Obróbka wykonywana w zakładach ślusarskich

Zakłady ślusarskie specjalizują się w obróbce metalu, w zależności od swego profilu zajmując się m.in. produkcją różnych elementów metalowych, np. konstrukcji stalowych czy części i podzespołów do maszyn i urządzeń, a często także ich naprawą, montażem, demontażem czy modernizacją. W ramach swojej działalności używają różnych technik obróbki umożliwiających kształtowanie i łączenie metalu. Najczęściej obejmuje to obróbkę mechaniczną i spawanie.

Obróbka mechaniczna i jej rodzaje – obróbka skrawaniem

Tradycyjna obróbka ślusarska wiąże się z kształtowaniem metalu na zimno przy użyciu narzędzi ręcznych lub zmechanizowanych. W jej ramach wykonywano na ogół czynności łączące się z przygotowaniem elementów metalowych, obróbką detali, naprawami i dorabianiem części do różnych urządzeń. W zakres wykonywanych czynności wchodziło również spawanie metali. Dziś zadania ślusarskie są wykonywane najczęściej przy użyciu obrabiarek CNC, co pozwala na przyspieszenie całego procesu, zwłaszcza przy bardziej skomplikowanych projektach. Zautomatyzowanie obróbki przy użyciu urządzeń sterowanych numerycznie oznacza jednak konieczność przygotowania odpowiednich modeli cyfrowych CAD, a następnie wspomaganego komputerowo zaprojektowania przebiegu poszczególnych etapów działania maszyny. Gwarantuje to nie tylko wysoką dokładność, ale także możliwość ponownego wykonania konkretnego detalu czy części – wyjaśnia ekspert z firmy PPHU Głowacki, zajmującej się produkcją wyrobów metalowych dla przemysłu maszynowego.

Najczęściej wykonywanym rodzajami obróbki metali jest obróbka skrawaniem. Wykorzystuje ona metodę obróbki ubytkowej polegającej na usuwaniu kolejnych partii materiału, tzw. naddatku z przedmiotu obrabianego aż do uzyskania pożądanych wymiarów i kształtów. Przy skrawaniu fragmenty naddatku usuwane są w postaci niewielkich wiórów, które oddziela się za pomocą krawędzi tnącej właściwie dobranego narzędzia, wykonanego z materiału o większej twardości niż materiał obrabiany. Odpowiednie przyrządy muszą więc być wytworzone ze specjalnych gatunków stali utwardzanej cieplnie, węglików spiekanych, materiałów ceramicznych lub dzięki użyciu nasypu diamentowego, a także niezwykle twardego azotku boru. Oczekiwany kształt nadaje się za sprawą doboru ostrza o prawidłowej geometrii oraz zaplanowaniu sposobu, w jaki sposób ma się ono przemieszczać względem przedmiotu obrabianego.

Istnieje kilka typów obróbki skrawaniem. Do najczęściej stosowanych należy frezowanie. Polega ono na wprawianiu narzędzia zwanego frezem w ruch obrotowy, następnie taką zmianę jego położenia, która umożliwi uzyskanie odpowiedniego kształtu. Jest to możliwe dzięki specjalnemu ukształtowaniu frezu – zwykle jego bocznej powierzchni. Jest ona wyprofilowana w taki sposób, aby usuwając naddatek uzyskiwać oczekiwany kształt, np. krzywą o ściśle określonej charakterystyce. Możliwe jest również stosowanie frezów, które pracują swoją powierzchnią czołową lub jednocześnie powierzchnią czołową i boczną. Przy tego typu narzędziach najczęściej liczy się nie tyle kształt narzędzia, ale przede wszystkim ścieżka, po której się ono porusza. Frez może się zwykle przemieszczać we wszystkich płaszczyznach, a także być ustawiany w stosunku do przedmiotu obrabianego pod różnymi kątami.

Innym rodzajem obróbki skrawaniem jest toczenie. W tym przypadku w ruch obrotowy jest wprawiany przedmiot, który ma zostać poddany obróbce. Tą metodą można uzyskiwać kształty będące typowymi bryłami obrotowymi – wałki, wrzeciona czy koła. Podczas toczenia odpowiednią geometrię nadaje się, zbliżając powierzchnię tnącą narzędzia do osi obrotu albo przemieszczając je wzdłuż niej. Oba przemieszczenia mogą się odbywać równocześnie. Za właściwe wyprofilowanie obrabianej powierzchni odpowiada zarówno rodzaj użytego ostrza, jak i sposób jego przemieszczania. Przy toczeniu można obrabiać powierzchnie zewnętrzne i wewnętrzne. W takim przypadku mamy do czynienia z tzw. wytaczaniem. Połączenie toczenia i wytaczania pozwala na przygotowanie np. przedmiotów cylindrycznych.

Często wykorzystywaną metodą obróbki skrawaniem jest także wiercenie. W tym przypadku wiertło wykonuje ruch obrotowy, a jednocześnie posuwisty przemieszczając się w głąb materiału. Za pomocą wiercenia wykonuje się zarówno otwory przelotowe, jak i nieprzelotowe. Możliwe jest też różne profilowanie powierzchni bocznych otworu, które mogą mieć np. kształt stożkowaty.

Nieco rzadziej wykonywanymi rodzajami obróbki skrawającej jest dłutowanie i przeciąganie. W przypadku dłutowania ostrze narzędzia przemieszcza się w jednej płaszczyźnie, odspajając wiór w jednym przebiegu. W ten sposób można przygotowywać np. koła zębate. Przeciąganie polega na nadawaniu przedmiotowi obrabianemu kształtu narzędzia, które przechodzi przez przygotowany wcześniej otwór, działając na zasadzie zbliżonej do dłutowania. W wyniku przeciągania mogą powstawać np. uzębienia wewnętrzne czy różnego rodzaju rowkowania.

Obróbka plastyczna metali

Obróbka plastyczna polega na nadawaniu przedmiotowi obrabianemu oczekwianego kształtu przy wykorzystaniu podatności metalu na zmianę kształtu w wyniku zastosowania dużej siły. W obróbce ślusarskiej metali obróbkę plastyczną stosuje się do przygotowywania wyrobów z blachy, a niekiedy także z prętów lub taśm. Dzięki prawidłowo dobranemu naciskowi metal może przekroczyć swoją granicę sprężystości, czyli zdolności do powrotu do wcześniejszego kształtu. W wyniku odpowiednio dużego nacisku dochodzi do pojawienia się tzw. płynięcia plastycznego i zmiany struktury wewnętrznej przez przemieszczenie się warstw atomów tworzących obrabiany materiał. Za sprawą tzw. poślizgu związanego z przekształceniem struktury metal zyskuje na trwałe nowy kształt. Jednocześnie, jeśli działająca siła będzie większa, to dojdzie do przekroczenia granicy wytrzymałości metalu i jego pęknięcia.

Podstawowym rodzajem obróbki plastycznej wykorzystywanej na szeroką skalę jest cięcie. Może ono być przeprowadzane na różne sposoby. Klasyczną formą cięcia plastycznego jest cięcie na gilotynie przeznaczonej do metalu lub wykrawanie. W obu przypadkach do przerwania spójności materiału dochodzi w wyniku nacisku na jego powierzchnię krawędzi tnących. W cięciu za pomocą gilotyny oddzielenie dwóch części materiału następuje w wyniku równomiernego nacisku dwóch powierzchni tnących działających z obu stron. W ten sposób można uzyskać jednak wyłącznie cięcie prostoliniowe. Przy korzystaniu z wykrawania można natomiast wycinać dowolne elementy i otrzymać linię cięcia odpowiadającą kształtowi wykrojnika składającego się ze stempla, który naciska z góry na materiał oraz płyty tnącej, na której on spoczywa. Za pomocą wykrawania można uzyskać wiele różnych efektów – możliwe operacje to wycinanie, dziurkowanie, nadcinanie i rozcinanie.

Drugim niezwykle często wykorzystywanym rodzajem obróbki plastycznej jest gięcie. Pozwala ono na odkształcenie metalu w wybrany sposób uzależniony od profilu użytej matrycy. Element, który ma być gięty, jest na niej umieszczany, a następnie dociskany przy pomocy stempla o kształcie odpowiadającym wyprofilowaniu matrycy. Gięcie może być przeprowadzone przy pomocy zespołu obracających się walców – w ten sposób wykonuje się często elementy o większych rozmiarach, które mają być gięte po krzywej. Wykorzystywane jest również połączenie użycia matrycy oraz walca, w niektórych przypadkach stosuje się też gięcie przez przeciąganie, kiedy element jest formowany w trakcie przechodzenia przez specjalnie wyprofilowany otwór. Gięcie wykonywane na zimno ma tę zaletę, że prowadzi do tzw. umocnienia materiału, czyli poprawy jego wytrzymałości mechanicznej na obciążenia.

Stosunkowo często wykorzystywaną metodą obróbki plastycznej jest wytłaczanie. W tym przypadku w wyniku procesu odkształcania plastycznego blachy powstaje tzw. powierzchnia nierozwijalna, czyli kształt, który nie jest jedynie następstwem zmiany geometrii płaszczyzny przedmiotu jak przy gięciu, ale wiąże się również ze zmianą grubości w wybranych miejscach. Wytłaczanie wymaga więc rozciągania albo ciągnienia materiału. Proces jest realizowany za sprawą używania odpowiedniej matrycy i współdziałającego z nią stempla, które naciskając na obrabianą blachę sprawiają, że przyjmuje ona kształt szczeliny między ich powierzchniami.

Obróbka termiczna – spawanie

Rodzajem obróbki wykonywanej w zakładach ślusarskich jest również spawanie. Polega ono na łączeniu metali przez trwałe spajanie dwóch fragmentów, dzięki odpowiedniemu ich rozgrzaniu i połączeniu na poziomie struktury cząsteczkowej. Po osiągnięciu właściwej temperatury metal zmienia swój stan skupienia na ciekły, co pozwala na połączenie dwóch powierzchni, które po zastygnięciu tworzą jednolitą całość. Zwykle dzieje się to przez wprowadzenie dodatkowego materiału tworzącego spoinę zwaną spawem. Rodzajem połączenia bez dodawania innego metalu jest zgrzewanie.

Spawanie może odbywać się za pomocą różnych technik, jednak najbardziej rozpowszechnione jest obecnie spawanie łukowe. Jest ono możliwe dzięki stosowaniu prądu elektrycznego, który przepływając przez spawany materiał oraz używaną elektrodę wytwarza w zjonizowanym gazie znajdującym się między nimi łuk elektryczny. Wysoka energia łuku umożliwia topienie metalu i wprowadzanie materiału, który zwiąże się ze spawanymi powierzchniami i stworzy po wychłodzeniu spaw. Ze względu na to, że w rozgrzanym metalu mogą tworzyć się wszelkiego rodzaju tlenki czy wnikać rozmaite zanieczyszczenia spawanie odbywa się w osłonie gazowej. Tworzy ona atmosferę ochronną, która poprawia jakość wykonywanej spoiny.

Istnieje kilka metod spawania przy wykorzystaniu łuku elektrycznego, które różnią się wykorzystywanymi urządzeniami, możliwym zakresem wykorzystania oraz stosowanymi gazami osłonowymi. Najpopularniejsze, a zarazem dające najlepsze efekty i mające najszersze spektrum zastosowań są metody MIG (Metal Inert Gas), MAG (Metal Active Gas) oraz TIG (Tungsten Inert Gas). Spawanie MIG to spawanie w atmosferze gazów obojętnych – argonu, helu albo ich mieszanek, spawanie MAG wykorzystuje osłonę gazów aktywnych – dwutlenku węgla lub jego mieszanki z dodatkiem argonu, helu bądź tlenu. Przy metodach MIG/MAG spoina powstaje z podawanego przez uchwyt spawalniczy drutu. Spawanie TIG jest wykonywane w osłonie gazów obojętnych, a zatem tak jak przy spawaniu MIG – z użyciem argonu albo helu. W przypadku spawania TIG spoina jest wytwarzana z podawanego pręta spawalniczego.