Co łączy silnik odrzutowy, most, samochód, kosiarkę i zegarek? Każde posiada metalowy element. Element wytworzony przy pomocy jednego z procesów obróbki metalu. Jako inżynier jakości pracujący w branży przemysłowej prędzej czy później spotkasz się z elementami metalowi. Świadomość procesów obróbki metalu pozwala dużo łatwiej zrozumieć występujące niezgodności. Obróbka metalu dzieli się na wiele procesów. Dzisiaj przeczytasz o procesach cięcia. Dodatkowo poznasz trochę angielskiego.
Historia obróbki metali
Najstarsze zachowane dowody obróbki metali pochodzą już z ok. 8 800 roku przed naszą erą. Chcesz sobie uzmysłowić jak to dawno? Pomyśl o tym, że internet w Polsce jest od ok. 25 lat, 100 lat mało kto wiedział w naszym kraju co to prąd, a ok. 1000 lat temu odbył się chrzest Polski. Pomnóż ostatnią datę razy 9 … i około tego roku Homo Sapiens pierwszy raz obrobił kawałek miedzi do własnego użytku. Kawał czasu…
Pierwsze elementy złota datowane są na 4 500 rok przed naszą erą, co ciekawe znalezione zostały w Europie na terenach obecnej Bułgarii. Co ciekawe długo twierdzono, że złoto to „pierwszy metal„ powstały na ziemi, ponieważ występuję naturalnie w czystej postaci samorodków.
Szybko zmieniono zdanie, gdy odkryto inne metale występujące w czystej postaci, aby jednak nie było tak łatwo, udowodniono zaskakujący fakt. Występowanie metali w takiej postaci jest spowodowane ich kosmicznym pochodzeniem. Wszystkie te metale znaleziono w kraterach po meteorytach.
Do momentu czasów nowożytnych próbowano odlewać, kuć, łączyć i obrabiać ubytkowo metal. Przełom przyniosła rewolucja przemysłowa i zaprzęgnięcie do pracy nad metalem maszyn napędzanych prądem.
Rodzaje procesów obróbki metali
Główny podział obróbki metali to formowanie, cięcie i łączenie. Gdzieniegdzie znajdziesz informacje o dodatkowych procesach takich jak obróbka cieplna, nakładanie powłok czy obróbka chemiczna. Procesy te są dodatkowe i zmieniają właściwości materiału. W większości przypadku nie mają wpływu na parametry chemiczne. Ktoś może przyczepi się, że nałożenie 0,05 mm powłoki zmienia fizykę materiału… Jestem w stanie to zaakceptować.
Trzy główne procesy dzielą się na wiele podprocesów, przeczytacie o nich w kolejnych akapitach
Obróbka metalu – procesy cięcia
Obróbka metalu poprzez cięcie zawiera w sobie wiele procesów, począwszy od wiercenia, a kończąc na skomplikowanej elektro-chemicznej obróbce ściernej. Proces cięcia dzieli się na trzy głównie kategorie:
obróbkę na zimno – procesy, w których powstaje materiał ubytkowy – np. toczenie, frezowanie, wiercenie
obróbkę termiczną – procesy, w których nie powstaje materiał ubytkowy, a cięcie następuje poprzez wyparowanie lub wytopienie materiału – np. cięcie gazowe, cięcie laserem
obróbka pozostała – wszystko co nie kwalifikuje się do wcześniejszych kategorii np. ścierna obróbka chemiczna.
Przejdźmy więc do szczegółów i poznania wszystkich procesów cięcia. W związku z tym, że większość was pracuje w firmach międzynarodowych. W nawiasach dodałem nazwy procesów w języku angielskim.
Masz mało czasu? Błyskawicznie zdobądź umiejętność czytania rysunku! Kurs on-line.
Co zyskasz biorąc udział w kursie?
Poczujesz się pewnie w pracy z rysunkiem technicznym
Poznasz dokładnie podstawy rysunku technicznego
Wszystko przedstawione w sposób prosty i zrozumiały za pomocą filmów instruktażowych
Zacznijmy od podstaw, czyli cięcia konwencjonalnego. Mowa tutaj o wszystkich rodzajach procesów gdzie piła lub nóż gilotyny jest narzędziem dzielącym jedną część metalu od drugiego. Jest to najprostszy proces cięcia, często stosowany do wstępnej obróbki materiału np. przy wykrawaniu materiału surowego na odpowiednią wielkość przed toczeniem czy frezowaniem. Niech was jednak nie zmyli prostota tego procesu, można go w pełni zautomatyzować i stosować również do otrzymywania naprawdę skomplikowane kształty, głównie z blach.
Obróbka metalu – toczenie (turning)
Jest to podstawowa i najczęściej spotykana obróbka materiału. Materiał mocowany jest w uchwycie tokarki, a następnie poddawany jest ruchowi obrotowemu. Wzdłuż materiału po jego powierzchni porusza się nóż tokarski, który z dokładną precyzją usuwa materiał.
Obecnie większość procesów toczenia odbywa się przy asyście komputera i napisanego programu CNC, który precyzyjnie określa pożądany kształt.
Obróbka metalu – frezowanie (milling)
W przypadku procesu frezowania to materiał jest nieruchomy, a ruch obrotowy wykonuje narzędzie. Materiał mocuje się na stole do frezowania, następnie narzędzie wprawione w ruch obrotowy dojeżdża do powierzchni materiału i rozpoczyna proces obróbki metalu poprzez jego cięcie.
Obróbka metalu – szlifowanie (grinding)
Szlifowanie jest to precyzyjna obróbka metalu poprzez usunięcie niewielkiej ilości materiału. Narzędziem skrawającym jest to najczęściej tarcza szlifierska wykonana ze specjalnego materiału. Materiał mocuje się w specjalnych uchwytach lub czasami po prostu trzyma w rękach. Szlifowania pozwala uzyskać końcowe wymiary materiału lub wyeliminować niedoskonałości powierzchniowe.
Obróbka metalu – przeciąganie (broaching)
Przeciąganie, jak sama nazwa wskazuje, polega na przeciągnięciu elementu metalowego przez odpowiednio skonstruowany otwór (proces przeciągania zewnętrznego) lub przeciągnięcie narzędzia przez element metalowy (proces przeciągania wewnętrznego). Poprzez przeciągania dochodzi do stopniowego usuwania kolejnych warstw materiału i nadanie mu dedykowanego kształtu. Ruch narzędzia odbywa się w jednym kierunku i wymaga nadania dużej siły.
Obróbka metalu – wiercenie (drilling)
Wiercenie to podstawowy proces obróbki metalu, znany pewnie wielu z Was. Wykorzystuje się go głównie go tworzenia otworów w materiale. W procesie tym wprawia się w ruch obrotowy narzędzie skrawające, nazywane wiertłem. Następnie wiertło zbliża się do elementu obrabianego i poprzez cięcie usuwa materiał. Możecie spotkać się z procesem manualnym, gdzie stosuje się standardowe wiertarki „ręczne” lub mechanicznym.
Mechaniczny proces również najczęściej jest programowany za pomocą CNC. Na stole układa się materiał, następnie wiertło wykonuje zadaną pracę.
Obróbka metalu – cięcie gazowe (oxy-fuel cutting)
Cięcie gazowe pozwala usuwać materiał metalu poprzez jego wypalenie. Temperatura palnika dochodzi nawet do 3 500 stopni Celsjusza w przypadku cięcia acetylenem. Temperatura ta pozwala na wypalenie metalu. Stosuje się cięcie gazowe manualne przy usuwaniu różnego rodzaju konstrukcji stalowych. W przypadkach przemysłowych możecie zauważyć cięcie gazowe zautomatyzowane.
Obróbka metalu – cięcie laserowe (laser cutting)
Cięcie laserowe jak sama nazwa wykorzystuje źródło mocy laser. Wiązka lasera skierowana jest na materiał. Przy absorpcji wiązki powstaje wysoka temperatura, która spala i wyparowuje materiał metalu. Cięcie laserowe stosuje się do wycinania kształtów z cienkich blach. Proces w pełni automatyzuje się i przy pomocy programowania CNC z jednego arkusza blachy wycina się dziesiątki a czasem setki elementów. Proces ten jest bardzo wydajny i szybki. Lasery niestety są drogimi urządzeniami w porównaniu z wcześniej wymienionymi.
Kolejnym rodzajem obróbki metalu jest cięcie plazmowe, który z pozoru może przypominać nieco cięcie laserowe. Źródłem ciepła jest w tym przypadku gaz doprowadzony do postaci plazmy. Często mówi się, że plazma jest to 4 stan skupienia. Efekt ten uzyskujemy poprzez zajarzenie łuku elektrycznego oraz nadanie dużej prędkości gazom w dyszy. Źródłem ciepła w tym przypadku jest łuk plazmowy. Jako gazy plazmowe stosuje się powietrze i tlen lub gazy obojętne takie jak argon, azot czy wodór. W przemyśle stosuje się głównie zautomatyzowane cięcie plazmowe, poprzez programowanie maszyny za pomocą CNC. Również jak w przypadku lasera plazmę stosuje się do wycinania blach.
Obróbka metalu – cięcie wodą (water jet cutting)
Tak, dobrze czytasz. Jest możliwe cięcie wodą materiałów metalicznych. Sekretem tego procesu jest nadanie odpowiedniej prędkości cząsteczkom wody. Często dodaje się do wody materiał ścierający, aby przyspieszyć proces cięcia metalu. Również jak w przypadku lasera czy plazmy cięcie wody stosuje się głównie do wycinania cienkich blach. W przypadku dodania odpowiedniego ścierniwa możliwe jest wycinanie również grubszych elementów metalowych.
Obróbka metalu – cięcie elektroerozyjne (EDM)
Powoli wchodzimy na nieco abstrakcyjny grunt. Obróbka elektroerozyjna polega na usuwaniu z elementu materiału za pomocą wyładowań elektrycznych. Materiał zanurzony jest w specjalnych dielektrycznym płynie, a następnie dodawane są wyładowania elektryczne. W momencie tym dochodzi do erozji materiału i jego usunięciu. Proces ten wykorzystuje się do trudno obrabialnych mechanicznie materiałów. Często proces ten kryje się pod angielskojęzycznym skrótem EDM (electro-discharg machining)
Obróbka metalu – cięcie wiązką elektronów (EBM)
Mało Wam jeszcze abstrakcji? Wyobraźcie sobie, że opracowano metody cięcia metali za pomocą wiązki elektronów. W tym przypadku elektronom nadaje się bardzo dużą prędkość za pomocą specjalnie skonstruowanego działka elektronowego. Wykorzystuje się w nim soczewki magnetyczne rozpędzające elektrony do 200 000 km/s. Tak dwustu tysięcy kilometrów na godzinę.
Proces wykorzystuje się bardzo, bardzo rzadko do wysoce wyspecjalizowanych produktów i produkcji seryjnej. Wynika to z konieczności utrzymania próżni w komorze. Sama technologia jest droga, ale pozwala uzyskać dużą dokładność. Trudno znaleźć film pokazujący sam proces, ponieważ wszystko odbywa się w zamkniętych maszynach w bardzo małej skali produktów.
Obróbka metalu – cięcie za pomocą fal ultradźwiękowych (Ultrasonic cutting)
Robi się coraz dziwniej. Istnieje proces cięcia za pomocą fal ultradźwiękowych. Stosowany jest podobnie jak EDM do precyzyjnej obróbki niewielkich elementów. Proces polega na wprawieniu w drgania za pomocą fal ultradźwiękowych cząstek węglików boru, węglików krzemu lub tlenków aluminium znajdujących się w cieczy. Cząstki wprawione w ruch falami ultradźwiękowymi ścierają materiał obrabiany.
Proces ten jest ekstremalnie precyzyjny i pozwala uzyskać bardzo dokładną chropowatość powierzchni. W przypadki metali stosuje się go do obrabiania bardzo twardych stali w przypadku uzyskania precyzyjnych charakterystyk — najczęściej w przemyśle medycznym, lotniczym i kosmicznym.
Infografika
Przygotowałem dla Was specjalną infografikę, która podsumowuje najważniejsze metody cięcia metali. Więcej infografik znajdziesz na stronie: INFOGRAFIKI
Podsumowanie
Jak zdążyliście przeczytać istnieje wiele metod obróbki metalu poprzez cięcie. Wszystkie metody te stosowane są w przemyśle w zależności od cech materiału jakie chcemy uzyskać. Najważniejszym aspektem jest wybranie odpowiedniej metody. Mam nadzieję, że tyn tekstem przybliżyłem Wam procesy ciecia metali oraz przy okazji nauczyłem nieco angielskiego. Jeżeli interesuje Cię taka wiedza zapraszam po więcej do kategorii: Umiejętności inżynierskie.
Jeżeli tekst Ci się spodobał lub myślisz, że może się komuś przydać, to śmiało udostępniaj ;-).
