Промышленная отделочная обработка металлов: полное руководство

Процесс отделочной обработки металлов — тема, которую нельзя оставить без внимания, так как почти всё вокруг нас сделано из каких-то типов металлов или содержит металлические детали. Металл играл ключевую роль в нашей жизни тысячелетиями до наших дней, и его преимущества влияют на каждую технологическую инновацию. Жизнь была бы очень сложной и скучной без металлов: начиная от автомобилей, ювелирных изделий, самолетов, дверей, окон, болтов и гайок — всё сделано из металлов.

Поскольку металлы используются для производства декоративных изделий, конечный вид должен быть привлекательным. В ситуациях, когда важен конечный вид металлического изделия, должен выполняться процесс отделочной обработки. Кроме того, отделочная обработка металлов играет важную роль в добавлении свойств металлу, покрывая поверхность тонким слоем.

Сегодня мы рассмотрим определение, критерии выбора, типы, применение и преимущества процессов отделочной обработки металлов.

Что такое процесс отделочной обработки металлов?

Процесс отделочной обработки металлов — это процесс нанесения или приложения какого-либо типа металлического покрытия на поверхность металлической детали. Используется для обработки внешней поверхности металлических изделий путем нанесения тонкого дополнительного слоя на поверхность. Отделочная обработка металлов также можно определить как реализацию процесса очистки, полировки или улучшения металлических поверхностей.

Читайте также: Различные типы процессов формовки листового металла

Что учитывать при выборе процесса отделочной обработки металлов

Существует несколько факторов, которые нужно учитывать при выборе техник отделочной обработки для вашего проекта:

• Скорость производства: как быстро будет выполнена техника отделочной обработки.
• Стоимостная эффективность: некоторые станки отделочной обработки, как вибрационные барабаны (vibratory tumblers), очень дорогие, но обеспечивают более быстрые циклы.
• Потенциал вулканизации — также один из факторов.
• Свойства металла: если материал — твердые металлы, может потребоваться интенсивный метод отделочной обработки, как шлифование.

Различные типы процессов отделочной обработки металлов

Ниже представлены различные техники отделочной обработки металлов:

Гальваническое напыление (Electroplating):

Этот процесс также известен как электроосаждение (electrodeposition), достигается путем осаждения металла или металлического сплава на поверхность подложки (substrate). Электрический ток пропускается через жидкость, содержащую растворенные ионы и подложку. Этот объект служит катодом и притягивает металлические ионы в гальванической ванне. Процесс предварительной обработки (очистка, промывание, снятие покрытия) выполняется перед гальваническим напылением.

Химическое напыление (Electroless Plating):

Химическое напыление похоже на гальваническое тем, что подложка помещается в жидкий раствор с желаемым металлом, часто медью или никелем. Главное различие — способ осаждения: металлическое покрытие наносится через химическую реакцию, а не электричество. Ванна напыления обычно включает комплексообразователь для поддержания металла в растворе и различных добавок для стабильности. Это также увеличивает срок службы ванны.

Вибрационная отделочная обработка (Vibratory Finishing):

Этот процесс эффективен для удаления острых краев и других дефектов поверхности с металлических деталей. Детали помещаются в чашу или ванну, содержащую гранулированную абразивную загрузку (pellet-shaped media). Активация чаши вызывает вибрационное действие, заставляя загрузку и детали терся друг о друга. Вибрационная отделочная обработка идеальна для мелких деталей с применениями: снятие заусенцев, очистка, дескалирование, полировка или блестение.

Читайте также: Всё о металлообработке

Пассивация (Passivation):

Пассивация — пост-обработка напыления, помогающая обеспечить дополнительную коррозионную защиту. Достигается использованием оксидного покрытия металла, которое продлевает время до появления ржавчины. Также улучшает внешний вид готовой детали, так как доступна в различных цветах.

Наплавивание / Кладинг (Cladding):

Кладинг — механический процесс, использующий тепло и давление для создания связи между подложкой и металлическим покрытием. Требует специализированного оборудования, что делает его дороже других процессов отделочной обработки. Однако кладинг обеспечивает более толстое металлическое покрытие, чем гальваническое или химическое напыление.

Электроосадка краски (Electrocoating / E-coating):

Электроосадка также использует принцип электроосаждения как гальваническое напыление. Детали помещаются в раствор с покрытием перед подачей электрического тока. Но вместо металлических ионов раствор содержит электрически заряженные частицы краски или эпоксидной смолы, осаждаемые на поверхности подложки. Э-коутинг часто используется как грунтовочное покрытие на металлических поверхностях перед покраской для улучшения адгезии краски. Иногда используется для улучшения внешнего вида металлических деталей, так как хорошо работает на любом типе металла.

Горячее окисление / Обжиг (Hot blackening):

Используется для получения черного матового покрытия в основном на автодеталях и огнестрельном оружии, а также в военных применениях, где требуется защитное темное покрытие. Выполняется нанесением тонкого черного оксидного покрытия на поверхность подложки, что увеличивает износостойкость металлической детали. Деталь проходит через серию ванн с различными очистителями, едкими материалами и охлаждающими жидкостями. Горячее окисление обычно выполняется большими партиями, идеально для мелких деталей.

Порошковое покрытие (Powder Coating):

Нанесение сухого порошкового покрытия на металлические детали вместо жидкого покрытия. Порошковое покрытие обеспечивает большую толщину, чем жидкое. Процесс достигается комбинированием ингредиентов: пигментов, отвердителей, модификаторов текучести, выравнивающих добавок и других добавок для создания порошка. Порошок затем электростатически осаждается на поверхность подложки, после чего термическая полимеризация в специально спроектированной печи. Печь вызывает химическую реакцию, приводящую к высокой перекрестной связности. Этот процесс также применяется к некоторым пластикам и другим неметаллическим подложкам.

Электролитическая полировка (Electropolishing):

Электролитическая полировка — электрохимический процесс отделочной обработки металлов, обратный гальваническому напылению. Если гальваническое напыление включает осаждение металлических ионов на поверхность подложки, то электролитическая полировка — удаление металлических ионов с подложки. Обеспечивает гладкую, обтекаемую текстуру поверхности заготовки. Достигается погружением объектов в электролитную ванну, служащую анодом. Объект также подвергается клемме, обеспечивающей постоянный ток, служащей катодом. Процесс идеален для удаления заусенцев или небольших количеств остатков с поверхности детали и устранения пиков и впадин.

Читайте также: Всё о ЧПУ-станке

Абразивная обработка под давлением (Abrasive Blasting):

Также известна как пескоструйная (sand blasting) или дробильная (bead blasting) обработка, объединяющая очистку и отделочную обработку. Абразивная обработка экономит время и деньги. Действие очистки, полировки и отделочной обработки достигается за счет использования высокого давления сжатого воздуха для проецирования абразива на поверхность деталей. Широкий спектр абразивов: песок, карбид кремния, стеклянные шарики, стальная крошка или шарик, органические материалы (ореховые скорлупы, кукурузные стержни). Обычно более твердые абразивы используются для более агрессивного очищения, мягкие материалы — для поверхностей, подверженных повреждениям. Управление давлением также позволяет подстраиваться под специфические требования очистки или отделочной обработки.

Полировка диском (Buff Polishing):

Полировка диском выполняется для очистки и сглаживания поверхности подложки, как и электролитическая полировка. Но не использует электрохимических реакций, вместо этого применяется станок с тканевым диском для полировки поверхности. Процесс похож на полировку автодеталей после воскования. Процесс отделочной обработки применяется для получения глянцевого, декоративного покрытия металлических деталей.

Массовая отделочная обработка (Mass Finishing):

Также известна как механическая отделочная обработка поверхности, предлагающая стоимостно-эффективный способ полировки деталей партиями. Этот процесс применяется в широком спектре процессов для обеспечения единообразной очистки, снятия заусенцев, сглаживания и полировки мелких компонентов одновременно. Это сокращает время производства и обеспечивает равномерное качество поверхности компонентов. Процесс также включает барабанную (tumble finishing) и вибрационную отделочную обработку.

Шарнирование / Ударное упрочнение (Shot Peening):

Этот процесс выполняется для уменьшения металлической усталости и напряжений, предотвращения отказа, вызванного коррозией, и увеличения долговечности и срока службы деталей. Процесс достигается использованием шарово-пеечного молотка (ball-peen hammer) на металлическом объекте, что создает вмятины на поверхности. Полученное сжатое напряжение фактически усиливает поверхность материала. Специальное оборудование используется для набрасывания мелких снарядов (shot). Снаряды могут быть из керамики, металла, стекла или других материалов.

Содовая обработка (Soda Blasting):

Этот процесс работает похоже на абразивную обработку. Главное различие: на поверхность материала наносится пищевая сода вместо абразивного материала. Процесс эффективен для удаления жира, масла, ржавчины, краски и других поверхностных загрязнений. Содовая обработка также обеспечивает более мягкое очистное действие, чем абразивная. По этим причинам обычно применяется на поверхностях, уязвимых к царапинам.

Упрочнение поверхности / Закалка (Case Hardening):

Этот процесс защищает поверхность металла и делает её тверже. Это металлургический процесс, добавляющий защиту через модификацию поверхности, достижимый одной из множества техник: цементация, азотирование, микролитье. Все эти процессы могут дать желаемую твердую корку металлу, пока базовый металл остается относительно мягким. Упрочнение поверхности увеличивает долговечность и износостойкость базовой заготовки.

Барабанная водно-абразивная обработка (Tumble Slurry Blasting):

Также называется мокрой обработкой (wet blasting) из-за использования горячей воды для достижения желаемого результата очистки или подготовки поверхности. Это трехстадийный процесс: нанесение щелочной горячей воды для подготовки поверхности, набрасывание абразивной суспензии на поверхность, затем повторное нанесение щелочной горячей воды для промывки детали. Этот процесс принципиально отличается от других процессов набрасывания, так как высокоскоростное барабанное колесо используется для разгона суспензии вместо сжатого воздуха.

Читайте также: Различные типы молотков, используемых в различных областях

Очистка деталей (Parts Cleaning):

Очистка деталей — очень важный процесс для удаления загрязнений перед внедрением других промышленных процессов отделочной обработки металлов. Ультразвуковая мойка — один из самых распространенных методов, где высокочастотные звуковые волны создают интенсивное очистное действие. Это действие помогает удалить устойчивые загрязнения и остатки.

Промышленное применение процессов отделочной обработки металлов

Основные области применения:

• Автомобилестроение
• Электроника
• Авиакосмическая промышленность
• Оборудование (Hardware)
• Ювелирное дело
• Тяжелое оборудование
• Бытовые приборы
• Телекоммуникации

Читайте также: Различные типы инструментов для работы с листовым металлом

Преимущества

Преимущества применения отделочной обработки к металлическим изделиям:

• Очистка, полировка и удаление дефектов поверхности
• Повышенная долговечность
• Снижение воздействия коррозии
• Улучшение декоративной привлекательности
• Повышение электрической проводимости
• Улучшение паяемости
• Высокое электрическое сопротивление
• Повышение износостойкости
• Высокая химическая стойкость
• Снижение эффектов трения
• Высокая стойкость к потемнению
• Потенциал вулканизации
• Укрепление подложки

На этом всё по статье «Всё, что нужно знать о промышленных процессах отделочной обработки металлов». Надеемся, чтение было полезным — комментируйте и делитесь!