Metallbearbeitung - Metalworking

Drehen einer Metallstange auf einer Drehbank

Metallbearbeitung ist der Prozess des Formens und Umformens von Metallen , um nützliche Objekte, Teile, Baugruppen und großformatige Strukturen zu schaffen. Der Begriff umfasst ein breites und vielfältiges Spektrum an Verfahren, Fertigkeiten und Werkzeugen zur Herstellung von Objekten jeder Größenordnung: von riesigen Schiffen , Gebäuden und Brücken bis hin zu präzisen Triebwerksteilen und filigranem Schmuck .

Die historischen Wurzeln der Metallbearbeitung liegen vor der aufgezeichneten Geschichte; seine Verwendung erstreckt sich über Kulturen, Zivilisationen und Jahrtausende. Es hat sich von der Formgebung weicher, nativer Metalle wie Gold mit einfachen Handwerkzeugen, über das Schmelzen von Erzen und das Warmschmieden von härteren Metallen wie Eisen bis hin zu hochtechnisierten modernen Verfahren wie Zerspanen und Schweißen entwickelt . Es wurde als Industriezweig, als Motor für den Handel, für individuelle Hobbys und zur Schaffung von Kunst verwendet; es kann sowohl als Wissenschaft als auch als Handwerk angesehen werden.

Moderne Metallbearbeitungsverfahren, obwohl vielfältig und spezialisiert, lassen sich in drei große Bereiche einteilen, die als Umform-, Trenn- oder Fügeverfahren bezeichnet werden. Moderne metallverarbeitende Werkstätten, die in der Regel als Maschinenhallen bekannt sind , verfügen über eine Vielzahl von spezialisierten oder allgemein verwendbaren Werkzeugmaschinen , mit denen hochpräzise, ​​nützliche Produkte hergestellt werden können. Viele einfachere Metallbearbeitungstechniken, wie das Schmieden , sind in Industrieländern in großem Umfang wirtschaftlich nicht mehr wettbewerbsfähig; einige von ihnen werden noch in weniger entwickelten Ländern für Handwerks- oder Hobbyarbeiten oder für historische Nachstellungen verwendet.

Vorgeschichte

Die ältesten archäologischen Beweise für Kupferbergbau und Arbeits war die Entdeckung eines Kupfer - Anhänger im Norden von Irak von 8700 BCE. Der früheste gesicherte und datierte Nachweis der Metallverarbeitung in Amerika war die Kupferverarbeitung in Wisconsin in der Nähe des Michigansees . Kupfer wurde gehämmert, bis es spröde wurde, dann erhitzt, damit es weiterverarbeitet werden konnte. Diese Technologie wird auf etwa 4000-5000 v. Chr. datiert. Das älteste Gold Artefakte in der Welt kommt aus dem bulgarischen Varna Nekropole und das Datum von 4450 BCE.

Nicht jedes Metall erforderte Feuer, um es zu erhalten oder zu bearbeiten. Isaac Asimov spekulierte, dass Gold das "erste Metall" sei. Seine Begründung war, dass es aufgrund seiner Chemie in der Natur als Nuggets aus reinem Gold vorkommt. Mit anderen Worten, Gold, so selten es auch ist, kommt manchmal als natives Metall in der Natur vor . Einige Metalle können auch in Meteoriten gefunden werden . Fast alle anderen Metalle finden sich in Erzen , einem mineralhaltigen Gestein , das Hitze oder einen anderen Prozess benötigt, um das Metall freizusetzen. Ein weiteres Merkmal von Gold ist, dass es so bearbeitbar ist, wie es gefunden wird, was bedeutet, dass keine Technologie außer einem Steinhammer und Amboss benötigt wird, um das Metall zu bearbeiten. Dies ist auf die Eigenschaften von Gold hinsichtlich Formbarkeit und Duktilität zurückzuführen . Die frühesten Werkzeuge waren Stein, Knochen , Holz und Sehnen , die alle ausreichten, um Gold zu verarbeiten.

Zu einer unbekannten Zeit wurde der Prozess der Freisetzung von Metallen aus Gestein durch Hitze bekannt, und Gesteine, die reich an Kupfer, Zinn und Blei waren , wurden nachgefragt. Diese Erze wurden überall dort abgebaut, wo sie erkannt wurden. Überreste dieser alten Minen wurden in ganz Südwestasien gefunden . Die Metallbearbeitung wurde zwischen 7000 und 3300 v. Chr. von den südasiatischen Einwohnern von Mehrgarh durchgeführt . Das Ende des Anfangs der Metallverarbeitung tritt irgendwann um 6000 BCE , wenn Kupfer Verhüttung in Südwestasien verbreitet wurde.

Antike Zivilisationen kannten sieben Metalle. Hier sind sie nach ihrem Oxidationspotential (in Volt ) geordnet :

Das Oxidationspotential ist wichtig, da es ein Indikator dafür ist, wie fest das Metall wahrscheinlich an das Erz gebunden ist. Wie zu sehen ist, ist Eisen deutlich höher als die anderen sechs Metalle, während Gold dramatisch niedriger ist als die sechs darüber. Die geringe Oxidation von Gold ist einer der Hauptgründe dafür, dass Gold in Nuggets gefunden wird. Diese Nuggets sind relativ reines Gold und können verarbeitet werden, wie sie gefunden werden.

Kupfererz, das relativ reichlich vorhanden ist, und Zinnerz wurden die nächsten wichtigen Substanzen in der Geschichte der Metallbearbeitung. Unter Verwendung von Hitze zum Schmelzen von Kupfer aus Erzen wurde viel Kupfer hergestellt. Es wurde sowohl für Schmuck als auch für einfache Werkzeuge verwendet; Kupfer an sich war jedoch zu weich für Werkzeuge, die Kanten und Steifigkeit erfordern. Irgendwann wurde dem geschmolzenen Kupfer Zinn zugesetzt und dadurch Bronze entwickelt. Bronze ist eine Legierung aus Kupfer und Zinn. Bronze war ein wichtiger Fortschritt, weil es die Kantenhaltbarkeit und Steifigkeit hatte, die reinem Kupfer fehlte. Bis zum Aufkommen von Eisen war Bronze das fortschrittlichste Metall für Werkzeuge und Waffen, das allgemein verwendet wurde (siehe Bronzezeit für weitere Details).

Außerhalb Südwestasiens wurden dieselben Fortschritte und Materialien entdeckt und auf der ganzen Welt verwendet. Die Menschen in China und Großbritannien begannen mit der Verwendung von Bronze, wobei Kupfer wenig Zeit gewidmet wurde. Japaner begannen fast gleichzeitig mit der Verwendung von Bronze und Eisen . In Amerika war das anders. Obwohl die Völker Amerikas von Metallen wussten, wurde die Metallverarbeitung für Werkzeuge und Waffen erst mit der europäischen Kolonisation üblich. Schmuck und Kunst waren die Hauptverwendungszwecke von Metallen in Amerika vor dem europäischen Einfluss.

Um 2700 v. Chr. war die Herstellung von Bronze an Orten üblich, an denen die notwendigen Materialien zum Schmelzen, Erhitzen und Bearbeiten des Metalls zusammengebaut werden konnten. Eisen begann zu schmelzen und wurde zu einem wichtigen Metall für Werkzeuge und Waffen. Die folgende Periode wurde als Eisenzeit bekannt .

Geschichte

Ein Revolverdreher bearbeitet Teile für Transportflugzeuge im Werk der Consolidated Aircraft Corporation, Fort Worth, Texas, USA in den 1940er Jahren.

In den historischen Perioden der Pharaonen in Ägypten , der vedischen Könige in Indien , der Stämme Israels und der Maya-Zivilisation in Nordamerika , unter anderen alten Bevölkerungen, begannen Edelmetalle Wert zu legen. In einigen Fällen wurden Regeln für Eigentum, Verteilung und Handel geschaffen, durchgesetzt und von den jeweiligen Völkern vereinbart. Durch die oben genannten Zeiträume Metaller wurden sehr geschickt an Objekte von Schmuck, religiöse Artefakte und Handelsinstrumente zu schaffen , Edelmetalle (Nichteisenmetalle) sowie Waffen in der Regel von Eisenmetallen und / oder Legierungen . Diese Fähigkeiten wurden gut ausgeführt. Die Techniken wurden von Handwerkern, Schmieden , atharvavedischen Praktikern, Alchemisten und anderen Kategorien von Metallarbeitern auf der ganzen Welt praktiziert . Zum Beispiel wurde die Granulationstechnik von zahlreichen alten Kulturen verwendet, bevor die historischen Aufzeichnungen zeigen, dass Menschen in weit entfernte Regionen reisten, um diesen Prozess zu teilen. Diese und viele andere uralte Techniken werden auch heute noch von Metallschmieden verwendet.

Im Laufe der Zeit wurden Metallgegenstände immer häufiger und immer komplexer. Die Notwendigkeit, Metalle weiter zu beschaffen und zu verarbeiten, gewann an Bedeutung. Die Fähigkeiten im Zusammenhang mit der Gewinnung von Metallerzen aus der Erde begannen sich zu entwickeln, und die Metallschmiede wurden kenntnisreicher. Metallschmiede wurden wichtige Mitglieder der Gesellschaft. Schicksale und Wirtschaften ganzer Zivilisationen wurden stark von der Verfügbarkeit von Metallen und Metallschmieden beeinflusst. Der Metallarbeiter ist auf die Gewinnung von Edelmetallen angewiesen, um Schmuck herzustellen , effizientere Elektronik zu bauen und für industrielle und technologische Anwendungen vom Bau über Schiffscontainer bis hin zu Bahn- und Luftverkehr . Ohne Metalle würden sich Waren und Dienstleistungen nicht mehr in dem Ausmaß um den Globus bewegen, wie wir es heute kennen.

Allgemeine Prozesse

Ein Kombinationsquadrat zum Übertragen von Designs.
Ein Messschieber wird verwendet, um eine kurze Länge genau zu messen.

Die Metallbearbeitung wird im Allgemeinen in drei Kategorien unterteilt: Umformen , Schneiden und Fügen . Die meisten Metallzerspanungen werden mit Schnellarbeitsstahlwerkzeugen oder Hartmetallwerkzeugen durchgeführt. Jede dieser Kategorien enthält verschiedene Prozesse.

Vor den meisten Operationen muss das Metall je nach gewünschtem Endprodukt markiert und/oder vermessen werden.

Das Anreißen (auch Layout genannt) ist der Vorgang, ein Design oder Muster auf ein Werkstück zu übertragen und ist der erste Schritt im Handwerk der Metallbearbeitung. Es wird in vielen Branchen oder Hobbys durchgeführt, obwohl in der Industrie durch die Wiederholung die Notwendigkeit entfällt, jedes einzelne Stück abzuzeichnen. Im Metallhandwerk besteht das Anreißen darin, den Plan des Ingenieursauf das Werkstück zu übertragen, um den nächsten Arbeitsschritt, die Bearbeitung oder Fertigung vorzubereiten.

Messschieber sind Handwerkzeuge, die entwickelt wurden, um den Abstand zwischen zwei Punkten präzise zu messen. Die meisten Messschieber haben zwei Sätze flacher, paralleler Kanten, die für Innen- oder Außendurchmessermessungen verwendet werden. Diese Messschieber können bis auf ein Tausendstel Zoll (25,4 μm) genau sein. Verschiedene Arten von Bremssätteln haben unterschiedliche Mechanismen zur Anzeige der gemessenen Distanz. Wenn größere Objekte mit geringerer Genauigkeit gemessen werden müssen,wird oftein Maßband verwendet.

Kompatibilitätsdiagramm von Materialien im Vergleich zu Prozessen
Material
Prozess Eisen Stahl Aluminium Kupfer Magnesium Nickel Feuerfeste Metalle Titan Zink Messing Bronze
Sandguss X X X X X X 0 0 X
Dauerformguss X 0 X 0 X 0 0 0 X
Druckguss X 0 X X
Feinguss X X X 0 0 0 X
Ablationsguss X X X 0 0
Freiformschmieden 0 X X X 0 0 0
Gesenkschmieden X 0 0 0 0 0 0
Extrusion 0 X X X 0 0 0
Kalter Kurs X X X 0
Stanzen & Tiefziehen X X X 0 X 0 0
Schraubmaschine 0 X X X 0 X 0 0 0 X X
Pulvermetallurgie X X 0 X 0 X 0
Legende: X = Routinemäßig durchgeführt, 0 = Mit Schwierigkeiten, Vorsicht oder einigen Opfern durchgeführt, leer = Nicht empfohlen

Gießen

Eine Sandgussform

Beim Gießen wird eine bestimmte Form erreicht, indem geschmolzenes Metall in eine Form gegossen und ohne mechanische Kraft abgekühlt wird. Gussformen sind:

Umformprozesse

Diese Umformprozesse verändern Metall oder Werkstück, indem sie das Objekt verformen, dh ohne Material abzutragen. Die Umformung erfolgt mit einem mechanischen Kraftsystem und insbesondere bei der Massivumformung mit Wärme.

Massenumformverfahren

Ein glühendes Metallwerkstück wird in eine Schmiedepresse eingelegt.

Bei der plastischen Verformung wird Wärme oder Druck verwendet , um ein Werkstück für mechanische Kräfte leitfähiger zu machen. Historisch wurden dies und das Gießen von Schmieden durchgeführt, obwohl das Verfahren heute industrialisiert ist. Bei der Massivumformung wird das Werkstück in der Regel erwärmt.

Blech- (und Rohr-)Umformprozesse

Bei diesen Umformverfahren wird mechanische Kraft bei Raumtemperatur aufgebracht. Einige neuere Entwicklungen beinhalten jedoch das Erwärmen von Werkzeugen und/oder Teilen. Fortschritte in der automatisierten Metallbearbeitungstechnologie haben das progressive Gesenkstanzen möglich gemacht, ein Verfahren, das Stanzen, Prägen, Biegen und mehrere andere Methoden umfassen kann, die Metall zu geringeren Kosten modifizieren und gleichzeitig zu weniger Ausschuss führen.

Schneidprozesse

Schneiden ist eine Sammlung von Prozessen, bei denen Material auf eine bestimmte Geometrie gebracht wird, indem überschüssiges Material mit verschiedenen Werkzeugen entfernt wird, um ein fertiges Teil zu hinterlassen, das den Spezifikationen entspricht. Das Nettoergebnis des Schneidens sind zwei Produkte, das Abfall- oder überschüssige Material und das fertige Teil. Bei der Holzbearbeitung wären die Abfälle Sägemehl und überschüssiges Holz. Beim Schneiden von Metallen sind die Abfälle Späne oder Späne und überschüssiges Metall.

Schneidprozesse fallen in eine von drei Hauptkategorien:

  • Spanerzeugende Prozesse, die am häufigsten als Zerspanung bekannt sind
  • Brennen, eine Reihe von Prozessen, bei denen das Metall geschnitten wird, indem eine Schnittfuge oxidiert wird, um Metallstücke zu trennen
  • Verschiedene Spezialverfahren, die nicht leicht in eine der oben genannten Kategorien fallen

Das Bohren eines Lochs in ein Metallteil ist das häufigste Beispiel für einen spanabhebenden Prozess. Ein Beispiel für das Brennen ist die Verwendung eines Autogen-Schneidbrenners , um eine Stahlplatte in kleinere Stücke zu trennen. Chemisches Fräsen ist ein Beispiel für einen Spezialprozess, bei dem überschüssiges Material durch den Einsatz von Ätzchemikalien und Maskierungschemikalien entfernt wird.

Es gibt viele Technologien zum Schneiden von Metall, darunter:

Schneidfluid oder Kühlmittel verwendet wird , wo es erhebliche Reibung und Wärme an der Schnittstelle zwischen einem Schneidmesser wie beispielsweise einem Bohrer oder einem Schaftfräser und dem Werkstück. Kühlmittel wird im Allgemeinen durch Sprühen über die Stirnfläche des Werkzeugs und des Werkstücks eingebracht, um Reibung und Temperatur an der Schnittstelle Schneidwerkzeug/Werkstück zu verringern, um übermäßigen Werkzeugverschleiß zu verhindern. In der Praxis gibt es viele Methoden, Kühlmittel zuzuführen.

Mahlen

Eine Fräsmaschine im Einsatz, inklusive Kühlmittelschläuche.

Fräsen ist die komplexe Formgebung von Metall oder anderen Materialien durch Materialabtrag zur endgültigen Formgebung. Dies geschieht in der Regel auf einer Fräsmaschine , einer kraftbetriebenen Maschine, die in ihrer Grundform aus einem um die Spindelachse rotierenden Fräser (wie ein Bohrer ) und einem in mehrere Richtungen (meist zweidimensional) beweglichen Arbeitstisch besteht [ x- und y-Achse] relativ zum Werkstück). Die Spindel bewegt sich normalerweise in der z-Achse. Es ist möglich, den Tisch (auf dem das Werkstück ruht) anzuheben. Fräsmaschinen manuell oder unter betrieben werden kann , numerische Computersteuerung (CNC) und kann eine große Anzahl von komplexen Operationen, wie beispielsweise Schlitzschneiden, führen Hobeln , Bohren und Gewindeschneiden , Falzen , Routing usw. Zwei allgemeine Arten von Mühlen sind die horizontalen Mühle und Vertikalmühle.

Die produzierten Teile sind in der Regel komplexe 3D-Objekte, die in x-, y- und z-Koordinaten umgewandelt werden, die dann in die CNC- Maschine eingespeist werden und diese die erforderlichen Aufgaben ausführen lassen. Die Fräsmaschine kann die meisten Teile in 3D herstellen, einige erfordern jedoch, dass die Objekte um die x-, y- oder z-Koordinatenachse gedreht werden (je nach Bedarf). Toleranzen gibt es je nach Gebietsschema in verschiedenen Standards. In Ländern, die noch das imperiale System verwenden, liegt dies normalerweise in Tausendstel Zoll (Einheit, die als Tausend bekannt ist ), abhängig von der spezifischen Maschine. In vielen anderen europäischen Ländern werden stattdessen Normen nach ISO verwendet.

Um sowohl den Bohrer als auch das Material kühl zu halten, wird ein Hochtemperatur-Kühlmittel verwendet. In den meisten Fällen wird das Kühlmittel aus einem Schlauch direkt auf Bit und Material gesprüht. Dieses Kühlmittel kann je nach Maschine maschinen- oder benutzergesteuert sein.

Die Materialien, die gefräst werden können, reichen von Aluminium bis Edelstahl und fast alles dazwischen. Jedes Material erfordert eine andere Drehzahl des Fräswerkzeugs und variiert in der Materialmenge, die in einem Arbeitsgang des Werkzeugs abgetragen werden kann. Härtere Materialien werden in der Regel mit geringeren Geschwindigkeiten gefräst, wobei geringe Materialmengen abgetragen werden. Weichere Materialien variieren, werden aber in der Regel mit hoher Bitgeschwindigkeit gefräst.

Durch den Einsatz einer Fräsmaschine entstehen zusätzliche Kosten, die im Herstellungsprozess berücksichtigt werden. Bei jedem Einsatz der Maschine wird auch Kühlmittel verwendet, das regelmäßig nachgefüllt werden muss, um ein Brechen der Bits zu vermeiden. Auch ein Fräser muss bei Bedarf gewechselt werden, um Materialschäden zu vermeiden. Zeit ist der größte Kostenfaktor. Komplexe Teile können Stunden in Anspruch nehmen, während sehr einfache Teile nur Minuten dauern. Dies wiederum variiert auch die Produktionszeit, da jedes Teil unterschiedlich viel Zeit benötigt.

Sicherheit ist bei diesen Maschinen das A und O. Die Bits bewegen sich mit hohen Geschwindigkeiten und entfernen Stücke von normalerweise verbrühendem heißem Metall. Der Vorteil einer CNC-Fräsmaschine besteht darin, dass sie den Maschinenbediener schützt.

Drehen

Eine Drehmaschine Schneidmaterial aus einem Werkstück.

Drehen ist ein spanabhebendes Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Oberfläche mit einem einschneidigen Werkzeug. Das Werkstück wird auf einer Spindel gedreht und das Schneidwerkzeug radial, axial oder beides zugeführt. Das Herstellen von Flächen senkrecht zur Werkstückachse wird als Planschleifen bezeichnet. Das Herstellen von Oberflächen sowohl mit radialem als auch mit axialem Vorschub wird als Profilieren bezeichnet.

Eine Drehmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die einen Materialblock oder -zylinder dreht, so dass, wenn Schleif- , Schneid- oder Verformungswerkzeuge auf das Werkstück angewendet werden, es so geformt werden kann, dass ein Objekt entsteht, das eine Rotationssymmetrie um eine Rotationsachse aufweist . Beispiele für Objekte, die auf einer Drehmaschine hergestellt werden können, sind Kerzenhalter , Kurbelwellen , Nockenwellen und Lagerhalterungen .

Drehmaschinen bestehen aus vier Hauptkomponenten: dem Bett, dem Spindelstock, dem Schlitten und dem Reitstock. Das Bett ist eine präzise und sehr starke Basis, auf der alle anderen Komponenten zur Ausrichtung ruhen. Die Spindel des Spindelstocks sichert das Werkstück mit einem Spannfutter , dessen Backen (normalerweise drei oder vier) um das Werkstück gespannt werden. Die Spindel dreht sich mit hoher Geschwindigkeit und liefert die Energie zum Schneiden des Materials. Während in der Vergangenheit Drehmaschinen mit Riemen von einer Gelenkwelle angetrieben wurden , verwendet moderne Beispiele Elektromotoren. Das Werkstück erstreckt sich entlang der Drehachse oberhalb des Flachbetts aus der Spindel. Der Schlitten ist eine Plattform, die präzise und unabhängig parallel und senkrecht zur Drehachse bewegt werden kann. Ein gehärtetes Schneidwerkzeug wird vom Werkzeughalter in der gewünschten Höhe (meist Mitte des Werkstücks) gehalten. Anschließend wird der Schlitten um das rotierende Werkstück bewegt und das Schneidwerkzeug trägt nach und nach Material vom Werkstück ab. Der Reitstock kann entlang der Drehachse verschoben und bei Bedarf arretiert werden. Es kann Spitzen halten, um das Werkstück weiter zu sichern, oder Schneidwerkzeuge, die in das Ende des Werkstücks getrieben werden.

Andere Operationen, die mit einem Einpunktwerkzeug auf einer Drehmaschine ausgeführt werden können, sind:

Anfasen: Schneiden eines Winkels an der Ecke eines Zylinders.
Abstechen: Das Werkzeug wird radial in das Werkstück eingeführt, um das Ende eines Teils abzutrennen.
Einfädeln : ist ein Werkzeug , entlang und über die Außen- oder Innenoberfläche der rotierenden Teile zu erzeugen , extern oder intern eingespeist Fäden .
Aufbohren : Ein einschneidiges Werkzeug wird linear und parallel zur Drehachse vorgeschoben, um ein rundes Loch zu erzeugen.
Bohren : Den Bohrer axial in das Werkstück einführen.
Rändelung : Verwendet ein Werkzeug, um eine raue Oberflächenstruktur auf dem Werkstück zu erzeugen. Wird häufig verwendet, um ein Metallteil mit der Hand greifen zu können.

Moderne computergesteuerte (CNC) Drehmaschinen und (CNC) Bearbeitungszentren können Nebenoperationen wie Fräsen mit angetriebenen Werkzeugen ausführen. Bei Verwendung von angetriebenen Werkzeugen hört das Werkstück auf zu rotieren und das angetriebene Werkzeug führt den Bearbeitungsvorgang mit einem rotierenden Schneidwerkzeug aus. Die CNC-Maschinen verwenden x-, y- und z-Koordinaten, um die Drehwerkzeuge zu steuern und das Produkt herzustellen. Die meisten modernen CNC-Drehmaschinen sind in der Lage, die meisten Drehobjekte in 3D zu produzieren.

Fast alle Metallarten können gedreht werden, wobei für härtere Werkstücke mehr Zeit und spezielle Schneidwerkzeuge benötigt werden .

Einfädeln

Drei verschiedene Arten und Größen von Wasserhähnen.

Es gibt viele Gewindeschneidverfahren, darunter: Gewindeschneiden mit einem Gewindebohrer oder einer Matrize , Gewindefräsen, Einpunkt-Gewindeschneiden, Gewindewalzen, Kaltwurzelwalzen und -formen sowie Gewindeschleifen. Ein Gewindebohrer wird verwendet, um ein Innengewinde in die Innenfläche eines vorgebohrten Lochs zu schneiden , während ein Stempel ein Außengewinde in einen vorgeformten zylindrischen Stab schneidet.

Mahlen

Ein Flächenschleifer

Beim Schleifen wird ein abrasiver Prozess verwendet, um Material vom Werkstück zu entfernen. Eine Schleifmaschine ist eine Werkzeugmaschine zur Herstellung sehr feiner Oberflächen, sehr leichter Schnitte oder hochpräziser Formen mit einer Schleifscheibe als Schneidvorrichtung. Dieses Rad kann aus verschiedenen Größen und Arten von Steinen, Diamanten oder anorganischen Materialien bestehen.

Der einfachste Schleifer ist ein Tischschleifer oder ein handgeführter Winkelschleifer, zum Entgraten von Teilen oder zum Trennen von Metall mit einer Zip-Scheibe.

Schleifmaschinen haben mit Fortschritten in Zeit und Technologie an Größe und Komplexität zugenommen. Von den alten Tagen eines manuellen Werkzeugschleifers, der Schaftfräser für eine Produktionsstätte schärft, bis hin zu den heutigen 30000 U/min CNC-Autoloading-Fertigungszellen, die Düsenturbinen herstellen, variieren die Schleifprozesse stark.

Schleifmaschinen müssen sehr steife Maschinen sein, um das erforderliche Finish zu erzielen. Einige Schleifmaschinen werden sogar zur Herstellung von Glasmaßstäben zur Positionierung von CNC-Maschinenachsen verwendet. Die allgemeine Regel lautet, dass die Maschinen zur Herstellung von Waagen 10 Mal genauer sind als die Maschinen, für die die Teile hergestellt werden.

In der Vergangenheit wurden Schleifmaschinen nur wegen der Beschränkungen der Werkzeugausstattung zum Schlichten verwendet. Moderne Schleifscheibenmaterialien und die Verwendung von Industriediamanten oder anderen künstlichen Beschichtungen (kubisches Bornitrid) auf Scheibenformen haben es Schleifern ermöglicht, in Produktionsumgebungen hervorragende Ergebnisse zu erzielen, anstatt in den Hintergrund zu drängen.

Die moderne Technologie verfügt über fortschrittliche Schleifoperationen, einschließlich CNC-Steuerungen, hohe Materialabtragsraten mit hoher Präzision, die sich gut für Luft- und Raumfahrtanwendungen und Großserienfertigungen von Präzisionskomponenten eignen.

Einreichung

Eine Feile ist eine abrasive Oberfläche wie diese, die es Maschinisten ermöglicht, kleine, ungenaue Metallmengen zu entfernen.

Feilen ist eine Kombination aus Schleifen und Sägezahnschneiden mit einer Feile . Vor der Entwicklung moderner Bearbeitungsmaschinen bot es ein relativ genaues Mittel zur Herstellung von Kleinteilen, insbesondere solchen mit ebenen Oberflächen. Der geschickte Umgang mit einer Feile ermöglichte es einem Maschinisten , mit feinen Toleranzen zu arbeiten und war das Markenzeichen des Handwerks. Heutzutage wird das Feilen als Produktionsverfahren in der Industrie nur noch selten verwendet, obwohl es als gängiges Verfahren zum Entgraten nach wie vor verwendet wird .

Andere

Räumen ist ein Bearbeitungsvorgang, der zum Schneiden von Keilnuten in Wellen verwendet wird. Elektronenstrahlbearbeitung (EBM) ist ein Bearbeitungsprozess, bei dem Hochgeschwindigkeitselektronen auf ein Werkstück gerichtet werden, wodurch Wärme erzeugt und das Material verdampft wird. Die Ultraschallbearbeitung verwendet Ultraschallschwingungen , um sehr harte oder spröde Materialien zu bearbeiten.

Fügeprozesse

MIG-Schweißen

Schweißen

Schweißen ist ein Herstellungsverfahren , bei dem Materialien, normalerweise Metalle oder Thermoplaste , durch Koaleszenz verbunden werden . Dies geschieht oft durch Schmelzen der Werkstücke und Hinzufügen eines Füllmaterials, um ein Schmelzbad zu bilden, das abkühlt, um eine starke Verbindung zu werden, aber manchmal wird Druck in Verbindung mit Wärme oder allein verwendet, um die Schweißnaht zu erzeugen.

Zum Schweißen können viele verschiedene Energiequellen verwendet werden, darunter eine Gasflamme , ein Lichtbogen , ein Laser, ein Elektronenstrahl , Reibung und Ultraschall . Obwohl es sich oft um einen industriellen Prozess handelt, kann das Schweißen in vielen verschiedenen Umgebungen durchgeführt werden, einschließlich im Freien, unter Wasser und im Weltraum . Unabhängig vom Standort bleibt Schweißen jedoch gefährlich, und es müssen Vorkehrungen getroffen werden, um Verbrennungen, Stromschläge , giftige Dämpfe und übermäßige UV- Strahlung zu vermeiden .

Hartlöten

Hartlöten ist ein Fügeverfahren, bei dem ein Füllmetall geschmolzen und in eine Kapillare gezogen wird, die durch das Zusammenfügen von zwei oder mehr Werkstücken gebildet wird. Der Zusatzwerkstoff reagiert metallurgisch mit den Werkstücken und erstarrt in der Kapillare zu einer festen Verbindung. Im Gegensatz zum Schweißen wird das Werkstück nicht geschmolzen. Hartlöten ähnelt dem Löten, erfolgt jedoch bei Temperaturen über 450 °C (842 °F). Hartlöten hat den Vorteil, weniger thermische Spannungen zu erzeugen als Schweißen, und gelötete Baugruppen neigen dazu, duktiler zu sein als Schweißstücke, da sich Legierungselemente nicht entmischen und ausscheiden können.

Zu den Löttechniken gehören Flammlöten, Widerstandslöten, Ofenlöten, Diffusionslöten, Induktivlöten und Vakuumlöten.

Löten

Löten einer Leiterplatte.

Löten ist ein Fügeprozess, der bei Temperaturen unter 450 °C (842 °F) stattfindet. Ähnlich wie beim Hartlöten wird ein Füllstoff geschmolzen und in eine Kapillare gezogen, um eine Verbindung zu bilden, allerdings bei einer niedrigeren Temperatur. Aufgrund dieser niedrigeren Temperatur und unterschiedlicher Legierungen als Füllstoffe ist die metallurgische Reaktion zwischen Füllstoff und Werkstück minimal, was zu einer schwächeren Verbindung führt.

Nieten

Nieten ist eines der ältesten Fügeverfahren in der Metallverarbeitung. Seine Verwendung ging in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts merklich zurück, aber es behält immer noch wichtige Verwendungen in der Industrie und im Bauwesen sowie im Kunsthandwerk wie Schmuck , mittelalterliche Rüstungen und Metallcouture im frühen 21. Jahrhundert. Die frühere Verwendung von Nieten wird durch Verbesserungen in abgelöst Schweißen und Bauteilherstellungstechniken.

Ein Niet ist im Wesentlichen ein zweiköpfiger Bolzen ohne Gewinde, der zwei andere Metallteile zusammenhält. Durch die beiden zu verbindenden Metallstücke werden Löcher gebohrt oder gestanzt . Wenn die Löcher ausgerichtet sind, wird ein Niet durch die Löcher geführt und permanente Köpfe werden an den Enden des Nietes unter Verwendung von Hämmern und Formwerkzeugen geformt (entweder durch Kaltbearbeitung oder Warmbearbeitung ). Nieten werden üblicherweise mit einem bereits geformten Kopf gekauft.

Wenn Nieten entfernt werden müssen, wird einer der Nietenköpfe mit einem kalten Meißel abgeschert . Anschließend wird der Niet mit Hammer und Durchschlag ausgetrieben .

Zugehörige Prozesse

Obwohl diese Prozesse keine primären Metallbearbeitungsprozesse sind, werden sie oft vor oder nach Metallbearbeitungsprozessen durchgeführt.

Wärmebehandlung

Metalle können wärmebehandelt werden, um die Eigenschaften von Festigkeit, Duktilität, Zähigkeit, Härte oder Korrosionsbeständigkeit zu verändern. Gängige Wärmebehandlungsverfahren sind Glühen , Ausscheidungshärten , Abschrecken und Anlassen :

  • das Glühen erweicht das Metall, indem es die Rückgewinnung von Kaltbearbeitung und Kornwachstum ermöglicht.
  • Abschrecken kann zum Härten von legierten Stählen oder in ausscheidungshärtbaren Legierungen verwendet werden, um gelöste gelöste Atome in Lösung einzufangen.
  • Anlassen führt zum Ausscheiden der gelösten Legierungselemente oder verbessert bei vergüteten Stählen die Schlagzähigkeit und die duktilen Eigenschaften.

Häufig werden mechanische und thermische Behandlungen in sogenannten thermomechanischen Behandlungen kombiniert, um bessere Eigenschaften und eine effizientere Materialbearbeitung zu erzielen. Diese Verfahren sind bei hochlegierten Spezialstählen, Superlegierungen und Titanlegierungen üblich.

Überzug

Galvanisieren ist eine gängige Oberflächenbehandlungstechnik. Dabei wird eine dünne Schicht eines anderen Metalls wie Gold , Silber , Chrom oder Zink durch Hydrolyse an die Oberfläche des Produkts gebunden. Es wird verwendet, um Korrosion zu reduzieren, Abriebfestigkeit zu schaffen und das ästhetische Erscheinungsbild des Produkts zu verbessern. Die Beschichtung kann sogar die Eigenschaften des Originalteils verändern, einschließlich Leitfähigkeit, Wärmeableitung oder struktureller Integrität. Es gibt vier Hauptgalvanisierungsmethoden, um eine ordnungsgemäße Beschichtung und Kosteneffizienz pro Produkt sicherzustellen: Massenbeschichtung, Gestellbeschichtung, kontinuierliche Beschichtung und Linienbeschichtung.

Thermisches Spritzen

Thermische Spritztechniken sind eine weitere beliebte Finishing-Option und haben aufgrund der dickeren Beschichtung oft bessere Hochtemperatureigenschaften als galvanische Beschichtungen. Die vier wichtigsten thermischen Spritzverfahren umfassen Elektrodraht-Lichtbogenspritzen, Flammspritzen (Sauerstoff-Acetylen-Verbrennung), Plasmaspritzen und Hochgeschwindigkeits-Autogenspritzen (HVOF).

Siehe auch

Allgemeines:

Verweise

Externe Links