Metallien valmistuksen eri variaatiot

Metallien valmistuksesta peräisin olevien laitteiden määrä jokapäiväisessä elämässämme on valtava, mukaan lukien työkalut, elektroniikkalaitteet, autot, puhelimet ja niin edelleen. Metallinvalmistus on massiivisen monimutkainen prosessi, jolla on monia eri variaatioita, joista jokainen soveltuu tiettyyn tavoitteeseen.

Käyisimme läpi jokaisen niistä, mutta ensin on selitettävä metallinvalmistuksen perusteet kokonaisuudessaan.

Metallien valmistuksen määritelmä ja valmistettujen tuotteiden tyypit

Metallien valmistuksessa on kyse erilaisten metallirakenteiden luomisesta erilaisilla prosesseilla sekä käsityön että automaation avulla. Laitoksia, jotka ovat erikoistuneet yhteen tiettyyn metallinvalmistuksen osa-alueeseen, kutsutaan usein nimellä valmistusliikkeet, ja näiden laitosten tuotteita kutsutaan usein myös nimellä valmistus. On myös totta, että joitakin muita metallintyöstön muotoja, kuten takomista, valamista ja leimaamista, ei pidetä valmistuksena, vaikka ne voivat olla muodoltaan samankaltaisia.

Yleisimpiä metallinvalmistuksen raaka-ainetyyppejä ovat muun muassa poikkileikkausmetalli, hitsauslanka, metallilevyt, valukappaleet, litteä metalli ja liitososat. Samaan aikaan ei ole harvinaista, että metallitehtaat työllistävät useita eri alojen asiantuntijoita, kuten seppiä, hitsaajia, kiehuttajia ja raudanrakentajia, ja monia muita.

Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että valmistusliikkeissä työskentelevät vain sellaiset henkilöt, jotka liittyvät suoraan metallinvalmistusprosessiin – siellä työskentelee myös johtajia, tiimien kokoonpanijoita, juottajia, ensimmäisen linjan esimiehiä, juottajia, leikkaajia, hitsaajia jne.

Mitä tulee metallinvalmistuksen avulla luotaviin tuotetyyppeihin, ne voidaan jakaa kolmeen eri luokkaan. Kussakin luokassa on oma erilainen metallinvalmistuksessa käytettävien prosessien kirjo, tai se voi olla vain yksi prosessi kokonaan. Tässä on kolme metallinvalmistuksen pääluokkaa:

• Rakenteellinen. Kattaa enimmäkseen metallinvalmistuksen osana rakennusprosessia ja tarjoaa metallikomponentteja, joita käytetään erilaisissa laajamittaisissa valmistustöissä, kuten rakennuksissa, myymälöissä, pilvenpiirtäjissä ja niin edelleen.
• Kaupallinen. Kuten nimestä voi päätellä, tämä kattaa enimmäkseen kaupalliset tuotteet, jotka on suunniteltu suoraan asiakkaiden käyttöön, olivatpa ne sitten kodinkoneita, autoja tai jotain aivan muuta.
• Teollinen. Erikoistunut sellaisten tuotteiden luomiseen, joita käytetään osana muita laitteita – laitteita, joita käytetään useimmiten kulutustavaroiden tuottamiseen. Esimerkkejä teollisesta valmistuksesta ovat muun muassa raudankäsittelykoneet ja vannesahat.

Metallien valmistusprosessi

Ei ole myöskään harvinaista, että metallinvalmistajat tekevät tarjouksia töistä piirustusten toimittamisen kautta, ja jos yritys saa sopimuksen, he voivat aloittaa projektin suunnitteluvaiheen, mukaan lukien materiaalien tilaaminen, koneiden ohjelmointi työtä varten ja niin edelleen.

Varsinainen tuotteen luominen projektin mukaisesti on seuraava vaihe, kunhan raaka-aineiden kokonaisuus saapuu ja koko valmistuspaja on valmis. Jotkin projektit saattavat vaatia useita prosesseja kyseisen tuotteen luomiseksi – olipa kyse sitten stanssauksesta, taonnasta, leikkauksesta, valusta, leikkauksesta tai jostain muusta metallinvalmistuksen lajista.

Lisäksi tässä koko prosessissa on myös toinen vaihe, joka suoritetaan sen jälkeen, kun kaikki valmistusprosessit on suoritettu – ja sitä kutsutaan asennukseksi, joka useimmiten sisältää pyydetyn tuotteen osittaisen tai täydellisen kokoamisen.

Jotkin muut prosessit valmistusliikkeen sisällä saattavat tarvita vain jotain viimeistelyä tuotteesta – se on erillinen prosessi, joka on toissijainen metallinvalmistukseen nähden ja sisältää kiillotuksen, pinnoituksen, purseenpoiston, maalauksen jne.

Metallinvalmistusprosessien tyypit

Metallinvalmistus koostuu monista eri prosesseista, joita voidaan käyttää tai olla käyttämättä projektissa riippuen siitä, mitä on tehtävä, sekä materiaalityypistä ja eräistä muista riippuvuuksista. Alla olevasta luettelosta löydät monia erilaisia metallinvalmistuksen prosessityyppejä:

• Leikkaus
• Taitettava
• Puristaminen
• Punching
• Leimaaminen
• Casting
• Piirustus
• Taonta
• Koneistus
• Shearing
• Hitsaus.

Nyt kun tiedämme, miksi niitä kutsutaan, on aika käydä läpi, mitä kukin niistä tarkoittaa, alkaen leikkaamisesta.

Leikkaus

Vaikka metallinvalmistus sisältää monia erilaisia prosesseja, leikkaus on melko yleinen niistä. Vanhin esimerkki leikkausprosessista, jota voidaan jäljentää nykyään, on sahaaminen – mutta on myös monia uudempia, joissa käytetään vesisuihkuja, lasereita ja jopa plasmakaaria metallin leikkaamiseen. Myös leikkausmenetelmät voivat olla hyvin erilaisia, kuten manuaalinen leikkaus, sähkötyökalut, tietokoneohjattu leikkaus ja paljon muuta.

On myös joitakin leikkaustyyppejä, jotka ovat erittäin tarkkoja leikkaustavan suhteen. On esimerkiksi leikkaus, jossa muotilla leikataan tarvittava osa materiaalista. Tähän kuuluu kolme yleistä muottileikkaustyyppiä – tavallinen, pyörivä muottileikkaus ja tasoleikkaus.

Vaikka tavallinen muottileikkausprosessi on jo selitetty – siinä käytetään muottia metallin leikkaamiseen, niin yksinkertaista se on – kaksi muuta esimerkkiä eivät ole yhtä ilmeisiä.

Esimerkiksi pyörivä muottileikkaus käyttää erityistä sylinterimuotoa, joka pyörii yhdessä paikassa leikatakseen tiettyjä osia materiaalista. On myös tasoleikkuri – se on varattu erityisesti kovemmille ja paksummille materiaaleille, ja se käyttää paljon enemmän voimaa ja tasaista pintaa kuin muut.

Taitettava

Taitettava on toinen prosessi, joka on konseptiltaan äärimmäisen yksinkertainen – raaka-ainetta vain manipuloidaan, jotta se voidaan taivuttaa halutulla tavalla. Metallinvalmistuksessa on kolme päätaivutusmenetelmää, joista yleisin on jarrupuristimen avulla tapahtuva taivutus.

Raakametallipala pidetään reiän ja muotin välissä, ja reikää käytetään luomaan painetta raaka-aineeseen, jotta se saadaan haluttuun muotoon. Tällainen prosessi on varsin yleinen ohutlevyn muotoilussa.

Lisäksi on olemassa myös manuaalinen prosessi, jossa materiaalikappale taittuu – johon kuuluu vasarointi, kunnes haluttu muoto on saavutettu – sekä erityisen koneen, niin sanotun taittimen, avulla. Kone itsessään on melko yksinkertainen, siinä on tasainen pinta, jossa on kiinnityspalkki, joka pitää raaka-ainepalan (pelti) paikallaan, ja myös etupaneeli, joka pakottaa levyn pidennetyn osan taipumaan nostamalla kyseistä etupaneelia ylöspäin.

Puristaminen

Puristaminen, on toisaalta hieman monimutkaisempi prosessi, jossa keskitytään sylinterimäisten kappaleiden valmistukseen, joita käytetään useimmiten joko putkisto- tai johdotustarkoituksiin. Tässä prosessissa käytetään erityisesti muotoiltua avointa tai suljettua muottia, jolla pienennetään raaka-ainekappaleen halkaisijaa siten, että se vastaa muotin poikkileikkauksen kokoa, ja muodostetaan ontelo materiaalikappaleen sisälle puristamalla muotin ympärille.

Yleisin raaka-aineen muoto tähän toimenpiteeseen on sylinterin tai metallilohkon muoto. Kyseisestä toimenpiteestä on myös kaksi muunnelmaa: kuumapuristus ja kylmäpuristus.

Kuumapuristuksessa käytetään materiaalin kohonnutta lämpötilaa, jotta se saataisiin todennäköisemmin valettua tiettyyn muotoon, ja sitä käytetään useimmiten kuparin tai alumiinin kaltaisten materiaalien työstämiseen. Kylmäpuristus taas suoritetaan huoneenlämmössä, ja sitä käytetään usein seuraaviin tarkoituksiin steel metal fabrication tehdä tuotteesta kestävämpi.

Punching

Punching on suhteellisen yksinkertainen prosessi, jossa käytetään erityisiä koneita luomaan useita reikiä raaka-aineeseen. Kun lopputuotteena on materiaalikappale, jossa on reikiä, sitä käytetään kiinnitystarkoituksiin. Jos lopputuotteena on useita metallikappaleita, jotka on puristettu ulos alkuperäisestä raaka-aineesta, koko prosessia voidaan kutsua aihioimiseksi.

Leimaaminen

Leimaaminen on jokseenkin lähellä lävistystä, mutta tärkein ero on se, että leimaamalla ei tehdä reikää raaka-ainekappaleeseen, vaan kyseiseen kappaleeseen luodaan lommo. Tätä käytetään yleisesti erilaisten symbolien luomiseen materiaalikappaleen pintaan, olivatpa ne sitten kirjaimia, numeroita tai kuvia.

Tällä hetkellä on olemassa kahdenlaisia leimauspuristimia – mekaanisia ja hydraulisia. Useimmissa tapauksissa leimaaminen suoritetaan metallilevyille, joiden paksuus on ¼ tuumaa tai vähemmän, ja sillä luodaan vaikuttava valikoima tuotteita, kuten kolikoita (prosessi, jota kutsutaan kolikoksi), pienempiä metalliosia elektroniikkaan (neljän liukumuovaus) ja niin edelleen.

Casting

Casting on prosessi, jossa sulaa metallia kaadetaan joko muottiin tai muottiin ja annetaan sitten jäähtyä, jotta se saa halutun muodon lopputuotteena. Se on melko täydellinen prosessi identtisten tuotteiden valmistamiseksi samasta muotista, mikä on erityisen hyödyllistä massatuotannossa.

Valamisesta on tietysti olemassa myös erilaisia muunnelmia. Esimerkiksi painevalussa käytetään muotin sijasta muottia sulan metallin pitopaikkana, ja lopputuotteen muoto määräytyy muotin muodon ja siihen kohdistuvan paineen mukaan.

On olemassa myös kestomuottiin valaminen, kuten muotin käyttäminen sulan metallin ”varastona”. Lopputuote on vahvempi kuin muilla valutyypeillä, mutta se myös vaikeuttaa huomattavasti muotin poistamista sen jälkeen, kun tuote on jäähtynyt ja saanut muotonsa.

Erilaisella valutyypillä voidaan teoriassa korjata muotin poistamiseen liittyvä ongelma, jota kutsutaan puolikestäväksi muotiksi. Siinä käytetään muotissa olevaa kuluvaa ydintä, joka tekee poistoprosessista paljon yksinkertaisemman kuin pysyvillä muoteilla.

Lopetamme hiekkavalulla, jossa muottiasi edustaa hiekkaan tehty kuvio. Tämä prosessi on hitaampi kuin muut, mutta se on myös jonkin verran taloudellisempi ja paljon hyödyllisempi, kun tarvitaan monimutkaisia malleja.

Piirustus

Piirustus on prosessi, jossa metallia vedetään kartiomaisen muotin läpi, ja sitä käytetään materiaalien venyttämiseen ohuempiin muotoihin. Alkuperäinen prosessi voidaan suorittaa huoneenlämmössä, mutta raaka-aine voidaan myös lämmittää, jolloin sen läpi vetämiseen tarvittava voima vähenee.

Toista vetotyyppiä, jossa lopputuotteen syvyys on yhtä suuri tai suurempi kuin sen säde, kutsutaan syvävedoksi, ja sitä käytetään usein muuttamaan ohutlevykappaleista joko laatikon tai lieriön muotoisia astioita.

Taonta

Taonta on myös suhteellisen tunnettu prosessi, jossa raakametallia lyödään joko muotilla tai vasaralla, jotta se saa tarvittavan muodon – tällaista työtä kutsutaan ”puristusvoiman kohdistamiseksi”. Kuten kaikissa muissakin prosesseissa, myös taonnassa on joitakin variaatioita.

Alkuperäinen taontaprosessi suoritetaan huoneenlämmössä – tämä on kylmätaonta. Jos käytetään lämpötilaa, joka on huoneenlämmön ja uudelleenkiteytymisprosessin välillä, sitä kutsutaan lämpimäksi takomiseksi, ja jos käytetään uudelleenkiteytymislämpötilaa, sitä kutsutaan, kuten olettaa saattaa, kuumaksi takomiseksi.

Koneistus

Koneistus on myös käsitteenä suhteellisen yksinkertainen prosessi, mutta siitä löytyy kuitenkin vaihtelua. Luonteeltaan se on prosessi, jossa raakametallipaloista poistetaan jollakin tavalla ylimääräistä materiaalia. Kolme tunnetuinta koneistusprosessia ovat jyrsintä, sorvaus ja poraus.

Jyrsintä on prosessi, jossa ylimääräinen materiaali poistetaan vähitellen raakametalliosasta erityisten monipisteleikkureiden avulla. Tämä prosessi voidaan tehdä sekä erityisen CNC-jyrsinkoneen avulla että manuaalisesti, ja yleisesti ottaen jyrsintä on useimmiten toissijainen prosessi. Joitakin jyrsinnän variaatioita voivat olla tavallinen jyrsintä, kiipeilyjyrsintä, muotojyrsintä, kulmajyrsintä ja niin edelleen.

Kääntyminen on toinen koneistuksen muunnelma, jossa käytetään erityisesti suunniteltua konetta – sorvia – sylinterinmuotoisen kappaleen luomiseen käyttämällä leikkaavaa työkalua, jolla poistetaan osia raa’asta metallikappaleesta, joka pyörii yhdessä paikassa. Koko prosessi voidaan suorittaa myös joko käsin tai CNC-sorvauskoneella, ja jälkimmäistä käytetään tapauksissa, joissa prosessin äärimmäinen tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää.

Poraus on kolmesta yksinkertaisin, ja se on nimensä mukaisesti poran ja pyörivän leikkaustyökalun yhdistelmä, jota käytetään reikien leikkaamiseen raakametalliin.

Shearing

Shearing on teknisesti ottaen leikkaamisen muunnelma, mutta se on erotettu eri luokkaan, koska se on epätavallinen lähestymistapa prosessiin. Leikkauksen tulos on yksi pitkä leikkaus, joka saadaan aikaan yhdistämällä kaksi työkalua – toinen raakametalliosan alapuolella ja toinen sen yläpuolella.

Leikkaus aloitetaan painamalla metallikappaletta koneen yläosalla (joka on terän muotoinen), jolloin syntyy murtuma. Kun murtuneeseen metalliosaan kohdistetaan keskeytymätöntä painetta, saadaan aikaan leikkaus, ja leikatut reunat voidaan sen jälkeen purseenpoistolla (purseenpoisto tarkoittaa materiaalikappaleiden reunojen puhdistamista leikkauksen jälkeen).

Hitsaus

Useita metallikappaleita voidaan yhdistää yhdeksi pelkällä lämmön ja paineen yhdistelmällä Hitsaus. Se on varsin tunnettu menetelmä, lähinnä sen monipuolisuuden vuoksi – siinä voidaan yhdistää melkein mitä tahansa metalliosia. On olemassa neljä hitsaustapaa, jotka ovat suosituimpia: FCAW, MIG/GMAW, SMAW ja TIG.

FCAW tai Valokaarihitsaus käyttää lankaelektrodia, jonka ydin tuottaa suojakaasua, mikä poistaa tarpeen toissijaiselle kaasulähteelle. Yleisesti ottaen tämä tyyppi on luonteeltaan samanlainen kuin toinen hitsaustyyppi nimeltä MIG – Metallin suojakaasuhitsaus. Siinä käytetään ulkoista kaasunsyöttöä yhdessä kiinteän lankaelektrodin kanssa estämään metallikappaleen vuorovaikutus erilaisten ympäristötekijöiden kanssa, mikä tekee prosessista nopeamman ja johdonmukaisemman.

SMAW tai Suojattu metallikaarihitsaus on hitsaustyökalun yksinkertaisin versio, se on elektrodipuikko, joka muodostaa valokaaren, kun se koskettaa metallia, ja valokaaren vaikutuksen korkea lämpötila hitsaa metallikappaleet yhteen.

Viimeinen hitsauksen muunnelma, joka on spesifisempi raskaammille metalleille, on TIG tai Volframi-inertti kaasuhitsaus. Siinä käytetään volframielektrodisauvaa, joka luo lyhyitä valokaaria, jotka soveltuvat paremmin raskaaseen valmistukseen. Se on yksi vaikeimmista hitsauksen muunnelmista ja vaatii erittäin ammattitaitoista ammattilaista käyttämään sitä oikein, mutta se toimii myös suurimmalle osalle metallipohjaisista tuotteista ja on kätevä jopa kaikkein monimutkaisimmissa projekteissa.

Päätelmä

Metallinvalmistus on suhteellisen erikoistunut aihe, eikä ole harvinaista, että ihmisillä on aiheesta vääriä käsityksiä tai että heillä ei ole lainkaan tietoa asiasta. Tässä artikkelissa pyritään yhdistämään yhteen paikkaan joitakin aiheeseen liittyviä perustietoja metallinvalmistuksen määritelmästä lukemattomiin prosesseihin, joita se voi olla.