Таблицы типов финишной обработки металлов

Навигация по таблицам

Таблица 10.1: Механические методы финишной обработки металлов

Таблица 10.2: Химические и электрохимические методы финишной обработки металлов

Таблица 10.3: Защитно-декоративные покрытия металлов

Полное оглавление

Введение в финишную обработку металлов

Финишная обработка металлов представляет собой комплекс технологических операций, направленных на придание поверхности металлических изделий заданных параметров шероховатости, точности, внешнего вида и эксплуатационных свойств. Эти процессы являются завершающими в технологической цепочке изготовления деталей и во многом определяют их качество, надежность и долговечность.

Финишная обработка решает несколько ключевых задач: повышение точности размеров и формы детали, снижение шероховатости поверхности, улучшение эксплуатационных характеристик (износостойкости, коррозионной стойкости, контактной жесткости), а также придание изделию эстетичного внешнего вида.

Механические методы финишной обработки

Шлифование: принципы и применение

Шлифование является наиболее распространенным методом механической финишной обработки металлов. Процесс основан на микрорезании поверхности абразивными зернами шлифовального круга. Шлифование обеспечивает высокую точность размеров и формы (6-7 класс точности) при достижимой шероховатости Ra 0,8-0,2 мкм.

В промышленности используются различные виды шлифования: круглое наружное и внутреннее, плоское, бесцентровое. Для каждого вида применяется специализированное оборудование с ЧПУ. Важным фактором эффективности процесса является правильный выбор характеристик шлифовального круга: материала абразива (электрокорунд, карбид кремния, алмаз, кубический нитрид бора), зернистости, связки и структуры круга.

Полирование и его особенности

Полирование позволяет получать поверхности с зеркальным блеском и низкой шероховатостью (Ra 0,2-0,05 мкм). В отличие от шлифования, при полировании преобладают процессы пластического деформирования микронеровностей, а не микрорезания. Используются мягкие абразивы в виде паст на основе окиси хрома, окиси алюминия или алмазных микропорошков.

Полирование широко применяется для декоративной отделки изделий, обработки формообразующих поверхностей пресс-форм и штампов, а также для изготовления медицинских инструментов и имплантатов. Важным преимуществом полирования является минимальное воздействие на геометрию детали при существенном улучшении качества поверхности.

Доводка (лаппинг) прецизионных поверхностей

Доводка (лаппинг) – высокоточный метод финишной обработки, обеспечивающий шероховатость поверхности Ra 0,1-0,01 мкм и высокую точность формы (8-9 класс). Процесс осуществляется с помощью притиров (чугунных, стеклянных, медных) с нанесенной абразивной суспензией. При доводке удаляется тонкий слой металла (1-5 мкм), что обеспечивает высокую точность размеров.

Доводка применяется для изготовления плоских и цилиндрических калибров, измерительных инструментов, плунжерных пар, клапанов высокого давления и других прецизионных деталей. Несмотря на низкую производительность, этот метод незаменим в тех случаях, когда требуется высочайшая точность сопряжения деталей.

Хонингование цилиндрических поверхностей

Хонингование — специализированный метод финишной обработки внутренних цилиндрических поверхностей, обеспечивающий не только низкую шероховатость (Ra 0,4-0,05 мкм), но и высокую точность геометрической формы. Особенностью процесса является создание характерной сетки пересекающихся рисок от абразивных брусков, что обеспечивает хорошие условия смазки при эксплуатации.

Хонингование является обязательной операцией при изготовлении цилиндров двигателей внутреннего сгорания, гидроцилиндров, подшипников скольжения. Современные хонинговальные станки позволяют автоматизировать процесс и получать стабильное качество обработанной поверхности. Для повышения производительности применяют алмазные и эльборовые бруски.

Суперфиниш и его преимущества

Суперфиниш представляет собой процесс микроабразивной обработки с колебательным движением абразивных брусков. Метод обеспечивает шероховатость Ra 0,1-0,02 мкм и высокую точность формы. Особенностью суперфиниша является минимальное тепловыделение и отсутствие деформаций обрабатываемой детали.

Суперфиниш активно применяется для обработки шеек коленчатых валов, деталей подшипников качения, гидравлических компонентов. Обработанные поверхности отличаются повышенной износостойкостью, низким коэффициентом трения и высокой контактной жесткостью. Расчеты показывают, что ресурс деталей, обработанных суперфинишем, увеличивается в 1,5-2 раза по сравнению с обычным шлифованием.

Химические и электрохимические методы

Травление металлических поверхностей

Травление — процесс удаления поверхностного слоя металла путем химического или электрохимического растворения в активных средах. Основное назначение травления — очистка поверхности от оксидов, окалины, загрязнений перед нанесением покрытий или для выявления микроструктуры при металлографических исследованиях.

Для травления используются различные кислотные и щелочные составы в зависимости от обрабатываемого металла. Например, для стали применяют растворы соляной и серной кислот, для алюминия — растворы щелочей с последующим осветлением в азотной кислоте. Основным недостатком метода является его экологическая опасность, что требует организации специальных систем нейтрализации и очистки стоков.

Электрополирование: технология и применение

Электрополирование основано на анодном растворении микровыступов металлической поверхности в электролите при прохождении электрического тока. Этот метод обеспечивает шероховатость Ra 0,4-0,05 мкм и высокий блеск поверхности. Ключевым преимуществом электрополирования является значительное повышение коррозионной стойкости обработанной поверхности благодаря формированию тонкой оксидной пленки.

Наибольшее распространение электрополирование получило при обработке нержавеющих сталей и цветных металлов. Метод широко применяется в медицинской промышленности для обработки хирургических инструментов и имплантатов, в пищевой промышленности для обработки оборудования, в производстве полупроводников и микроэлектроники.

Химическое полирование различных металлов

Химическое полирование основано на избирательном растворении микровыступов поверхности в специальных растворах без применения электрического тока. Этот метод проще в реализации, чем электрополирование, но обычно обеспечивает менее высокое качество поверхности (Ra 0,8-0,2 мкм).

Преимуществом химического полирования является возможность обработки деталей сложной формы и труднодоступных поверхностей. Метод широко применяется для обработки алюминиевых и медных сплавов, серебра, латуни. Типичные области применения: ювелирные изделия, оптические детали, медицинские инструменты, декоративные элементы.

Защитно-декоративные покрытия

Гальванические покрытия

Гальванические покрытия наносятся методом электролитического осаждения металлов на катоде (обрабатываемой детали) в растворе солей осаждаемого металла. Эти покрытия выполняют как защитную функцию, предохраняя основной металл от коррозии, так и декоративную, придавая изделиям привлекательный внешний вид.

Наиболее распространенными гальваническими покрытиями являются цинкование, хромирование, никелирование, меднение. Каждое из них имеет свои особенности и области применения. Например, хромирование обеспечивает высокую твердость (800-1000 HV) и износостойкость поверхности, а цинкование обеспечивает катодную защиту стали от коррозии. Толщина гальванических покрытий обычно составляет от 5 до 50 мкм в зависимости от назначения.

Химические покрытия

Химические покрытия наносятся без применения электрического тока, в результате восстановления ионов металла на каталитически активной поверхности. Наиболее распространенным является химическое никелирование (никель-фосфор), обеспечивающее формирование равномерного покрытия на деталях сложной формы.

Химическое никелирование обеспечивает высокую твердость (500-1000 HV), коррозионную стойкость и износостойкость. После термообработки твердость таких покрытий может достигать 1000 HV. Этот метод широко применяется для деталей гидравлики, форм для литья пластмасс, электронных компонентов. Расчеты показывают, что срок службы пресс-форм с химическим никелевым покрытием увеличивается в 3-5 раз.

Напыление (PVD, CVD)

Современные методы напыления включают физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и химическое осаждение из газовой фазы (CVD). Эти технологии позволяют наносить тонкие (1-10 мкм) покрытия из тугоплавких соединений (нитридов, карбидов, оксидов) с уникальными свойствами.

Титановый нитрид (TiN) обеспечивает высокую твердость (2000-2500 HV), износостойкость и привлекательный золотистый цвет. Покрытие диамантоподобным углеродом (DLC) обладает низким коэффициентом трения (0,1-0,2) и высокой твердостью. Эти покрытия применяются для режущего инструмента, штампов, пресс-форм, медицинских имплантатов, декоративных изделий. Испытания показывают увеличение стойкости режущего инструмента с PVD-покрытиями в 2-5 раз.

Лакокрасочные покрытия

Лакокрасочные покрытия остаются наиболее доступным и распространенным способом защиты металлов от коррозии. Современные полиуретановые, эпоксидные и акриловые эмали обеспечивают не только декоративный вид, но и эффективную защиту на срок до 10-15 лет при правильной подготовке поверхности и соблюдении технологии нанесения.

Толщина лакокрасочных покрытий обычно составляет 30-80 мкм, что значительно больше, чем у металлических покрытий. Они обеспечивают барьерную защиту от воздействия агрессивных сред, ультрафиолетового излучения и механических повреждений. Современные технологии нанесения (электростатическое распыление, порошковая окраска) позволяют получать равномерные и долговечные покрытия с минимальными отходами материалов.

Выбор метода финишной обработки

Выбор оптимального метода финишной обработки зависит от множества факторов: материала детали, требуемых параметров шероховатости и точности, условий эксплуатации, экономических соображений. При выборе необходимо учитывать не только достижимые параметры качества, но и технологические возможности, доступное оборудование, объемы производства.

Для ответственных деталей часто применяют комбинацию различных методов. Например, для обработки шеек коленчатых валов последовательно используют шлифование, полирование и суперфиниш. Для деталей, работающих в агрессивных средах, после механической обработки наносят защитные покрытия. Такой комплексный подход позволяет обеспечить оптимальное сочетание свойств поверхности при приемлемой стоимости изготовления.

Современные тенденции в финишной обработке

Современные тенденции в области финишной обработки металлов включают разработку экологически безопасных технологий, автоматизацию процессов, применение новых материалов и методов контроля. Активно развиваются гибридные технологии, сочетающие различные физические и химические принципы воздействия на поверхность.

Все большее распространение получают методы плазменной, лазерной, ультразвуковой обработки поверхностей. Развиваются технологии нанесения многослойных и композиционных покрытий с уникальными свойствами. Внедрение цифровых технологий и искусственного интеллекта позволяет оптимизировать режимы обработки и прогнозировать свойства обработанных поверхностей.

Заключение

Финишная обработка металлов играет ключевую роль в обеспечении качества, надежности и долговечности изделий. Выбор оптимального метода и режимов обработки требует глубокого понимания физико-химических процессов, происходящих при взаимодействии с поверхностью металла, а также учета технологических и экономических факторов.

Представленные в статье таблицы предоставляют систематизированную информацию о механических, химических и электрохимических методах финишной обработки, а также о защитно-декоративных покрытиях. Эти данные могут служить основой для предварительного выбора технологии изготовления деталей машин и механизмов с учетом конкретных требований к их эксплуатационным характеристикам.