Các phương pháp gia công kim loại hiệu quả nhất hiện nay
Date: 17/12/2022
Mục lục
Gia công kim loại là một tập hợp các kỹ thuật nhằm thay đổi hình dạng của kim loại, cũng như các đặc tính hóa học hoặc vật lý để sử dụng thực tế. Trong bài viết của chúng tôi, chúng tôi sẽ cung cấp một cái nhìn tổng quan về phương pháp gia công kim loại phổ biến nhất, cũng như các công cụ được đề xuất.
Nguồn gốc lịch sử của gia công kim loại có trước lịch sử được ghi lại; việc sử dụng nó kéo dài các nền văn hóa, nền văn minh và hàng thiên niên kỷ, và ban đầu nó là về việc tạo hình các kim loại bản địa, mềm như vàng bằng các dụng cụ cầm tay đơn giản, chủ yếu cho mục đích trang trí.
Nó đã phát triển thành các phương pháp nấu chảy quặng và rèn nóng các kim loại cứng hơn như sắt, cho đến các quy trình hiện đại kỹ thuật cao như gia công và hàn. Đây là khi mọi người bắt đầu sử dụng các kim loại khác nhau để sản xuất vũ khí và các sản phẩm hàng ngày.
Trải qua hàng thiên niên kỷ, công nghệ đã tiến bộ rất nhiều. Ngày nay có nhiều cách để xử lý chính xác kim loại để đạt được hiệu quả mong muốn.
Các quy trình gia công kim loại chính bao gồm: cắt, tạo hình và nối. Tìm hiểu sâu hơn, có nhiều cách để kết nối các nguyên tố kim loại với nhau và các quy trình khác nhau được sử dụng cho bề mặt kim loại, được thiết kế để tăng cường độ bền của chúng: bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn hoặc các loại axit khác nhau, nhiệt độ cao, v.v.
Dưới đây chúng tôi trình bày các phương pháp và kỹ thuật gia công kim loại phổ biến nhất hiện đang được sử dụng rộng rãi cả trong công nghiệp và thủ công. Chọn đúng phụ thuộc vào hiệu quả mong muốn.
Phay là một trong nhiều phương pháp cắt kim loại khác nhau. Nó thường được thực hiện trên máy phay, là loại máy chạy bằng năng lượng với dao phay quay quanh trục chính và bàn gia công có thể di chuyển theo nhiều hướng. Kỹ thuật này được chia, tùy thuộc vào vị trí của lưỡi kiếm, thành phía trước và theo chu vi, và tùy thuộc vào vị trí của vật thể – thành xoay ngược chiều và xoay cùng chiều.
Các loại máy cắt khác nhau được sử dụng để sản xuất các dụng cụ và bộ phận cơ khí (bánh răng, ốc vít), cũng như để tạo các hình trang trí, rãnh, v.v.
>>> Xem thêm phương pháp gia công phay CNC
Tiện là một phương pháp gia công khác. Nó bao gồm việc tách, với sự trợ giúp của một lưỡi dao, các lớp liên tiếp của vật liệu thường được đưa vào quay. Dựa trên vị trí của lưỡi máy tiện so với phôi, có thể phân biệt tiện ngoài và tiện trong.
Máy tiện được sử dụng theo nhiều cách, ví dụ như trong sản xuất các bộ phận cơ khí (cho ô tô và các loại máy móc), đồ gia dụng, phụ kiện thể thao, v.v. Những máy này được chia thành tốc độ, động cơ, tháp pháo, phòng dụng cụ và máy tiện CNC.
>>> Xem thêm phương pháp tiện chi tiết
Đây là một phương pháp gia công kim loại phổ biến khác. Nó bao gồm việc hoàn thiện bề mặt của các nguyên tố kim loại bằng các công cụ mài mòn để tạo cho chúng một dạng nhẵn. Có thể sử dụng máy mài đĩa, đá mài hoặc băng mài mòn cho mục đích này. Nó được sử dụng để mài lỗ, trục và mặt phẳng kim loại.
Xử lý nhiệt là một nhóm các quy trình công nghiệp, nhiệt và gia công kim loại được sử dụng để thay đổi tính chất vật lý và đôi khi là hóa học của vật liệu. Xử lý nhiệt thường được sử dụng cho các mặt hàng thép. Chúng ta có thể phân biệt các loại xử lý nhiệt sau:
Lưu huỳnh hóa là một phương pháp xử lý nhiệt hóa học để cải thiện tính chất trượt của kim loại. Nó thường được sử dụng cho vòng bi, lót xi lanh, các loại trục (bao gồm cả trục cam) và bánh răng. Nó cũng giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn, kéo dài đáng kể tuổi thọ của các công cụ được xử lý theo kiểu này – thậm chí là 300-400%.
Để làm giàu bề mặt kim loại bằng lưu huỳnh, hydro sunfua lỏng hoặc khí được sử dụng, đôi khi cũng sử dụng natri thiosulfat với việc bổ sung kali và natri thiocyanat. Tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng, quá trình diễn ra ở nhiệt độ từ 200 đến tối đa. 900°C.
Đây là phương pháp tăng khả năng chống nhiệt độ cao và tăng khả năng chống axit. Nó diễn ra bằng cách nung nóng các nguyên tố kim loại trong ferrosilicon dạng bột hoặc trong môi trường khí bão hòa với các hợp chất silic và clo. Nhiệt độ cần thiết để đạt được phản ứng là khoảng. 1000°C. Silicon hóa là một phương pháp xử lý nhiệt hóa học của kim loại.
Hàn bao gồm nối các kim loại bằng phương pháp nóng chảy và hóa rắn. Ngày nay, có nhiều phương pháp hàn khác nhau dựa trên nhiều quá trình hóa học và vật lý. Các phương pháp hàn điện phổ biến nhất là:
Ngoài các phương pháp trên, các kỹ thuật hiện đại hơn cũng được sử dụng, bao gồm hàn bằng tia laze, chùm tia điện tử hoặc khí điện. Ngoài ra còn có các phương pháp hàn trong đó nguồn nhiệt là nơi xảy ra phản ứng hóa học cục bộ. Điều này bao gồm một phương pháp được sử dụng để kết nối đường ray, được gọi là hàn thermite, trong đó hỗn hợp oxit sắt và nhôm được đốt cháy.
Các phụ kiện hữu ích trong quá trình hàn bao gồm các loại dụng cụ đánh dấu , bình khí (hàn TIG, MIG/MAG), mũ và quần áo bảo hộ (chống tia lửa và nhiệt độ cực cao).
Sơn tĩnh điện là một cách rất hiệu quả để sơn bề mặt kim loại. Quy trình sử dụng các hạt sơn bột điện hóa có kích thước từ 20-100 micromet. Liên kết dựa trên lực tĩnh điện. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm, bao gồm bảo vệ hoàn hảo vật liệu sơn khỏi bị ăn mòn, không chứa dung môi độc hại và giá thành thấp.
Sơn tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong hầu hết mọi ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp ô tô mà còn trong sản xuất đồ nội thất, các loại máy móc (nông nghiệp, công nghiệp) và đồ gia dụng.
Một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi khác để phủ kim loại bằng sơn là sơn ướt. Nó bao gồm việc áp dụng sơn tích điện với việc sử dụng dung môi, nước hoặc chất làm cứng hóa học. Các loại sơn khác nhau được sử dụng, ví dụ như sơn dầu, nhựa vinyl, epoxy và phthalic.
Ưu điểm của kỹ thuật này, trên hết, là lớp hoàn thiện hấp dẫn của lớp phủ và nhiều màu sắc sẵn có. Nó cũng là một phương pháp bền và bảo vệ bề mặt kim loại chống rỉ sét.
Một cách tuyệt vời để bảo vệ các đồ vật bằng thép khỏi bị ăn mòn là mạ kẽm nhúng nóng. Phương pháp này bao gồm nhúng các nguyên tố đã được làm sạch trước vào bể kẽm, tức là kẽm nóng chảy ở nhiệt độ xấp xỉ. 450°C. Bản thân quá trình này thường mất một thời gian rất ngắn – tối đa vài phút.
Mạ kẽm cũng tăng cường khả năng chống lại thiệt hại cơ học của các yếu tố. Kỹ thuật này tương đối rẻ tiền và thân thiện với môi trường. Nó thường được sử dụng trong sản xuất các tấm kim loại và cấu hình được sử dụng trong ngành xây dựng, các bộ phận thân xe, bể chứa, silo, v.v., tiếp xúc với các điều kiện môi trường bất lợi trong quá trình sử dụng.
Việc lựa chọn các công cụ phù hợp để gia công kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các công cụ khác nhau sẽ cần thiết trong các nhà máy thép hơn là trong các nhà máy mạ kẽm hoặc các nhà máy sản xuất phụ tùng ô tô. Chúng thường là những thiết bị tinh vi cho phép xử lý nhiệt và hóa học rất hiệu quả, cũng như xử lý cơ học kim loại. Thiết bị công nghiệp bao gồm, trong số những thứ khác:
Trong các xưởng và cho mục đích sử dụng cá nhân, các dụng cụ điện để xử lý kim loại nguội thủ công được sử dụng, chẳng hạn như:
Máy hàn cầm tay (MIG/MAG, MMA, TIG) và máy tán đinh được sử dụng để nối kim loại. Máy cắt plasma, máy mài góc, cưa tròn và cưa vát được sử dụng để cắt. Chúng có thể được sử dụng cho hầu như tất cả các loại tấm kim loại.
Công cụ tốt nhất để cắt nhôm, có thể là một công việc phức tạp ở nhà, là một trò chơi ghép hình. Trong công nghiệp, một dòng nước tập trung được sử dụng cho mục đích này.
Nếu không có gia công kim loại, nền văn minh như chúng ta biết ngày nay sẽ không tồn tại. Các nguyên tố kim loại thường được sử dụng do đặc tính dẻo, khả năng tạo hình vô tận, cũng như độ bền và khả năng chống lại các yếu tố bên ngoài. Một trong những lợi thế chính cũng là khả năng dẫn điện, điều này rất quan trọng trong việc tạo ra và phát triển các thiết bị điện tử.
Vì những lý do trên, nhiều phương pháp gia công kim loại đã được phát triển. Chúng tôi bắt gặp một số trong số chúng hàng ngày, chẳng hạn như băn khoăn không biết nên chọn cờ lê tác động khí hoặc máy mài nào, trong khi các thiết bị khác được sử dụng trong các nhà máy sản xuất dựa trên các quy trình công nghệ phức tạp (ví dụ: hàn chùm tia điện tử hoặc gia công kim loại bằng laser).
Gia công kim loại là gì?
Nguồn gốc lịch sử của gia công kim loại có trước lịch sử được ghi lại; việc sử dụng nó kéo dài các nền văn hóa, nền văn minh và hàng thiên niên kỷ, và ban đầu nó là về việc tạo hình các kim loại bản địa, mềm như vàng bằng các dụng cụ cầm tay đơn giản, chủ yếu cho mục đích trang trí.
Nó đã phát triển thành các phương pháp nấu chảy quặng và rèn nóng các kim loại cứng hơn như sắt, cho đến các quy trình hiện đại kỹ thuật cao như gia công và hàn. Đây là khi mọi người bắt đầu sử dụng các kim loại khác nhau để sản xuất vũ khí và các sản phẩm hàng ngày.
Trải qua hàng thiên niên kỷ, công nghệ đã tiến bộ rất nhiều. Ngày nay có nhiều cách để xử lý chính xác kim loại để đạt được hiệu quả mong muốn.
Quy trình gia công kim loại
Các quy trình gia công kim loại chính bao gồm: cắt, tạo hình và nối. Tìm hiểu sâu hơn, có nhiều cách để kết nối các nguyên tố kim loại với nhau và các quy trình khác nhau được sử dụng cho bề mặt kim loại, được thiết kế để tăng cường độ bền của chúng: bảo vệ chúng khỏi bị ăn mòn hoặc các loại axit khác nhau, nhiệt độ cao, v.v.
10 Phương pháp gia công kim loại phổ biến nhất hiện nay
Dưới đây chúng tôi trình bày các phương pháp và kỹ thuật gia công kim loại phổ biến nhất hiện đang được sử dụng rộng rãi cả trong công nghiệp và thủ công. Chọn đúng phụ thuộc vào hiệu quả mong muốn.
1 - Phay
Phay là một trong nhiều phương pháp cắt kim loại khác nhau. Nó thường được thực hiện trên máy phay, là loại máy chạy bằng năng lượng với dao phay quay quanh trục chính và bàn gia công có thể di chuyển theo nhiều hướng. Kỹ thuật này được chia, tùy thuộc vào vị trí của lưỡi kiếm, thành phía trước và theo chu vi, và tùy thuộc vào vị trí của vật thể – thành xoay ngược chiều và xoay cùng chiều.
Các loại máy cắt khác nhau được sử dụng để sản xuất các dụng cụ và bộ phận cơ khí (bánh răng, ốc vít), cũng như để tạo các hình trang trí, rãnh, v.v.
>>> Xem thêm phương pháp gia công phay CNC
2 - Tiện
Tiện là một phương pháp gia công khác. Nó bao gồm việc tách, với sự trợ giúp của một lưỡi dao, các lớp liên tiếp của vật liệu thường được đưa vào quay. Dựa trên vị trí của lưỡi máy tiện so với phôi, có thể phân biệt tiện ngoài và tiện trong.
Máy tiện được sử dụng theo nhiều cách, ví dụ như trong sản xuất các bộ phận cơ khí (cho ô tô và các loại máy móc), đồ gia dụng, phụ kiện thể thao, v.v. Những máy này được chia thành tốc độ, động cơ, tháp pháo, phòng dụng cụ và máy tiện CNC.
>>> Xem thêm phương pháp tiện chi tiết
3 - Mài
Đây là một phương pháp gia công kim loại phổ biến khác. Nó bao gồm việc hoàn thiện bề mặt của các nguyên tố kim loại bằng các công cụ mài mòn để tạo cho chúng một dạng nhẵn. Có thể sử dụng máy mài đĩa, đá mài hoặc băng mài mòn cho mục đích này. Nó được sử dụng để mài lỗ, trục và mặt phẳng kim loại.
4 - Xử lý nhiệt
Xử lý nhiệt là một nhóm các quy trình công nghiệp, nhiệt và gia công kim loại được sử dụng để thay đổi tính chất vật lý và đôi khi là hóa học của vật liệu. Xử lý nhiệt thường được sử dụng cho các mặt hàng thép. Chúng ta có thể phân biệt các loại xử lý nhiệt sau:
- Làm nguội: quá trình này bao gồm làm nóng vật liệu đến một nhiệt độ cụ thể, giữ nó ở nhiệt độ đó trong một thời gian xác định, sau đó làm nguội nhanh chóng.
- Ủ: điều này tương tự như làm nguội, ngoại trừ kim loại được làm lạnh từ từ.
- Tôi: một vật liệu đã được làm nguội trước đó được làm nóng (thường từ khoảng 150 đến 650 °C), được giữ trong một thời gian và sau đó được làm nguội.
- Giải pháp: một quá trình tương tự như làm nguội được sử dụng cho thép không gỉ và thép kháng axit.
- Làm cứng bằng nhiệt: một quy trình công nghệ khá phức tạp kết hợp làm cứng với ủ, thường được thực hiện ở nhiệt độ xấp xỉ. 500°C.
- Giảm căng thẳng: một loại ủ ở nhiệt độ thấp (100-150 ° C), được áp dụng để giảm căng thẳng cho xưởng đúc.
5 - Sulfat hóa
Lưu huỳnh hóa là một phương pháp xử lý nhiệt hóa học để cải thiện tính chất trượt của kim loại. Nó thường được sử dụng cho vòng bi, lót xi lanh, các loại trục (bao gồm cả trục cam) và bánh răng. Nó cũng giúp tăng cường khả năng chống ăn mòn, kéo dài đáng kể tuổi thọ của các công cụ được xử lý theo kiểu này – thậm chí là 300-400%.
Để làm giàu bề mặt kim loại bằng lưu huỳnh, hydro sunfua lỏng hoặc khí được sử dụng, đôi khi cũng sử dụng natri thiosulfat với việc bổ sung kali và natri thiocyanat. Tùy thuộc vào công nghệ được sử dụng, quá trình diễn ra ở nhiệt độ từ 200 đến tối đa. 900°C.
6 - Silicon hóa
Đây là phương pháp tăng khả năng chống nhiệt độ cao và tăng khả năng chống axit. Nó diễn ra bằng cách nung nóng các nguyên tố kim loại trong ferrosilicon dạng bột hoặc trong môi trường khí bão hòa với các hợp chất silic và clo. Nhiệt độ cần thiết để đạt được phản ứng là khoảng. 1000°C. Silicon hóa là một phương pháp xử lý nhiệt hóa học của kim loại.
7 - Hàn
Hàn bao gồm nối các kim loại bằng phương pháp nóng chảy và hóa rắn. Ngày nay, có nhiều phương pháp hàn khác nhau dựa trên nhiều quá trình hóa học và vật lý. Các phương pháp hàn điện phổ biến nhất là:
- Hàn hồ quang kim loại bằng tay (MMA);
- Hàn khí trơ vonfram (TIG);
- Hàn bằng điện cực tiêu hao (MIG/MAG và FCAW);
- Hàn hồ quang chìm;
- Hàn hồ quang plasma.
Ngoài các phương pháp trên, các kỹ thuật hiện đại hơn cũng được sử dụng, bao gồm hàn bằng tia laze, chùm tia điện tử hoặc khí điện. Ngoài ra còn có các phương pháp hàn trong đó nguồn nhiệt là nơi xảy ra phản ứng hóa học cục bộ. Điều này bao gồm một phương pháp được sử dụng để kết nối đường ray, được gọi là hàn thermite, trong đó hỗn hợp oxit sắt và nhôm được đốt cháy.
Các phụ kiện hữu ích trong quá trình hàn bao gồm các loại dụng cụ đánh dấu , bình khí (hàn TIG, MIG/MAG), mũ và quần áo bảo hộ (chống tia lửa và nhiệt độ cực cao).
8 - Sơn tĩnh điện
Sơn tĩnh điện là một cách rất hiệu quả để sơn bề mặt kim loại. Quy trình sử dụng các hạt sơn bột điện hóa có kích thước từ 20-100 micromet. Liên kết dựa trên lực tĩnh điện. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm, bao gồm bảo vệ hoàn hảo vật liệu sơn khỏi bị ăn mòn, không chứa dung môi độc hại và giá thành thấp.
Sơn tĩnh điện được sử dụng rộng rãi trong hầu hết mọi ngành công nghiệp, đặc biệt là công nghiệp ô tô mà còn trong sản xuất đồ nội thất, các loại máy móc (nông nghiệp, công nghiệp) và đồ gia dụng.
9 - Sơn ướt
Một kỹ thuật được sử dụng rộng rãi khác để phủ kim loại bằng sơn là sơn ướt. Nó bao gồm việc áp dụng sơn tích điện với việc sử dụng dung môi, nước hoặc chất làm cứng hóa học. Các loại sơn khác nhau được sử dụng, ví dụ như sơn dầu, nhựa vinyl, epoxy và phthalic.
Ưu điểm của kỹ thuật này, trên hết, là lớp hoàn thiện hấp dẫn của lớp phủ và nhiều màu sắc sẵn có. Nó cũng là một phương pháp bền và bảo vệ bề mặt kim loại chống rỉ sét.
10 - Mạ kẽm nhúng nóng
Một cách tuyệt vời để bảo vệ các đồ vật bằng thép khỏi bị ăn mòn là mạ kẽm nhúng nóng. Phương pháp này bao gồm nhúng các nguyên tố đã được làm sạch trước vào bể kẽm, tức là kẽm nóng chảy ở nhiệt độ xấp xỉ. 450°C. Bản thân quá trình này thường mất một thời gian rất ngắn – tối đa vài phút.
Mạ kẽm cũng tăng cường khả năng chống lại thiệt hại cơ học của các yếu tố. Kỹ thuật này tương đối rẻ tiền và thân thiện với môi trường. Nó thường được sử dụng trong sản xuất các tấm kim loại và cấu hình được sử dụng trong ngành xây dựng, các bộ phận thân xe, bể chứa, silo, v.v., tiếp xúc với các điều kiện môi trường bất lợi trong quá trình sử dụng.
Các công cụ được đề xuất cho gia công kim loại
Việc lựa chọn các công cụ phù hợp để gia công kim loại phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Các công cụ khác nhau sẽ cần thiết trong các nhà máy thép hơn là trong các nhà máy mạ kẽm hoặc các nhà máy sản xuất phụ tùng ô tô. Chúng thường là những thiết bị tinh vi cho phép xử lý nhiệt và hóa học rất hiệu quả, cũng như xử lý cơ học kim loại. Thiết bị công nghiệp bao gồm, trong số những thứ khác:
- Lò luyện kim,
- Nồi nấu kim loại nóng chảy,
- Phòng mạ điện,
- Máy CNC (máy tiện, máy phay, máy đột, máy hàn),
- Laze,
- Búa và máy cán.
Trong các xưởng và cho mục đích sử dụng cá nhân, các dụng cụ điện để xử lý kim loại nguội thủ công được sử dụng, chẳng hạn như:
- Máy uốn,
- Máy tạo rãnh,
- Máy cắt,
- Máy có bánh xe,
- Cưa lỗ.
Máy hàn cầm tay (MIG/MAG, MMA, TIG) và máy tán đinh được sử dụng để nối kim loại. Máy cắt plasma, máy mài góc, cưa tròn và cưa vát được sử dụng để cắt. Chúng có thể được sử dụng cho hầu như tất cả các loại tấm kim loại.
Công cụ tốt nhất để cắt nhôm, có thể là một công việc phức tạp ở nhà, là một trò chơi ghép hình. Trong công nghiệp, một dòng nước tập trung được sử dụng cho mục đích này.
Lời kết
Nếu không có gia công kim loại, nền văn minh như chúng ta biết ngày nay sẽ không tồn tại. Các nguyên tố kim loại thường được sử dụng do đặc tính dẻo, khả năng tạo hình vô tận, cũng như độ bền và khả năng chống lại các yếu tố bên ngoài. Một trong những lợi thế chính cũng là khả năng dẫn điện, điều này rất quan trọng trong việc tạo ra và phát triển các thiết bị điện tử.
Vì những lý do trên, nhiều phương pháp gia công kim loại đã được phát triển. Chúng tôi bắt gặp một số trong số chúng hàng ngày, chẳng hạn như băn khoăn không biết nên chọn cờ lê tác động khí hoặc máy mài nào, trong khi các thiết bị khác được sử dụng trong các nhà máy sản xuất dựa trên các quy trình công nghệ phức tạp (ví dụ: hàn chùm tia điện tử hoặc gia công kim loại bằng laser).
