Izrada prototipa lijevanjem i tlačnim lijevanjem metala
Metal se u rudniku iskopava iz zemlje, te se u ljevaonici lijeva u kokile. Ovo područje obrade metala zove se "prototipizacija". Metal se ulijeva u osnovni oblik bez daljnjeg rezanja te se isporučuje industriji poluproizvoda.
Strojevi za tlačni lijev i oni za standardno lijevanje željeza obrađuju metale izravno iz taline u gotove proizvode. Strojevi za lijevanje uključuju peći, posude, strojeve za kontinuirano lijevanje i strojeve za ekstruziju, koji se koriste za izradu profila i poluproizvoda.
Oblikovanje metala
Nakon prototipiziranja, metal se valja i obrađuje u blokove, ploče ili trake. To su prvi koraci u procesu oblikovanja. Metal se prešanjem, valjanjem, savijanjem ili kovanjem pretvara iz jednog oblika u drugi. Za svaku od ovih varijanti postoje prikladni strojevi za obradu metala:
- valjci se koriste u čeličanama i u obradi lima za izravnavanje i pripremanje tankih limova
- preše od šupljih materijala čine najrazličitije krajnje proizvode
- apkant preše savijaju metalne listove u željenom smjeru
- strojevi za kovanje pretvaraju masivne obratke kako bi se mogli preraditi u komponente visoke čvrstoće
Kovanjem se proizvode posebno tvrdi i izdržljivi proizvodi. Kako bi se mogli proizvesti složeni proizvodi poput koljenastih vratila, obično se nekoliko alata za kovanje postavljaju jedan iza drugoga. To postupno oblikuje obradak u željeni oblik. Apkant preše, giljotine i preše spadaju u strojeve za obradu lima.
Procesi oblikovanja ne mijenjaju masu obratka, no u većini slučajeva to je neizbježno.
Obrada metala odvajanjem
Metode obrade odvajanjem uključuju rezanje i uklanjanje materijala upotrebom raznih alatnih strojeva.
To uključuje, između ostalog:
Rezanje
Najjednostavniji strojevi za rezanje u obradi lima su hidraulične škare i giljotine te apkant preše. Ovi strojevi režu lim linijski, u jednom smjeru. Štance i strojevi za zarezivanje uklanjaju materijal s određenog dijela plohe obratka.
Obrada metala uklanjanjem materijala
Uklanjanje
Tehnički jednostavne, ali vrlo korištene, bušilice se koriste za izradu rupa, navoja i slijepih rupa.
Kada je riječ o finoj strojnoj obradi, koriste se strugovi i glodalice, kojima se ostvaruju posebno složene konture. Strugovi omogućuju proizvodnju rotacijski simetričnih tijela.
Najnapredniji tip glodalica i strugova su CNC obradni centri, koji objedinjuju obje funkcije s ponovljivom točnošću i dosljednom kvalitetom, a često omogućuju i bušenje. CNC obradni centri su među najsofisticiranijim, najkvalitetnijim i najskupljim strojevima za obradu metala.
Strojevi za rezanje zupčanika kombiniraju funkcije strojeva za glodanje i brušenje. Ovi izuzetno kvalitetni strojevi koriste se za preciznu serijsku proizvodnju zupčanika. Oni su slični konvencionalnim obradnim centrima, ali imaju neke posebne značajke prilagođene njihovoj namjeni. Stroj za rezanje zupčanika obično je smješten nakon postrojenja za kaljenje, kojim se metalni zupčanik prije svega očvršćuje.
Završnu obradu površine konačno preuzimaju strojevi za lepanje, polirke i brusilice. Oni pružaju obradu do posljednje stotinke ili tisućinke milimetra, što osigurava maksimalnu preciznost.
Pored postizanja potrebnih tolerancija, dorada također služi kao priprema za galvansku prevlaku metala. Kromiranje metalnih proizvoda nije moguće bez prethodnog poliranja.
Poseban oblik strojeva za obradu uklanjanjem materijala su erozimati. Ovi uređaji za „obrnuto zavarivanje“ rade pomoću struje te mogu izraditi precizne šupljine na metalnim komadima. Erozimati se često koriste u izradi alata te pružaju pouzdane i precizne alate za prešanje, štancanje, tlačno lijevanje i brizganje.
Rezanje metala bez alata
Pored postupaka mehaničkog razdvajanja, za rezanje metala postoje i strojevi bez alata. Najjednostavniji i najjeftiniji način rezanja metala u komade je autogeno rezanje. U ovom slučaju plamen visoke temperature na osnovi mješavine zapaljivih plinova i kisika prolazi po metalnom obratku. Ovakav način rezanja je prilično gruba metoda. Pri obradi stvara se prorez širok nekoliko milimetara i postupak nije savršeno precizan ni kod CNC strojeva. Osim toga, pri autogenom rezanju nekoliko se milimetara materijala po rubovima reza stvrdnjava. Ako to nije poželjno za krajnji proizvod, taj se materijal, takozvana toplinski zahvaćena zona, mora obraditi glodalicom.
Puno precizniji su strojevi za rezanje plazmom, koji ujedno rade i s manje izraženom toplinski zahvaćenom zonom. Osim toga, pomoću CNC upravljačkog sustava mogu se izrezati precizne konture iz debelih materijala.
Strojevi za autogeno rezanje i rezanje plazmom zahtijevaju polazni materijal koji ima minimalnu debljinu od nekoliko milimetara. No također je moguće lako izrezati metal od nekoliko centimetara.
Za tanke listove najčešće se koristi laserski rez, koji vrlo fino i precizno razdvaja metale, bez značajnog gubitka materijala. Za razliku od opreme za autogeno rezanje, strojevi za lasersko rezanje su uglavnom stacionarni strojevi s CNC upravljanjem.
Za ostvarivanje rezova na hladno, proširila se metoda rezanja vodenim mlazom. Ona se izvodi iznimno oštrim vodenim mlazom i abrazivnim sredstvom koji reže metalni list. Poznata kao Water-Jet ili Aqua-Cut, ova metoda ne stvara toplinski zahvaćenu zonu i postiže visoku preciznost.
Spajanje metala
Najčešće korištena metoda spajanja metala je zavarivanje, a najjednostavniji oblik je zavarivanje trenjem. Mnogo rasprostranjenije su različite vrste elektrolučnog zavarivanja i zavarivanja inertnim plinom. Postoji širok raspon opreme, od praktičnih aparata za varenje do stacionarnih strojeva. Za posebno debele listove ili velike obratke koristi se zavarivanje pod praškom (EPP). Osim zavarivanja, u procese spajanja metala ubrajaju se lemljenje, lijepljenje i zakivanje.
Osim već spomenutih procesa brušenja i poliranja, postoje i drugi postupci dorade koji koriste posebne strojeve za obradu metala.
Strojevi za oblaganje
U ovu skupinu spadaju prije svega strojevi za galvanizaciju. Preklopljeni metalni proizvod prekriva se tankim slojem cinka, bakra, zlata ili kroma. Najjednostavniji galvanski sistemi za oblaganje su oni za pocinčavanje uranjanjem. Oni se uglavnom koriste za čelične proizvode kako bi ih trajno zaštitili od korozije.
Sustavi za kromiranje upotrebljavaju više kupki za uranjanje koje metalnim proizvodima korak po korak nanose tanki sloj kroma visokog sjaja. Osim galvanskih procesa koriste se i strojevi za praškasto oblaganje. Ovi strojevi elektrificiraju gotove proizvode te ih obasipaju plastičnim prahom. Zatim se dijelovi pomaknu s plastičnim praškastim praškom u pećnici, pri čemu se plastična masa topi. Rezultat je zatvorena površina koja djelotvorno štiti metalni materijal od korozije, dajući mu atraktivnu boju. Konačno, metali mogu biti lako premazani svakojakim metodama lakiranja i obljepljivanja.
Strojevi za mijenjanje svojstva materijala
Ovi strojevi uključuju prije svega postrojenja za toplinsko kaljenje. Oni se sastoje od peći za žarenje i uljne kupke za uranjanje. Zagrijavanjem i brzim hlađenjem stvaraju se tvrdi i otporni komadi.
Otvrdnuti metalni proizvodi mogu se naći u kontekstima gdje se očekuje mnogo trenja: zupčanici, ležajevi, osovine i klizne cijevi i dr. Kako bi se povećao njihov životni vijek, ovi proizvodi često imaju kaljene površine.
Kontrola preciznosti mjerenjem i ispitivanjem metala
Mjerenje pri obradi metala
Krajnji proizvod od metala dobar je onoliko koliko i njegova najgora komponenta. Da bi se osiguralo da sve komponente imaju željena svojstva u svakom pogledu, razvijen je velik broj strojeva za mjerenje i ispitivanje. Ispitivanje materijala je zaseban proces obrade metala. Podijeljen je na metode sa i bez razaranja, koje zahtijevaju primjenu specijaliziranih strojeva za obradu metala.
Metode ispitivanja s razaranjem
Klasična među destruktivnim mjernim sustavima je univerzalna kidalica za vlačno ispitivanje. Ovdje se metalni ispitni uzorak steže na uređaj za vuču, koji se pomiče sve dok materijal ne popusti. Ovim se uređajima točno definira elastičnost i otpornost na deformaciju površine materijale.
Jednako su često zastupljena i klatna za ispitivanje udarne žilavosti materijala. Rotirajući čekić udara ispitni uzorak točno određene dimenzije i oblika i mjeri silu potrebnu za ga slomiti.
Strojevi za ispitivanje tvrdoće također zahtijevaju točno određene i prethodno pripremljene uzorke. Ovi uređaji koriste iglu koji s određenom silom usmjeravaju na materijal i mjere koliko duboko igla prodire u njega. Još uvijek rašireni ručni strojevi za ispitivanje tvrdoće sve se više zamjenjuju automatiziranim sustavima. Pravu sliku sastava metalnog uzorka dobiva se spektrometrom, koji daje informacije o sastojcima i legurama.
Metode ispitivanja bez razaranja
Metode ispitivanja bez razaranja uključuju optičke, taktilne i penetracijske pristupe.U optičke metode ispitivanja metala spadaju svi procesi ispitivanja koji se mogu izvesti golim okom. Od ravnala, mjerne trake, šublerom, mjernim vijkom pa sve do povećala i mikroskopa, industrija nudi veliki izbor alata za optičku kontrolu. Osim toga, danas ove naprave podržavaju i iznimno precizni laserski mjerni uređaji.
Taktilne metode ispitivanja koriste, na primjer, 3D koordinatni mjerni strojevi. CNC kontrolirana, vrlo osjetljiva sonda pomiče se po metalnom proizvodu i vrši mjerenja na točno definiranim točkama. Ova metoda se naročito često koristi za zavarene konstrukcije.
Da bi se metalni proizvodi i materijali mogli ispitati bez razaranja, razvijene su još dvije metode: rendgenski i ultrazvučni pregled. Rendgenska slika je precizna i pouzdana, ali potencijalno opasna zbog svog zračenja. Ovisno o debljini materijala, jedan proces ispitivanje može potrajati i do nekoliko sati. U tim su slučajevima puno brži ultrazvučni postupci. Uređaji su dostupni su kao ručni mjerači i kao stacionarni strojevi te su potpuno bezopasni.
