Веками исчисляется история постоянно усложняющихся процессов обработки металлов методами давления и резания. И с тех же времен не прекращается спор о применении методов обработки металла – что эффективнее, резание или обработка давлением.

Методы обработки металла.

Разумеется, когда речь идет о производстве, роль играет не только гипотетическая эффективность, которая на практике может значительно отличаться от расчетной, но и технологическая возможность применения той или иной технологии. Прежде рассмотрения вопросов возможностей применения, рассмотрим главные отличия двух технологий.

Эти методы имеют много отличий в энергетическом обеспечении, оборудовании, уровне квалификации персонала, инструментальной подготовке. Однако принципиальным отличием по общепринятой теории считается метод формирования поверхности, а соответственно и формы детали. При резании окончательные очертания достигаются удалением «лишнего» материала используя эффект «остроты» и преобладающей твердости инструмента. При обработке металлов давлением (ОМД) формирование новой поверхности, как правило, происходит за счет перемещения, перетекания определенного объема металла путем пластической деформации.

Это наиболее существенное отличие, но и в нем есть исключения. Разделительные, калибровочные, пробивные штампы принципиально и инструментально ближе к классическим методам резания чем к таким традиционным видам обработки давлением как ковка, штамповка горячая, листовая формообразующая штамповка.

Из этого отличия вытекает следствие уже экономического характера: обработка резанием в любом случае приводит к образованию отходов в виде стружки или пыли, иными словами, к прямым материальным затратам.

Кроме того, нельзя забывать и о еще об одном довольно неприятном следствии из обработки резанием – в процессе резания перерезаются, так называемые, волокна металла. То есть резко снижаются предел выносливости и сопротивление усталости. Поэтому достаточно часто конструкторская документация обязывает технологов применять заготовку, полученную именно методом горячей штамповки. Надо сказать, что детали, изготовленные методами пластической деформации эксплуатируются как правило дольше. Таким образом, при использовании ОМД решаются два вопроса – сокращение расхода металла, повышение производительности труда, улучшение служебных характеристик детали.

Немаловажным для сравнения фактором является серийность производства. В случае изготовления единичной детали или небольшой партии их в случае мелкосерийного производства, целесообразнее обрабатывать заготовки резанием, так как в этом случае исключается операция по изготовлению оснастки, неизбежная при операциях ОМД. Второй лимитирующий фактор – это геометрия деталей. Не все детали возможно получить обработкой давлением, примером могут служить полосные детали, детали сложной конфигурации. В таком случае приходится осуществлять фрезерование, и штамповать оказывается практически невозможно.

В итоге можно считать методы обработки металлов давлением более эффективными энергетически и материально в той степени и в той области сравнения, где это уместно и корректно.

И все же, существуют ли случаи чистого или абсолютного превосходства одного метода над другим? Нет ничего незыблемого и абсолютного, и технология обработки металлов не исключение в этой истине.

Обработка резанием на данном этапе развития техники не может быть заменена обработкой давлением в тысячах типичных случаев по причине требуемой формы, шероховатости поверхности, особых свойств, достигаемых резанием и не доступных давлению.

Впрочем, можно привести и примеры, когда детали, полученные методом обработки давлением, не требуют дополнительной механической обработки и могут идти прямо на сборку.. «Классика жанра» – листовая штамповка, после которой получаемые детали собираются без дополнительной обработки.

В случае горячей объемной штамповки (шатун или коленчатый вал) обрабатываются шейки, а остальные поверхности остаются без механической обработки. У деталей, которые получены, например, методом холодного выдавливания, полугорячей штамповки, только посадочные поверхности иногда требуют механической обработки, а все остальные поверхности остаются без нее. Естественно, что при осуществлении операций по перераспределению металла, конечно, целесообразна обработка давлением, поскольку материал не идет в отходы и существенно выше производительность труда.

В случае полной замены резания на штамповку целесообразность экономическая находится в прямой и даже не линейной зависимости от количества обрабатываемых изделий.

В ряде случаев (в случае возможности того или иного выбора метода) и резание может быть предпочтительней в связи с большей оперативностью, условиями труда, более простой инструментальной подготовкой.

Однако, не вдаваясь в анализ разнообразных примеров обработки альтернативными методами, можно заявить, что как правило резание не предпочтительный, а эффективный метод в части достижения требований технической документации.

Большинство заготовок, все же, проходят довольно длинный ряд операций обработки резанием на различных станках – только так получаются высокоточные детали машин. Совершенствуясь и развиваясь, давление и резание дополняют друг друга, и при выборе метода во внимание принимаются следующие критерии:

1. Возможность получения требуемой обработки известными, апробированными методами то ли давления, то ли резания. Это по настоящему единственный, не зависящий от случайных факторов критерий. В случае, если выборы метода не очевидны, находясь на стыке возможностей технологий или возможного применения каких-либо экзотических методов, выбор зачастую применяется с учетом временного, финансового, а часто и личностного характера главного специалиста или руководителя.
2. Наличие оборудования, или же (в случае организации производства с нуля) возможность оснащения.
3. Возможность и стоимость приобретаемого материала, предполагаемая динамика роста цен на материал. Исходный материал или заготовка, как правило, отличны в этих методах.
4. Масса субъективных факторов: традиции предприятия, энерговооруженность, наличие или отсутствие инструментальной подготовки и другие случайные или ситуационные аспекты влияющие на принятые решения-решения основывающиеся.

Опыт показал, что принятие решений основывалось на вечных истинах (объективных факторах в нашем случае) оправданы и перспективны.

Случайные факторы подвергаются корректировке временем, обстоятельствами непросчитываемого характера, а поэтому должны учитываться как корректирующие, а не основные.

Изменение вида обработки в масштабах всего производства способно в корне изменить характер деятельности. В инструментальном производстве характерным примером является существование двух различных (шлифование или выдавливание) технологий получения самой формы сверла, что делает крайне отличными и структурно и технологически все производство в целом.
Методы обработки металла.

Мнение специалиста: Н.В.Деревянко, ООО ЗМТ, г. Запорожье

Пример нашего предприятия, как изготовителя нестандартизированного оборудования, свидетельствует о том, что зачастую неэкономичный, непроизводительный вид обработки (токарная, фрезерная, расточная операции) применяются в связи с невозможностью в срок изготовить штамповую оснастку.

В виде иллюстрации из собственного опыта хотел бы привести два ярких примера, примечательных тем, что экономическая оценка эффективности легко осуществима. При изготовлении так называемого контакта РНО, применяемого в сталеплавильном производстве, операция токарная по образованию ступенчатой цилиндрической поверхности была заменена на штамповку. Штамп (небольшой, но достаточно сложный) был изготовлен достаточно оперативно. При изготовлении одной партии (150 контактов), кроме экономии материала (медь М1, пруток) было сэкономлено порядка 120 нормо-часов рабочего времени, что гораздо менее трудоемкости затраченной на изготовление оснастки. Так как в нашем производстве не задействованы специалисты низкой квалификации, то фактически можно говорить о равноценности удельных затрат. Так как подобное изделие заказывается периодически, то годовой эффект составил порядка (неопределенность в пределах 5% по стоимости меди) 5000,00 грн. по статьям материалы и заработная плата. В общей сумме затрат это составит 30%.

Еще одним ярким примером может быть приведена замена механической обработки (фрезеровка) пластины контактной электролизера на горячую штамповку. Это чистый пример замены. Трудоемкость партии 3000 штук составила 180н.ч. вместо обычных до того 4500 н.ч.

Примечательным и в том, и в другом случае является тот факт, что приведенные как пример детали применялись и изготавливались традиционным образом на протяжении десятилетий. Пластина контактная применяется с 30-х годов прошлого века.

Оба вышеописанных метода, резание и обработка давлением, известны и используются не одно столетие. Но, разумеется, не стоит на месте и наука, разрабатывая новые технологии обработки металлов. Следующей ступенью технологий стала порошковая металлургия, позволяющая уменьшить отходы материала и минимизировать последующую механообработку. Также порошковая металлургия позволяет обеспечить получение материалов, обладающих заранее заданными свойствами, и материалов, получение которых иными способами невозможно. Развитие современной порошковой металлургии идет по пути изыскания методов, позволяющих использовать сложные формы. Достигается это благодаря использованию методов гидроэкструзии, одновременного прессования и спекания. Так, при механическом прессовании порошка давление не распределяется равномерно в объеме. При механическом прессовании есть ограничения по форме – чем сложнее форма, тем больше вероятность образования пористости, а значит неравномерности свойств в объеме материала. Существующие методы гидроэкструзии позволяют получать изделия очень сложной конфигурации, например, радиаторы автомобилей.

Наиболее же перспективным методом порошковой металлургии, правда, не имеющим в данный момент практического применения, считается обработка изделий в режиме реализации сложнонапряженного состояния для создания наноструктуры. Данный вид обработки позволяет получать изделия заданной формы и имеющие уникальные свойства.

Итак, совершенствование методов обработки металлов – дело не далекого будущего, но вполне реального настоящего. И, возможно, не за горами масштабное промышленное получение изделий, «построенных по кирпичику» из различных атомов с учетом требуемых свойств детали. Сейчас же различные методы мирно уживаются между собой, дополняя друг друга и обеспечивая получение качественных изделий. Да и есть ли смысл решать, который способ лучше и полезнее...
Методы обработки металла

Почти каждое поселение древней Руси, полностью или частично вскрытое археологами, или древнерусское погребение, кроме обильной продукции металлообрабатывающего ремесла, дают нам еще остатки и самого производства в виде разнообразных инструментов, приспособлений и оборудования. Археологи находят развалы кузнечных горнов, сопла, наковальни, молотки, клещи, напильники, зубила и множество другого инструмента. Это дает неопровержимое доказательство того, что все изделия из черного металла, которые оставила нам древняя Русь, были созданы русскими кузнецами, владевшими очень сложной техникой производства.

История относит изобретение токарного станка к 650 гг. до н. э. Он представлял собой два установленных центра, между которыми зажималась заготовка из дерева, кости или рога. Раб или подмастерье вращал заготовку (один или несколько оборотов в одну сторону, затем в другую). Мастер держал резец в руках и, прижимая его в нужном месте к заготовке, снимал стружку, придавая заготовке требуемую форму.