Изготовление металлических изделий: технологии и этапы производства

Как происходит? Изготовление металлических изделий состоит из восьми основных этапов. Их количество может быть больше или меньше в зависимости от выбранной технологии производства.

Что делают? Металлы и их соединения являются основным материалом для изготовления изделий общехозяйственного назначения. Производство включает в себя и мелкие детали часовых механизмов, и крупногабаритные строительные элементы.

Подготовка металла к производству

Перед производством метизов проводят ряд технологических операций, которые придают металлу требуемые характеристики.

Металлоперерабатывающие предприятия получают сырье (металлопрокат) в виде различных полуфабрикатов:

• массивные чушки (бруски) из хрупких сплавов, например, бронзы или чугуна;
• прутки, листы и слитки из других, более прочных металлов.

До выпуска деталей сырье проходит механическую обработку. Параметры готовых деталей должны строго соответствовать требованиям ГОСТа и других нормативных документов. Применение технологий изготовления металлических изделий должно отвечать правилам, изложенным в стандартах. Последствием их нарушения может стать производство бракованных метизов.

Преимущества производства металлических изделий

Детали и заготовки из металла имеют следующие достоинства, отличающие их от изделий из других материалов:

• Универсальность. Из металла можно производить детали разнообразных форм и размеров, и все они будут одинаково прочными и долговечными.
• Выбор характеристик. На металлообрабатывающих предприятиях установлено оборудование, на котором можно выполнять прокат, ковку, формовку и волочение металлопроката. Каждый из методов сообщает готовому изделию конкретные свойства.
• Небольшая цена. Сырье для производства метизов стоит относительно недорого.
• Эстетичность, декоративные качества.
• Прочность и долговечность. Металлоизделия имеют длительный срок службы даже без применения дополнительных методов обработки при изготовлении. Инструменты способны сохранять основные свойства и выполнять свою работу долгие годы.
• Возможность санитарной обработки. Благодаря этому свойству изделия из определенных разновидностей стали широко используются в медицине и пищевой промышленности.

Виды металла, используемые в производстве изделий

Для изготовления металлических изделий используют два вида материала.

Черные металлы

Такой материал имеет свои разновидности: чугун и сталь. Эти сплавы похожи по характеристикам, их основное отличие заключается в составе, а именно количестве углерода в металле. Стальные сплавы, в свою очередь, делятся на легированные и углеродистые.

Доступные в настоящее время черные металлы широко применяются для производства метизов. Этот материал долгое время остается востребованным на рынке благодаря тому, что сплавы и металлопрокат из них обладают отличными эксплуатационными характеристиками.

Каждый вид металлоизделий должен соответствовать нормам ГОСТа, в котором перечислены требования к размеру и форме, а также допустимым погрешностям. Из сплавов черного металла производят листовой, трубный, сортовой и фасонный прокат.

Цветные металлы

Эта разновидность получила свое название из-за разнообразных оттенков металлов и сплавов. Например, медь имеет розовато-красный цвет, потому и ее сплавы окрашены в розовые тона.

Для массового производства метизов используют сплавы с разными пропорциями, за счет чего готовая продукция приобретает те или иные свойства. Меняя соотношение металлов в смеси, получают варианты физических, химических и механических характеристик изделий.

Кроме того, качества сплавов можно совершенствовать с помощью дополнительных методов обработки – механического или химического воздействия. К механическим методам изготовления металлических изделий относятся такие процессы, как резка, сварка, пайка, ковка, прокатка, прессование, штамповка и другие. При химической обработке заготовки подвергают воздействию определенных температур, искусственному старению и т. п.

Сплавы цветных металлов применяют для производства литых изделий, проволоки, прутков, мотков, полос, лент, листов и фольги. Некоторые предприятия с недавних пор вместо сплавов начали использовать порошки.

Технологии изготовления металлических изделий

Современные металлообрабатывающие предприятия имеют множество видов оборудования для работы с конструкционными сплавами и металлами. Инновационные методы производства и обработки металлопроката и различных сложных деталей позволяют обеспечивать потребности авиастроительной и космической индустрии. Также благодаря передовым технологиям развиваются сферы высокоточных устройств и механизмов.

Читайте также: «Лестница на металлическом каркасе: прочность и эстетика в одном решении»

Самые распространенные технологии производства метизов можно разделить на шесть основных групп.

Ковка и литье

Эти технологии являются самыми старинными способами создания металлических изделий. Сейчас литье преимущественно выполняется для изготовления запчастей машин, а ковку чаще всего применяют для создания декоративных элементов.

Обработка давлением

К этой категории относятся гибка, прессование, волочение и штамповка. Технологии применяют для производства заготовок и готового металлопроката. Гибка металлических листов выполняется на современных станках с ЧПУ. При помощи числового программного управления можно производить изделия и запчасти самых сложных форм с практически идеальной геометрической точностью.

Механическая обработка

Механообработка представлена всеми способами изготовления металлических изделий при помощи резания:

• точение на токарных станках;
• фрезерная обработка;
• сверление и зенкерование;
• шлифовка;
• нарезание резьбы.

Станки с ЧПУ предназначены для производства высококачественных метизов с четкими формами и гладкими поверхностями. Использование таких агрегатов позволяет практически полностью исключить человеческий фактор, за счет чего в разы повышается производительность работ и, следовательно, снижается себестоимость металлоизделий.

Сварка

Эта технология постоянно развивается и совершенствуется. Для каждого вида металлического сырья можно выбрать наиболее подходящий способ сварочных работ. Аргонодуговая, автоматическая, полуавтоматическая сварка и сварка в среде защищенных газов – все эти методы позволяют создавать изделия из металлов, обладающие требуемыми технико-эксплуатационными характеристиками.

Лазерная резка

Лазерную резку применяют для изготовления мелких и больших металлических изделий из листов и трубного проката. Точность раскроя достигает 0,1 мм, и, по сравнению с классическими методами резания металла, с помощью лазерной резки производят более качественные заготовки и детали.

• По краям не остаются заусенцы и наплывы.
• Легирующие элементы сплава не окисляются и не выгорают.
• Заготовка не деформируется, сохраняя изначальную геометрию.

Операция лазерной резки полностью автоматизирована. Изготовление металлических изделий происходит строго по чертежам, предварительно внесенным в программу станка.

Термообработка

При помощи температурного воздействия появляется возможность изменить кристаллическую решетку металла. Также метод позволяет обработать наружный слой детали, чтобы придать ей требуемые качества – механическую прочность и жаропрочность, пластичность, обрабатываемость и многие другие.

Для производства изделий из стали на современных металлообрабатывающих предприятиях обычно используются следующие виды термической обработки:

• Отжиг – заготовку нагревают до +800°С и далее медленно охлаждают, не доставая из печи. Операция снижает твердость сплава, что повышает его обрабатываемость.
• Закалка – изделие также нагревают до +800°С, а затем резко охлаждают в жидкой среде, например в воде или масле.
• Отпуск – эта манипуляция позволяет снять внутренние напряжения после предыдущей операции. Заготовку длительное время выдерживают при температуре от +150 до +650°С.
• Нормализация – обработка также позволяет снять напряжения и повысить прочность изделия. После нагрева деталь медленно охлаждают на воздухе.

Существуют более редкие виды термообработки. Цементация и нитроцементация позволяют создать на заготовке высокопрочный слой путем нагрева и насыщения поверхности стали атомами углерода и азота.

Читайте также: «Термическая сварка: виды и особенности»

После выполненной обработки на готовый метиз из углеродистой стали или другого материала, склонного к образованию ржавчины, наносят антикоррозионное покрытие. При изготовлении металлических конструкций и изделий разного назначения технология производства включает один или несколько видов защиты от коррозии:

• нанесение лакокрасочных покрытий;
• покрытие полимерно-порошковой краской;
• цинкование.

8 основных этапов производства металлических изделий

Нужно четко следовать технологии производства, чтобы выпускать метизы, соответствующие нормам ГОСТов и требованиям заказчика. Процесс состоит из 8 основных этапов.

Проектирование

Перед изготовлением любой детали сначала разрабатывают проект. Выполняют чертежи с подробной информацией о размерах, пропорциях изделия, основанных на предварительных расчетах и техническом задании заказчика, также подготавливают схематические изображения и/или 3D-модель.

Выбор материалов

Если предприятие располагает собственным сырьем и заготовками, этот этап можно пропустить. Но когда заказчику нужен продукт полного цикла производства, требуется выбрать наиболее подходящий материал: металл или сплав с определенным составом и конкретной марки.

Читайте также: «Материалы для сварки: основные виды и их особенности»

При подборе необходимо учитывать:

• Физические, химические и механические свойства металла.
• Технологию производства. Для изготовления металлических изделий при помощи гибки подойдет не любой сплав, а только обладающий достаточной пластичностью, благодаря которой металл сохраняет свои характеристики при изменении формы.
• Доступные технологии. На металлообрабатывающем предприятии не всегда есть все виды оборудования для выполнения разных производственных процессов.
• Техническое задание клиента. В нем приводятся сведения о типе будущих метизов, форме, размерах, прочности и прочих желаемых свойствах.

Формовка

На этом этапе заготовкам придаются нужные размеры и конфигурации. Эту операцию можно выполнять с помощью разных способов: давлением, механической обработкой, резанием, литьем. Нужный метод выбирают в зависимости от характеристик металла, в частности его пластичности, твердости и жаропрочности.

Термическая обработка

После изготовления готовым металлическим изделиям хозяйственного назначения и различным деталям требуется такое свойство, как устойчивость к перепадам температур, агрессивным химическим веществам, ударным, статическим нагрузкам. Устойчивость метиз приобретает при помощи термообработки.

Шлифование

Если требуется, чтобы поверхность детали была не шероховатой, а гладкой, нужно выполнить шлифовку.

Читайте также: «Шлифовка металла: технология, режимы выполнения работ»

Операцию выполняют инструментами с вращающимися абразивными валами и шлифовальными кругами, которые удаляют неровности, зазубрины и другие дефекты производства.

Полировка

Этот вид тонкой шлифовки делает поверхность идеально гладкой и почти зеркальной, но этот этап не является обязательных для всех металлоизделий. Обработку проводят с использованием вращающихся полировальных кругов с самыми мелкими абразивными зернами.

Соединение

Для изготовления металлических изделий и конструкций любой сложности может понадобиться соединять произведенные детали между собой. Такую операцию делают разными способами:

• сварка;
• склейка;
• соединение болтами и гайками с резьбой;
• соединение резьбовыми шпильками;
• клепка;
• пайка.

Химическая финишная обработка

Готовую деталь в конце можно дополнительно обработать химическими способами для придания нужного оттенка или создания защитного поверхностного слоя.

Для этого выполняются:

• порошковое окрашивание;
• хромирование;
• борирование;
• азотирование;
• оцинковка;
• гальванизация;
• цементация и нитроцементация.

Часто задаваемые вопросы об изготовлении металлических изделий

Как на предприятии контролируют качество готовых металлоизделий?

Для обнаружения внутренних и внешних дефектов разных размеров проводят исследования на разных уровнях: субмикроскопическое изучение, микро- и макроанализ.

Какую продукцию производят из стали?

Сплавы стали широко используются для производства хозяйственных метизов, строительных инструментов, посуды и другой кухонной утвари, станков и их запчастей, а также многого другого.

Что можно сделать из латуни?

Чаще всего этот сплав применяют для создания элементов декора и различных сувениров. Также латунь используется для выпуска трубного металлопроката, проволоки, подшипников и шестеренок. Пригодится этот сплав для изготовления как небольших металлических изделий и приборов, так и массивных машин.

Какие металлоизделия изготавливают из чугуна?

Этот материал необходим для производства сантехнического оборудования: ванн, раковин, отопительных труб. Чугунные изделия считаются особенно удобными и долговечными даже при регулярном использовании.

Что производится из бронзы?

Бронза активно используется для создания деталей многих сфер производства: от машино- до ракетостроения. Еще бронзовые сплавы применяют для изготовления электронных компонентов устройств, способных функционировать в соленой морской воде, а также химической аппаратуры.

Изделия из металла встречаются в быту повсеместно. Везде, где необходимо использовать специфические инструменты или оборудование, невозможно обойтись без метизов. Металл и разнообразные сплавы – долговечный, прочный и устойчивый ко многим внешним факторам материал, который стоит относительно недорого. Сейчас стало трудно представить любую деятельность человека, в которой бы он не участвовал.