Меню

Технология. 6 класс. Авторский коллектив: Е. С. Глозман, Е. Н. Кулакова, Ю. Л. Хотунцев, О. А. Кожина, И. В. Воронин, В. В. Воронина, А. Е. Глозман

Глава 5. Технологии получения и преобразования металлов и искусственных материалов
§ 14. Металлы и способы их обработки

В этой главе вы продолжите освоение технологий ручной и механической обработки металлов и искусственных материалов, познакомитесь с современными способами их обработки.

Выполнение заданий и практических работ даст вам возможность освоить новые технологические операции и позволит задуматься над идеями учебных и творческих проектов.

Из курса технологии 5 класса вы знаете, что металлы являются конструкционными материалами, обладающими рядом уникальных свойств, благодаря которым они прочно вошли в нашу жизнь. Металлы используются для изготовления орудий производства и предметов потребления. Свойства различных металлов не одинаковые, поэтому из одних металлов делают детали машин и механизмы (сталь, чугун), другие используют для производства самолётов, посуды (алюминий), из третьих создают ювелирные украшения (золото, серебро) (рис. 5.1). Для производства труб, электрических проводов, медных музыкальных инструментов (рис. 5.2.), создания художественных изделий в технике чеканки незаменимым материалом является медь.

Рис. 5.1. Образцы деталей и изделий из металлов

Рис. 5.2. Медный духовой инструмент — труба

Сфера применения металлов и сплавов определяется их свойствами. Производить изделия из чистых металлов сложно, поэтому их применяют редко. Обычно при изготовлении изделий используют полученные на их основе сплавы. В настоящее время уровень развития науки и техники позволяет создавать сплавы с заданными свойствами, которые определяются планируемыми областями применения сплавов. В современной промышленности используют свыше 10 тыс. различных металлов и их сплавов. Многие виды металлов и сплавов можно определить по внешним признакам: цвету и блеску. Большинство металлов имеет серовато-серебристый цвет. Исключение составляют золото (жёлтый цвет), медь и медные сплавы (оранжево-красный цвет). В таблице 5.1 приведены цвета металлов и сплавов, которые часто используются в промышленности и быту.

Таблица 5.1

Цвета металлов и сплавов

Часто изделие, выполненное из одного металла, покрывают тонким слоем другого. Например, стальные листы, применяемые для изготовления крыш, покрывают слоем цинка. Сталь обеспечивает высокую прочность и твёрдость листа, а цинк позволяет защитить лист от агрессивного воздействия окружающей среды (рис. 5.3).

Рис. 5.3. Кровля из оцинкованного листа

Чёрные и цветные металлы. Все металлы и сплавы можно разделить на две группы: чёрные и цветные. К чёрным металлам относят железо, сталь, чугун. К цветным — все остальные металлы и сплавы: медь, латунь, бронзу, алюминий, золото, серебро и т. д.

Одним из важнейших металлов, применяемых в современной технике, является железо. Чистое железо обладает невысокой прочностью, поэтому оно используется очень редко. Широкое применение имеют сплавы железа с углеродом — чугун и сталь. Сплавы, содержащие более 2% углерода, относятся к чугунам. Чугун используют для изготовления оснований (станин) станков, производства деталей архитектурных сооружений и оград, скульптур. Сплав, содержащий менее 2% углерода, называют сталью. Стали по назначению делятся на две основные группы: инструментальные и конструкционные.

Инструментальная сталь является основным материалом для изготовления различных инструментов (свёрл, зубил, напильников). Содержание в ней углерода составляет от 0,6 до 1,4%. Такой состав обеспечивает прочность и твёрдость инструмента, необходимые для обработки различных материалов.

Конструкционной называют сталь, в которой содержится от 0,2 до 0,6% углерода. Она используется для изготовления деталей машин, строительных конструкций, художественных кованых изделий. Такая сталь обладает высокими технологическими свойствами: хорошо обрабатывается режущими инструментами, сваривается, способна изменять свою форму не разрушаясь.

Итак, именно углерод является тем компонентом стали, который определяет её свойства и связанные с ними области применения.

Важное место среди цветных металлов занимают медь и её сплавы — латунь и бронза. Медь обладает высокой электропроводностью, коррозийной стойкостью, пластичностью. Она легко обрабатывается давлением. Выдавливанием из медного листа можно получить сложные рельефы. В то же время обрабатывать медь режущими инструментами затруднительно, так как она плохо сверлится, точится, обрабатывается напильниками.

Одним из распространённых сплавов на основе меди является латунь, которая представляет собой сплав меди с цинком. Латунь хорошо обрабатывается режущими инструментами. Она обладает большей, чем медь, прочностью и твёрдостью, но уступает ей в пластичности.

Ещё одним сплавом меди является бронза, которая известна человечеству очень давно. Так, целая эпоха в истории человечества носит название «бронзовый век». Самыми распространёнными являются оловянные бронзы — сплавы меди и олова. Бронза способна противостоять износу при трении, что важно для деталей механизмов. Медные сплавы обладают высокими литейными качествами, поэтому они являются хорошим материалом для отливки памятников и скульптур.

Самым распространённым металлом в природе является алюминий. Его прочность сравнительно невелика, но в результате добавления в него различных компонентов — кремния, магния, меди, цинка — прочность получаемого таким образом материала значительно повышается. Алюминий обладает превосходными физико-химическими свойствами: малым весом; высокой плотностью; способностью хорошо проводить электричество и тепло; устойчивостью к коррозии и воздействию агрессивных веществ; высокой пластичностью.

Если сравнить одинаковые по объёму алюминиевую и стальную заготовки, то окажется, что алюминиевая заготовка значительно легче стальной. При этом по прочности алюминиевые сплавы не уступают стали. Эти свойства определяют широкое применение алюминия в самолётостроении.

В настоящее время промышленность выпускает металлические заготовки различных форм — профилей, из которых путём последующей обработки изготавливают необходимые детали и изделия. Существует насколько групп профилей металлов: листовой металл, сортовые профили, трубы (рис. 5.4).

Рис. 5.4. Металлические профили:
а — сортовые профили правильной геометрической формы; б — сортовые фасонные профили; в — трубы

В зависимости от толщины листа листовой металл делится на фольгу (менее 0,08 мм), жесть (0,2-0,5 мм), тонколистовой металл (0,3—4 мм), толстолистовой металл (4 мм и более).

Необходимость выпуска большого количества различных профилей определяется разнообразием форм изготавливаемых деталей и условиями их применения (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Образец применения профилей металла в конструкции железнодорожного моста

Маркировка стали. Стали отличаются друг от друга количеством содержащегося в них углерода. Информация об этом содержится в марке стали. Так, например, качественные конструкционные стали имеют марки: Ст30, Ст40 и т. д. Двузначное число в марке стали указывает на процентное содержание углерода в сплаве в сотых долях процента. Например: сталь Ст40 содержит примерно 0,40% углерода.

По внешним признакам практически невозможно отличить одну марку стали от другой. Поэтому при производстве стали заготовки маркируют определёнными цветами. Информация о маркировке сталей содержится в специальных технических справочниках и таблицах (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Цвета маркировки сталей

Способы обработки металлов. Первый способ обработки металлов, который мы рассмотрим, — это обработка металлов давлением.

Одним из свойств металлов является пластичность, т. е. способность изменять форму под действием давления, в том числе ударов, не разрушаясь. Есть металлы, которые можно обрабатывать давлением в холодном состоянии, например золото, медь, алюминий; а есть те, которые обрабатывают давлением в горячем состоянии, например малоуглеродистая сталь. Раскалённая докрасна, она становится такой пластичной и податливой, что из неё можно изготавливать детали самой сложной формы.

Процесс обработки металлов давлением состоит в том, что давящий инструмент придаёт металлической заготовке требуемую форму. К обработке металлов давлением относятся прокатка, штамповка, ковка (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Обработка металлов давлением:
а — прокатка; б — листовая штамповка; в — ковка

Штамповка — это деформация металла с помощью специального инструмента — штампа, рабочая поверхность которого повторяет конфигурацию изготовляемой детали. Штамповкой изготавливают такие сложные по форме изделия, как детали кузовов автомобилей, корпуса бытовых приборов, различные товары повседневного спроса и т. д. Штамповку деталей выполняют в холодном и горячем состоянии (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Штампованные детали и поковки:
а — детали, выполненные листовой штамповкой в холодном состоянии; б — поковки, выполненные объёмной штамповкой в горячем состоянии

Применение штамповки обеспечивает высокую производительность труда, даёт возможность изготавливать большие серии одинаковых деталей при минимальных затратах. Это объясняет её широкое распространение в промышленности.

Ручная ковка осуществляется последовательными ударами кузнечного молота (кувалды) по нагретой или холодной заготовке, расположенной на наковальне, до приобретения ею желаемой формы. Кузнечное производство является одним из древнейших способов изготовления изделий из металла (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Каминный набор

Ещё одним способом изготовления металлических деталей является литьё. Его применение основано на свойстве металлов, которое называется жидкотекучесть. Это свойство обеспечивает хорошее заполнение формы расплавленным металлом. После затвердевания металла в форме получается литая деталь-отливка. Литьё позволяет во многих случаях получать готовую деталь, которую в дальнейшем необходимо лишь незначительно доработать. Многие окружающие нас предметы изготовлены методом литья: водопроводные краны, дверные ручки, водосточные решётки на улицах. Существует искусство художественного литья. Таким способом изготовляют скульптуры, украшения, церковные колокола, декоративные ограды (рис. 5.9). Хорошими литейными свойствами обладают чугун, бронза, олово, цинк и некоторые другие металлы и сплавы.

Рис. 5.9. Литое чугунное ограждение

Существует ещё один способ обработки металлов — обработка металлов резанием. Несмотря на высокий процент отходов материала, данный способ получил распространение при производстве деталей и изделий на различных технологических станках — токарных, фрезерных, строгальных (рис. 5.10). Этот способ применяют при изготовлении единичных деталей сложной формы с высокой точностью, при доработке заготовок после литья или обработки давлением.

Рис. 5.10. Детали, изготовленные на токарных и фрезерных станках

Ранее на уроках технологии вы выполняли некоторые технологические операции резания материалов: сверление, опиливание, резание ножницами, пиление и т. д. Все эти операции производятся специальными режущими инструментами: ножницами по металлу, свёрлами, напильниками, ножовками по металлу. Рабочая часть этих инструментов имеет общую форму — клин.

Существует несколько основных видов резания. На рисунке 5.11 показаны различные виды резания металлов: с помощью клинообразных инструментов, раздвигающих частицы металла (рис. 5.11, я); посредством двух режущих лезвий (рис. 5.11, б); путём снятия стружки (рис. 5.11, в)

Рис. 5.11. Виды резания металла:
а — с помощью клинообразного инструмента;
б — с помощью двух режущих лезвий;
в — снятие стружки

Режущие инструменты должны обладать высокой прочностью и твёрдостью, для того чтобы выдерживать большие нагрузки, которые возникают при обработке металлов. Не все металлы одинаково хорошо поддаются обработке резанием. Например, на станках трудно обрабатывать заготовки из красной меди, свинца, алюминия.

Таким образом, при изготовлении изделия необходимо рационально выбирать способ обработки материала: важно учитывать свойства металла, количество деталей (одна или серия), трудоёмкость операций и затрачиваемое время.

Вопросы и задания:

1. Какие особые свойства металлов обусловливают их широкое применение при производстве предметов быта, деталей машин и других конструкций?

2. Чем по своему составу чистый металл отличается от сплава? Приведите примеры.

3. Для изготовления каких изделий используют конструкционную и инструментальную стали?

4. C какой целью используют цветную маркировку сталей?

5. Чем необходимо руководствоваться при выборе способа обработки металла?

Задание 1

Найдите в Интернете информацию о меди и её сплавах. Расскажите об их свойствах и применении.

Задание 2

Найдите в Интернете информацию об использовании алюминия в самолётостроении. Подготовьте компьютерную презентацию об этом.