:

• Речь идет о потоковом, регулярном изготовлении большого количества однотипных деталей. Ключевую роль играет их количество, скорость работы и идентичность изделий.
• Речь идет о потоковом, регулярном изготовлении большого количества однотипных деталей. Ключевую роль играет их количество, скорость работы и идентичность изделий.
• Требуется предельно точное исполнение.
• Заготовки имеют сложную поверхность, из-за чего невозможно использование других способов либо они оказываются слишком затратными в плане ресурсов, времени.

Производство металлических изделий по чертежам на станках с ЧПУ является удобным и быстрым. Немаловажно, что таким образом удается выполнять самые мелкие работы, в том числе гравировку, нанесение канавок, резьбы, сверление отверстий.

Методы контроля качества в производстве изделий из металла

Для разных глубин и размеров дефектов применяют отдельные уровни исследования:

Субмикроскопическое изучение

Позволяет обнаружить дефекты на границах кристаллов или зерен. Нужно понимать, что неравномерная кристаллизация, недостаточное питание зародышей жидким раствором приводит к формированию тонких прослоек между блоками кристаллов. Также проблема бывает связана с выделением твердой фазы нерастворимых соединений и элементов на поверхности кристаллов. Например, фосфор и некоторые другие тугоплавкие металлы не могут соединяться с железом, входящим в состав сталей, поэтому скапливаются на границах зерен.

Исследование при помощи микроанализа

Проблемы, появившиеся после производства изделий из металла, определяют при помощи микроскопов, которые способны обеспечить увеличение свыше 100 крат. Во время поиска литейных дефектов в большинстве случаев пользуются именно микроанализом, ведь данный подход дает возможность установить балл зерна, структуру металла, наличие и количество неметаллических включений, присутствие в составе меди, серы и фосфора.

Количество углерода и легирующих элементов в стали влияет на то, какие твердые фазы будут выделяться в процессе кристаллизации. Нужно понимать, что они обладают свойственной только им прочностью, твердостью, пластичностью. В марках стали, стойких к коррозии, формируются фазы аустенита, мартенсита или ледобурита – здесь все зависит от температуры охлаждения.

Помимо этого, качество металла зависит от балла зерна. Его снижение приводит к росту пластичности и параллельному падению прочности. Тогда прибегают к легированию карбидообразователями или тугоплавкими материалами, чтобы, сохранив изначальную пластичность, обеспечить повышенную прочность стали.

В первую очередь, микроанализ позволяет узнать, какое количество в процентах вредных примесей и неметаллических включений содержится в сплаве. Обычно вредными примесями оказываются сера и фосфор, вызывающие красноломкость и хладноломкость стали при производстве изделий из металла. Материал сможет использоваться в промышленности лишь при условии, что содержание данных элементов не выходит за пределы нормы.

За счет контроля доли неметаллических включений определяют, сколько в стали содержится оксидов, сульфидов, нитридов и других соединений. Все названные примеси могут оказывать положительное или негативное воздействие на свойства металла.

Исследование при помощи макроанализа

Речь идет о визуальном поиске дефектов поверхности или глубинных слоев материла, при котором изделия рассматриваются под тридцатикратным увеличением. Макроскопические изъяны появляются на любом этапе производства изделий из металла – от выплавки до содержания в условиях склада. Если в процессе исследования были найдены деформации, изделие отправляют в брак либо на доработку.

Речь идет о визуальном поиске дефектов поверхности или глубинных слоев материла, при котором изделия рассматриваются под тридцатикратным увеличением. Макроскопические изъяны появляются на любом этапе производства изделий из металла – от выплавки до содержания в условиях склада. Если в процессе исследования были найдены деформации, изделие отправляют в брак либо на доработку.