Металаапрацоўка — працэс фарміравання і змены формы металаў для стварэння карысных прадметаў, дэталяў, вузлоў і буйнамаштабных структур. Як тэрмін ён ахоплівае шырокі і разнастайны спектр працэсаў, навыкаў і інструментаў для вырабу аб’ектаў у любым маштабе: ад велізарных караблёў, будынкаў і мастоў да дакладных дэталяў рухавіка і далікатных упрыгожванняў.
Гістарычныя карані металаапрацоўкі папярэднічаюць запісанай гісторыі. Металаапрацоўка выкарысталася у культуры рознымі цывілізацыямі на працягу тысячагоддзяў. Яна відазмянялася ад фармавання мяккіх самародных металаў, напр. золата, простымі ручнымі інструментамі, да выплаўкі руд і гарачай коўкі цвёрдых металаў, напр. жалеза, да сучасных высокатэхнічных працэсаў, такіх як такарная апрацоўка і зварка. Металаапрацоўка з’яўляецца прамысловасцю, рухавіком гандлю, індывідуальным захапленнем і выяўленчаым мастацтвам; Metal sculptures http://www.janetgoldner.com яе можна разглядаць як навуку і рамяство.
Сучасныя разнастайныя і спецыялізаваныя металаапрацоўчыя працэсы можна аднесці да адной з трох шырокіх абласцей, вядомых як працэсы фармавання, рэзкі альбо злучэння. Сучасныя металаапрацоўчыя майстэрні і вытворчасці маюць мноства спецыялізаваных або агульнаўжывальных станкоў, здольных ствараць высокадакладныя і карысныя вырабы. Шмат больш простых метадаў апрацоўкі металаў, такіх як кавальскае майстэрства, ужо не з’яўляюцца эканамічна канкурэнтаздольнымі; і існуюць як індывідуальныя захапленні альбо гістарычныя рэканструкцыі.
Перадгісторыя Самым старажытным археалагічным сведчаннем здабычы і апрацоўкі медзі стала знаходка меднай падвескі на поўначы Ірака з 8700 г. да нашай эрыHesse, Rayner, W. (2007). Jewelrymaking through History: an Encyclopedia. Greenwood Publishing Group. p. 56. .. Самым раннім абгрунтаваным і датаваным сведчаннем металаапрацоўкі ў Амерыцы стала перапрацоўка медзі ў Вісконсіне, недалёка ад Мічыганскага возера. Медзь забівалі, пакуль яна не станавілася крохкай, потым награвалі, каб можна было працаваць далей. Гэтая тэхналогія датуецца прыблізна 4000-5000 да н.э. Самыя старажытныя залатыя артэфакты ў свеце паходзяць з балгарскага некропаля Варна і датуюцца 4450 годам да н.э.
Не кожнаму металу патрэбны агонь, каб атрымаць яго ці апрацаваць. Айзек Азімаў меркаваў, што золата было «першым металам». Asimov, Isaac: «The Solar System and Back», pp. 151 ff. Doubleday and Company, Inc. 1969. Дзякуючы сваёй хіміі, золата сустракаецца ў прыродзе як самародны метал. Некаторыя металы таксама можна знайсці ў метэорах. Амаль усе астатнія металы ўтрымліваюцца ў рудах, мінераланосных пародах, якія патрабуюць цяпла альбо хімічнага працэсу для атрымання металу. Яшчэ адна асаблівасць золата ў тым, што яго лёгка апрацаваць у яго самароднай форме. Для апрацоўкі гэтага металу не патрэбныя ніякія прылады, акрамя каменнага малатка і кавадлы (шрубстаку). Золату ўласцівыя падатлівасць і пластычнасць. Самымі ранейшымі прыладамі працы былі камень, косць, дрэва і сухажыллі, і ўсяго гэтага хапала для апрацоўкі золата.
У нейкі час стаў вядомы працэс атрымання металаў з горных парод цяплом, і пароды багатыя на медзь, волава і свінец сталі карыстацца попытам. Гэтыя руды здабываліся ўсюды, дзе іх пазнавалі. Рэшткі такіх старажытных шахт былі знойдзены па ўсёй Паўднёва-Заходняй Азіі.Percy Knauth et al. «The Emergence of Man, The Metalsmiths», pp. 10-11 ff. Time-Life Books, 1974. Апрацоўкай металаў займаліся жыхары паўднёвай Азіі ў Мергарху ў перыяд з 7000 да 3300 да н.э. Possehl, Gregory L. (1996). Mehrgarh in Oxford Companion to Archaeology, Brian Fagan (Ed.). Oxford University Press. Прымітыўная металаапрацоўка змяняецца больш дасканалай прыблізна ў 6000 г. да н. э., Калі выплаўка медзі стала распаўсюджанай у паўднёва-заходняй Азіі.
Старажытныя цывілізацыі ведалі пра сем металаў. Тут яны размешчаны ў парадку іх акісляльнага патэнцыялу (у вольтах):
Жалеза +0,44 В, Волава +0,14 В Свінец +0,13 В Медзь −0,34 В Ртуць −0,79 V Срэбра −0,80 В Золата −1,50 В.
Патэнцыял акіслення важны, паколькі ён з’яўляецца адным з паказчыкаў таго, наколькі шчыльна звязаны з рудой метал. Як бачна, патэнцыял жалеза значна вышэй, чым у астатніх шасці металаў, а золата значна ніжэй, чым у шасці над ім. Нізкае акісленне золата — адна з галоўных прычын таго, што золата знаходзіцца ў самародках. Гэтыя самародкі з’яўляюцца адносна чыстым золатам і іх лёгка апрацаваць у гэтай форме.
Часта сустракаючыеся медныя і алавяная руды зрабіліся наступнымі важнымі рэчывамі ў гісторыі металаапрацоўкі. Шмат медзі было выраблена выкарыстоўваючы цяпло для выплаўлення з руды. Медзь спажывалася як для ювелірных вырабаў, так і для простых інструментаў. Сама медзь была замяккай для трывалых інструментаў з цвёрдымі краямі. У нейкі момант у расплаўленую медзь дадалі волава і так атрымалі бронзу. Бронза — сплаў медзі і волава. Бронза з’явілася важным крокам у металургіі, бо яна мела трываласць і калянасць, якіх бракавала чыстай медзі. Да з’яўлення жалеза бронза была самым зручным металам для інструментаў і зброі агульнага карыстання (больш падрабязна гл. Бронзавы век).
Пасля паўднёва-заходняй Азіі гэтыя самыя дасягненні і матэрыялы былі выяўлены і выкарыстаны ва ўсім свеце. Людзі ў Кітаі і Вялікабрытаніі пачалі выкарыстоўваць бронзу часцей за медзь. Японцы амаль адначасова пачалі выкарыстоўваць бронзу і жалеза. У Амерыцы было інакш. Хоць народы Амерыкі і ведалі пра металы, толькі з часу еўрапейскай каланізацыі металаапрацоўка дзеля вырабу інструментаў і зброі стала распаўсюджанай. Ювелірныя вырабы і мастацтва былі асноўнымі метадамі выкарыстання металаў у Амерыцы да еўрапейскага ўплыву.
Каля 2700 г. да н. э. вытворчасць бронзы была распаўсюджана ў мясцовасцях, дзе можна было сабраць неабходныя матэрыялы для плаўкі, коўкі і апрацоўкі металу. Жалеза пачалі плавіць, і так яно пачало распаўсюджвацца як важны метал для прылад працы і зброі. Перыяд з гэтага часу стаў называцца жалезным векам.
Гісторыя
З гістарычных перыядаў фараонаў у Егіпце, ведычных цароў у Індыі, плямёнаў Ізраіля і цывілізацыі майя ў Паўночнай Амерыцы, і сярод іншых старажытных папуляцый, людзі надавалі каштоўным металам цану. У грамадствах ствараліся, выконваліся і ўзгадняліся правілы ўласнасці, размеркавання і гандлю. У вышэйзгаданых перыядах металісты ўжо былі даволі кваліфікаванымі ў стварэнні прадметаў упрыгожвання, рэлігійных артэфактаў і гандлёвых інструментаў з каштоўных (каляровых) металаў. Рабілі таксама і зброю, звычайна з чорных металаў або сплаваў. Гэтыя прадметы выконвалі рамеснікі, кавалі, атхарваведы, алхімікі і іншыя катэгорыі металістаў па ўсім свеце. Напрыклад, метад гранулявання выкарыстоўваўся ў шматлікіх старажытных культурах да таго, як гістарычныя дадзеныя паказваюць, што людзі ездзілі ў далёкія рэгіёны, каб падзяліцца гэтым працэсам. Гэты і многія іншыя старажытныя прыёмы і сёння выкарыстоўваюцца металістамі.
З цягам часу металічныя прадметы станавіліся ўсё больш распаўсюджанымі і ўсё больш складанымі. Патрэба ў далейшым набыцці і апрацоўцы металаў набывала ўсё большае значэнне. Навыкі, звязаныя са здабычай руд металаў з зямлі, пачалі развівацца, і металісты сталі больш дасведчанымі. Так металісты сталі важнымі членамі грамадства. На лёсы і эканомікі цэлых цывілізацый моцна паўплывала наяўнасць металаў і металістаў. Апрацоўшчык металу залежыць ад здабычы каштоўных металаў для вырабу ювелірных вырабаў, стварэння больш эфектыўнай электронікі, а таксама для прамысловага і тэхналагічнага прымянення — ад будаўніцтва да дастаўкі кантэйнераў дзеля чыгуначнага і паветранага транспарту. Без металаў тавары і паслугі перасталі б рухацца па ўсім свеце ў тым маштабе, які мы ведаем сёння.
Пачатковая апрацоўка
Апрацоўка металаў звычайна падзяляецца на тры катэгорыі: фармаванне, рэзка і злучэнне. Большая частка рэзкі металу вырабляецца хуткарэжучымі сталёвымі інструментамі альбо цвёрдасплаўнымі інструментамі Mechanics of metal cutting. , mechanicalsite.com, retrieved 2019-14-05.. Кожная з гэтых катэгорый уключае розныя працэсы.
Перад большасцю аперацый метал павінен быць вымераны і размечаны ў залежнасці ад патрэбнага гатовага вырабу.
Разметка (таксама вядомая як кампаноўка) — гэта працэс пераносу дызайну альбо ўзору на нарыхтоўку. Ён з’яўляецца першым крокам у ручной металаапрацоўцы. Выконваецца ў многіх галінах прамысловасці альбо ў хобі. Ў прамысловасці паўтарэнне пазбаўляе ад неабходнасці адзначаць кожны твор асобна. Разметка складаецца з пераносу плана інжынера на нарыхтоўку ў рамках падрыхтоўкі да наступнага этапу, апрацоўкі або вырабу.
Штангенцыркуль — гэта ручны інструмент, прызначаны для дакладнага вымярэння адлегласці паміж двума кропкамі. Большасць штангенінструментаў маюць два наборы плоскіх паралельных краёў — адны для вымярэння ўнутранага і другі — для вонкавага дыяметра. Гэтыя штангенцыркулі могуць мець дакладнасць да адной тысячнай цалі (25 мкм). Розныя тыпы штангенцыркуляў маюць розныя механізмы адлюстравання вымеранай адлегласці. Там, дзе больш буйныя прадметы трэба вымяраць з меншай дакладнасцю, часта выкарыстоўваецца рулетка. +Табліца сумяшчальнасці матэрыялаў у параўнанні з працэсамі Матэрыял Працэс Жалеза Сталь Алюміній Медзь Магній Нікель Тугаплаўкія металы Тытан Цынк Латунь Бронза Ліццё X X X X X X 0 0 X Адліўка ў металічную форму X 0 X 0 X 0 0 0 X Ліццё пад ціскам X 0 X X Прэцызійнае ліццё X X X 0 0 0 X Абляцыйнае ліццё X X X 0 0 Коўка 0 X X X 0 0 0 Штампоўка X 0 0 0 0 0 0 Экструзія 0 X X X 0 0 0 Халоднае працягненне X X X 0 Глыбокае працягненне X X X 0 X 0 0Вытворчасць шрубаўкаў 0 X X X 0 X 0 0 0 X X Парашковая металургія X X 0 X 0 X 0 Ключ: X = Звычайна выконваецца, 0 = Выконваецца з цяжкасцю, асцярожнасцю альбо ахвярай, пуста = Не рэкамендуецца
Ліццё
Ліццё стварае пэўнцю форму, заліваючы расплаўлены метал у форму і даючы ёй астыць, без механічнай сілы. Формы ліцця ўключаюць:
Прэцызійнае ліццё (у мастацтве называецца ліццём страчанага воску) Цэнтрабежнае ліццё Ліццё пад ціскам Ліццё (звычайнае, у формы з пяску) Ліццё ў абалонкавыя формы Спін-ліццё
Працэсы фармавання Працэсы фармавання змяняюць форму нарыхтоўкі, не выдаляючы пры гэтым ніколькі матэрыялу. Фармаванне ажыццяўляецца пры дапамозе сістэмы механічных сіл і, асабліва для значных колькасцяў металу, з награваннем.
Працэсы фармавання нарыхтовак
Пластычная дэфармацыя прадугледжвае выкарыстанне цяпла ці ціску, каб зрабіць нарыхтоўку больш здатнай да механічнай сілы. Гістарычна гэта рабілі кавалі, сёння гэты працэс індустрыялізаваны. Пры масавым фармаванні металу нарыхтоўка звычайна награваецца.
Коўка Халоднае каванне Экструзія Працягненне Парашковая металургія Фрыкцыйнае свідраванне Пракатка Абкатванне
Працэсы фармавання аркуша і трубкі
Гэтыя тыпы працэсаў фармавання ўключаюць прымяненне механічнай сілы пры пакаёвай тэмпературы. Некаторыя нядаўнія распрацоўкі ўключаюць нагрэў плашчакоў або дэталяў. Дасягненні аўтаматызаванай тэхналогіі металаапрацоўкі зрабілі магчымай бесперапынную штампоўку, чаканку, згінанне і некалькі іншых спосабаў, якія фармуюць метал з меншымі выдаткамі.
Згінанне Чаканка Спрамленне Глыбокае прцягненне Паточная штампоўка Гідраформінг Гарачае газавае фармаванне металу Гартаванне на гарачым прэсе Паэтапнае фармаванне (ПФ) Такарная апрацоўка Уздым Накатка Выгібка Металапластыка Штампоўка Гумавая штампоўка Вырубка Суперпластычная фармацыя (SPF) Профільнае пракатванне англійскім колам (колавая машына)
Працэсы рэзкі
Рэзка — гэта працэс прывядзення матэрыялу да зададзенай геаметрыі з выдаленнем лішку і атрыманнем гатовай дэталі ў адпаведнасці са спецыфікацыямі. Канчатковыя вынікі рэзкі два — адходы ці лішкі матэрыялу, і гатовая частка. Пры дрэваапрацоўцы адходамі будуць пілавінне і лішак драўніны. Пры рэзанні металаў адходамі з’яўляюцца сколы альбо стружка і лішак металу.
Працэсы рэзкі адносяцца да адной з трох асноўных катэгорый:
Адразанне стружкі, найбольш часта як свідраванне і фрэзераванне Прапальванне акісленнем разрэзу, каб аддзяліць кавалкі металу Іншыя працэсы, якія не падпадаюць пад ніводную з вышэйзгаданых катэгорый