Основы производства металлохозяйственных товаров

Изготовление металлохозяйственных товаров включает в себя следующие технологические процессы:

— получение заготовок; 

— обработка заготовок различными механическими методами;

— термическая или химико-термическая обработка;

— нанесение защитных или защитно-декоративных покрытий на отдельные детали или изделие в целом;

— сборка изделия.

Литье. Метод литья является самым распространенным способом изготовления деталей и изделий при производстве металлохозяйственных товаров, т.к. считается наиболее дешевым для получения деталей сложной конфигурации.

Литье представляет собой получение заготовки-полуфабриката или изделия путем заливки расплавленного металла в земляные или металлические (кокильные) формы. Литьем в земляные формы нельзя получить тонкостенные отливки с гладкой поверхностью и точными размерами. Этих недостатков лишено литье в металлические (чугунные или стальные) формы, особенно при повышенном давлении. Металлические формы пригодны для многократного использования.

Обработка изделий методами пластической деформации. Обработка металлов давлением (методами пластической деформации) производится без снятия стружки, в холодном или горячем состоянии. При подобной обработке металлическая заготовка приобретает определенную форму, изменяются структура и свойства металла. Применяют следующие способы обработки металлов давлением: прокатку, штамповку, ковку, волочение, обработку на давильном станке, прессование.

Прокатка — это пластическая деформация, при которой заготовку подвергают многократному давлению между вращающимися в разных направлениях валками. Прокатка является высокопроизводительным автоматизированным способом обработки заготовок и изделий. Этим методом получают кровельную и другую листовую сталь, балки, прутки для проволоки, трубы, уголки и др.

Штамповка бывает объемная и листовая. Объемная штамповка заключается в том, что заготовка в горячем или холодном состоянии подвергается давлению, и в результате этой операции приобретает необходимую форму в верхней и нижней полостях штампа. Этим способом получают заготовки цельнометаллических ножей, вилок, ложек, ножниц, некоторых инструментов, приборов для окон и дверей и др.

Листовая штамповка является наиболее прогрессивным и высокопроизводительным способом изготовления деталей сложной формы с тонкими стенками. Листовую штамповку в зависимости от назначения подразделяют на штамповку, вырубку, вытяжку, гибку, пробивку. Для штамповки используют штамп, состоящий из пуансона (верхней подвижной части) и матрицы (нижней неподвижной части). На матрицу накладывается и закрепляется лист металла или заготовка, а пуансон с острыми краями опускается на нее и вырубает заготовку. При штамповке-вытяжке пуансон с тупыми краями вдавливает предварительно вырубленную заготовку в матрицу, где ей придается полая форма. Для изготовления полых изделий с высокими стенками применяют глубокую вытяжку, при которой заготовка в два-три приема вытягивается в разных матрицах, диаметр которых последовательно уменьшается.

Ковка является разновидностью обработки металла давлением. Различают ручную и машинную ковку. Ручная ковка заключается в обработке горячего металла или заготовки ударом на плоской поверхности наковальни. При машинной ковке для удара используют пневматический молоток или гидравлический пресс. У изделий, полученных ковкой, есть существенный недостаток - неточность размеров. В настоящее время ковку применяют в основном в мелкосерийном производстве.

Волочение — процесс протягивания заготовок (металлических стержней, труб) через отверстие, диаметр которого меньше их поперечного сечения. Для получения тонких профилей (проволок до сотых долей мм) многократное протягивание чередуют с промежуточным отжигом, охлаждением воздухом и жидкими составами.

Пробивкой получают сквозные отверстия, пазы.

Гибка — образование или изменение углов между частями заготовки либо придание заготовке криволинейной формы.

Для изготовления посуды применяется обработка на давильных станках, заключающаяся в прижимании листа металла или черновой заготовки с помощью специального давильника к вращающемуся патрону и получения в результате этой операции полого изделия определенной формы. Обработкой на давильных станках изготавливают как полностью готовые изделия (миски, кастрюли и др.), так и заканчивают формование изделий из заготовок, полученных вытяжкой.

При прессовании разных профилей нагретый металл выдавливается через отверстие в матрице. Прессованием получают изделия разных профилей; сечение и форма изделия соответствуют отверстию, через которое проходит металл. Этим способом получают готовые изделия из алюминия, магния, меди и их сплавов, имеющие точные размеры, высокую чистоту поверхности.

Дефекты при обработке металлов давлением возникают вследствие низкого качества исходного сырья (металла), неправильном режиме нагрева перед пластической деформацией или в результате нарушения технологических процессов. Такими дефектами являются превышение допустимых отклонений от норм размеров изделия, волосовины, плены, рванины, трещины, вмятины, царапины, забоины на заготовках, гофры (волнистые складки), заусенцы и др.

Обработка металлов резанием. Обработка металлов резанием представляет собой процесс снятия режущим инструментом припуска. После такой обработки заготовка приобретает необходимые геометрическую форму и размеры, а ее поверхность — определенную чистоту. Наиболее распространенными способами обработки металлов резанием являются точение, сверление, фрезерование, строгание, зубонарезание и слесарная обработка.

Для механической обработки резанием применяют токарные, сверлильные, фрезерные, строгальные, долбежные, зуборезные и другие стацки.

Слесарная или ручная обработка резанием включает в себя разметку, рубку, правку, гибку, резание, опиливание, сверление, зенкерование, развертывание, нарезание резьбы, клепка, шабрение.

Дефекты при обработке резанием возникают при работе на изношенных или неправильно настроенных станках и плохо заточенным инструментом. Наиболее распространенными дефектами являются: неправильные размеры и форма деталей, заусенцы, шероховатость поверхности, забоины, грубые царапины и др.

Термическая и химико-термическая обработка металлов. Для изменения структуры и свойств сталей, чугунов, цветных сплавов применяется термическая обработка, которая представляет собой процесс, состоящий из операций нагрева, выдержки и последующего охлаждения заготовок. Основными видами термической обработки металлов, применяемыми в производстве потребительских товаров являются отжиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг - нагрев стали (до 1100 °С), выдержка и очень медленное охлаждение металлических изделий. Такую обработку проводят для улучшения структуры металла, уменьшения внутренних напряжений.

Нормализация — нагрев металлических изделий (до 750—1180 °С) и медленное охлаждение их на воздухе для получения ненапряженной, мелкозернистой, однородной внутренней структуры, удобной для последующих механических обработок (штамповка, резание). Нормализацию применяют при изготовлении посуды, инструментов, деталей бытовых машин.

Закалка увеличивает твердость и прочность металлов, но одновременно уменьшает их пластичность. При закалке металл нагревают с разной скоростью до определенной температуры (углеродистые стали — до 800-900 °С), выдерживают и быстро охлаждают в разных средах — в воде, мыльных растворах, машинном масле, растворах (расплавах) солей, щелочей. Закалку применяют для режущих инструментов, которые не подвергаются удару, но должны иметь высокую поверхностную твердость.

Отпуск — окончательная операция термической обработки металла, проводимая с целью устранения внутренних напряжений, уменьшения хрупкости, твердости, растрескивания, деформирования, увеличения вязкости и улучшения обрабатываемости. В зависимости от температуры различают низкий, средний и высокий отпуск.

К дефектам, возникающим при термической обработке относят недостаточную твердость, мягкие пятна, повышенную хрупкость, обезуглероживание и окисление поверхности, коробление, деформацию и трещины.

Химико-термическая обработка металлов позволяет изменить химический состав, структуру, свойства поверхности металлической заготовки или изделия. Такая обработка предназначена для увеличения твердости, износостойкости, коррозионной стойкости поверхностного слоя при сохранении вязкой и прочной сердцевины. В процессе химико-термической обработки поверхность стальных изделий насыщается углеродом, азотом, алюминием, хромом, кремнием и другими элементами при нагреве в среде, содержащей эти элементы.

Цементация - поверхностное насыщение (на глубину 0,5—2,5 мм) углеродом (до 1—1,2 %) сталей с содержанием углерода не более 0,3 %.Вследствие повышения содержания углерода поверхность металла становится твердой, прочной, выносливой при изгибе, кручении, способной воспринимать термическую обработку.

Азотирование — насыщение поверхности стальных изделий азотом на глубину 0,2-0,6 мм. Азотирование позволяет придать деталям твердость, износостойкость, коррозионную стойкость.

Цианирование — одновременное ускоренное насыщение поверхностного слоя металла углеродом и азотом в расплавленных солях, содержащих цианистый натрий для повышения твердости, усталостной прочности и коррозионной стойкости.

Диффузионную металлизацию применяют для насыщения поверхностного слоя стали металлами или их соединениями в газообразной, жидкой, твердой среде для придания поверхностному слою твердости, коррозионностойкости, термостойкости и других положительных качеств в зависимости от свойств наносимого металла. Наиболее часто применяют диффузионное насыщение такими элементами, как алюминий (алитирование), кремний (силицирование), хром (хромирование), барий (барирование). Насыщение поверхности протекает достаточно долго, а толщина диффузионного слоя невелика. В целом процесс экономически и технологически оправдан, так как сокращается применение легированных сталей.

Точность и чистота обработки поверхности, отделка изделий. Действительные размеры металлоизделия могут быть больше или меньше указанных на чертеже, вследствие неточности станка, деформации режущего инструмента, точности измерения, квалификации рабочих. Разность между наибольшим и наименьшим предельным размерами детали называют допуском размера. От величины допуска зависит класс точности обработки. Установлены 11 классов точности. Самый высокий класс точности — 1, самый низкий — 9. Класс точности обработки изделий в зависимости от их назначения указывается в ТУ и ГОСТ.

При изготовлении деталей и заготовок литьем, ковкой, прокаткой достигаются 7, 8, 9 классы точности. Изготовление деталей точением, строганием, фрезерованием, сверлением обеспечивает 5 класс точности. Детали 1 класса точности изготавливают тонким шлифованием и полированием.

Измерительные приборы и инструменты должны иметь самый высокий класс точности. Для большинства металлохозяйственных товаров достаточно 7-9 класса точности обработки.

Для оценки качества обработки неровностей поверхности металлических изделий установлено 14 классов шероховатости поверхности, из которых 1 класс имеет наиболее шероховатую поверхность. Обозначают класс шероховатости специальным знаком, изображающим равносторонний треугольник с номером внутри него. Чем выше класс, тем более ровной, гладкой и блестящей должна быть поверхность изделия. На поверхности изделий с высоким классом чистоты нет неровностей, поэтому они лучше противостоят коррозии, трению. В товароведной практике шероховатость поверхности определяется сравнением с пластинками-эталонами для каждого класса.

В процессе производства металлохозяйственных товаров применяют следующие виды отделки: шлифование, полирование, крацовку, галтовку, притирку, хонингование и др.

Шлифование — механическая обработка металлической поверхности с помощью шлифовальных кругов. При такой обработке с поверхности металла удаляются заусенцы, риски, окалина, раковины. В зависимости от размера удаляемых с поверхности частиц различают шлифование грубое (черновое, 7—8 класс чистоты), чистовое (доводка, 8—9 класс), тонкое (тонкая доводка, 9-10 класс).

Полирование — удаление с металлической поверхности мельчайших неровностей (10—14 классы чистоты), доведение изделий до требуемых размеров и придание ей зеркального блеска. Полирование производят механическим, химическим и электрохимическим методами. Механическое полирование производят подобно шлифованию на станках мягкими эластичными кругами, на которые подается полировальная паста. Наиболее прогрессивными являются химическое или электрохимическое полирование, заключающееся в растворении мельчайших неровностей поверхности или покрытия химическими реактивами или под действием электрического тока в растворе электролита.

Притирка — очень точная ручная или механическая отделочная операция поверхности изделия специальными притирами для получения плотных, герметичных разъемных или подвижных соединений. Притиркой обрабатывают измерительные инструменты, вентили, газовую аппаратуру.

Крацовку применяют для удаления с поверхности металла ржавчины, окалины, формовочной смеси и других загрязнений, для сглаживания неровностей покрытия. Посторонние частицы удаляются вращающимися на валу электродвигателя жесткими стальными или мягкими проволочными щетками. Крацовкой получают поверхность 10-11 классов чистоты.

Галтовка — сухая или мокрая обработка небольших металлических изделий во вращающихся барабанах совместно с абразивами (песок, пемза, корунд и др.), а также обрезками кожи, древесными опилками, стальными шариками, кусочками фетра, войлока и др.

Хонингование — процесс обработки поверхностей заготовок абразивными брусками, совершающими сложное движение по отношению к обрабатываемой поверхности. Эту операцию применяют при обработке сквозных цилиндрических отверстий.

Способы соединения деталей изделий. Металлохозяйственное изделие изготавливают из деталей, соединяя их неразъемными (сваркой, клепкой, сшивкой, пайкой) или разъемными (с помощью винтов, болтов, гаек) соединениями.

Сварка бывает электрическая дуговая и контактная. В зависимости от способа соединения деталей различают стыковую, точечную, шовную (роликовую) контактную электросварку.

Клепка — способ соединения деталей с помощью заклепок — металлических стержней с головкой различной формы. Заклепки вставляются в просверленные или пробитые в заготовках и совмещенные отверстия и ударами молотка расклепываются концы стержней без головки. Такие соединения используются для подвижного крепления крышек (чайники, кофейники) или ручек (бидоны, ведра и др.) посуды.

Сшивка — способ соединения концов листового металла путем их изгибания и уплотнения ударами молотка или на специальной машине и последующей герметизации шва с помощью пайки, точечной или роликовой сварки. Сшивкой изготовляют корпуса крупногабаритных изделий — ведер, баков, канистр, бочек и т. п.

Пайка — соединение металлических деталей в твердом состоянии с помощью расплавленных жидких припоев. Припой и флюсы выбирают в зависимости от металла соединяемых деталей. Применяется для соединения деталей галантерейных, ювелирных, художественных изделий.