Räätälöidyt metallityöt: Ryhmät ja luokat

Johdanto

Metallintyöstö on monikäyttöinen termi, joka kattaa monenlaisia toimintoja ja prosesseja, mutta tämän prosessin perustavoitteena on joko muotoilla tai muokata metallikappaletta. Tämän prosessin tulos voi myös vaihdella suuresti, vaihdellen erilaisista osista ja esineistä suuriin rakenteisiin ja kokoonpanoihin. Metallintyöstössä on myös lukuisia erilaisia tyyppejä ja menetelmiä sekä monia erityisiä taitovaatimuksia ja työkaluja.

Metallien työstöllä voidaan valmistaa monenlaisia tuotteita ja esineitä, ja niiden valikoima on huikea – tämä sama teollisuudenala valmistaa siltoja, rakennuksia ja massiivisia laivoja, mutta se valmistaa myös paljon pieniä moottorinosia ja koruja. Tämä voidaan toteuttaa käyttämällä jotakin metallintyöstön neljästä pääryhmästä tai -alueesta – valamista, liittämistä, muokkaamista ja leikkaamista.

Useimmissa nykyaikaisissa metallintyöstöä hoitavissa työpajoissa (tai konepajoissa, kuten niitä usein kutsutaan) on erilaisia työstökoneita, joilla luodaan erilaisia metalliin liittyviä tuotteita. Nämä työkalut voivat olla sekä yleiskäyttöisiä että erittäin erikoistuneita, riippuen tarvittavasta kohteesta.

Lisäksi on tärkeää mainita, että joitakin vanhempia metallintyöstötapoja ei enää juurikaan käytetä, koska ne ovat tehottomia eivätkä kykene kilpailemaan massatuotannossa. Yksi tällainen esimerkki on sepäntaito, joka on suhteellisen vanha metallintyöstömenetelmä, jota käytetään nykyään lähinnä historiallisen reenactmentin vuoksi. Sepäntyötä käytetään joskus myös vähemmän kehittyneissä maissa joihinkin erityistehtäviin, olipa kyseessä sitten käsityö tai pelkkä harrastus.

Valmisteluvaihe

Kuten olemme jo aiemmin maininneet, on olemassa kolme laajalti tunnettua metallitöiden pääryhmää – liittäminen, muokkaaminen ja leikkaaminen. Kumpaankin näistä ryhmistä kuuluu melko laaja luettelo erilaisia toimintoja, joilla on omat ainutlaatuiset ominaisuutensa tai niihin liittyvät työkalut.

Vaikka onkin totta, että suurin osa metallitöistä tehdään joko kovametalli- tai terästyökaluilla, joita käytetään suurella nopeudella tai nopeudella, on myös tärkeää muistaa näitä prosesseja edeltävä valmisteluvaihe. Suurin osa tästä prosessista pyörii merkintäprosessin ympärillä, jossa projektin suunnitelma siirretään varsinaiseen metallikappaleeseen, jotta tiedät, mitä leikataan.

Tämä prosessi voidaan suorittaa joko säännöllisesti, jos metallitöiden tavoitteena ei ole massatuotanto, tai vain kerran prosessin alussa – monia nykyaikaisia metallinleikkauslaitteita käytetään luomaan kymmeniä samanlaisia metallikappaleita lyhyessä ajassa ilman, että ihminen tarvitsee juuri lainkaan panosta, jolloin jokaista metallikappaletta ei tarvitse merkitä ennen leikkaamista.

Tähän prosessiin liittyy usein myös eräs erityinen työkalu, vaikka kyse onkin lähinnä valmisteluvaiheesta – ja se on sormi. Kaliperit ovat mittaustyökaluja, joissa tarkkuus on kaiken muun yläpuolella, mikä tekee niistä täydellisiä erilaisiin metallitöihin liittyviin toimintoihin. Useimmilla sormikoilla on tarkkuus jopa tuuman tuhannesosaan asti, ja mittanauhoja käytetään joskus vaihtoehtona, jos on tarve mitata suurempia kohteita pienemmällä tarkkuudella.

Nyt kun olemme käyneet läpi metallintyöstön valmisteluprosessin, on aika puhua metallintyöstön eri lähestymistavoista – olipa kyse sitten valamisesta, liittämisestä, muotoilusta tai leikkaamisesta.

Casting

Valaminen on yksi niistä harvoista prosesseista, jotka on tunnettu jo useiden tuhansien vuosien ajan, ja se on tämän luettelon ensimmäinen osallistuja. Valamisen perusidea on prosessi, jossa nestemäinen metalli kaadetaan erityisesti rakennettuun muottiin. Kyseinen muotti sisältää kolmiulotteisen negatiivisen kuvan suunnitellusta muodosta, ja nestemäinen metalli valetaan käyttämällä valukanavaa – onttoa kanavaa muotin ja nestemäisen metallin varaston välillä.

Valun tärkein käyttötapa on luoda monimutkaisia muotoja, joiden valmistaminen muilla metallintyöstömenetelmillä olisi joko vaikeaa tai kalliimpaa. Myös valutekniikoita on itse asiassa monenlaisia – voimme aloittaa niiden selvittämisen jakamalla valumenetelmät perinteisiin ja nykyaikaisiin. Yleisesti hyväksyttyjä perinteisiä valumenetelmiä on kolme:

• Hiekkavalu – yksi suosituimmista valumenetelmistä, se on erittäin hyödyllinen prosessi, joka mahdollistaa alhaisemmat kustannukset ja pienemmät toiminnot yleensä. Se soveltuu myös erinomaisesti massatuotantoon, vaatii vain vähän tai ei lainkaan huoltoa, eikä sillä ole juuri mitään rajoituksia kappaleiden painon suhteen.
• Kadotetun vahan valu – prosessi, jossa luodaan alkuperäisen esineen kaksoiskappale, joka toimii muotina. Menetelmä on yksi metallintyöstön hienovaraisimmista ja yksityiskohtaisemmista prosesseista, ja sen avulla voidaan valmistaa esineitä, joissa on hienompia yksityiskohtia, ja siinä käytetään vahaa pääasiallisena muotin materiaalina (tosin tästä prosessista on olemassa muunnelmia, joissa käytetään vahan sijasta muita materiaaleja – niin sanottu ”menetetty muotin valu”).
• Kipsimuotin valu – lähestymistapa, joka muistuttaa jonkin verran hiekkavalua, käyttää muottiin kipsimateriaalia ja on melko edullinen. Sen suurin haittapuoli on se, että sitä voidaan käyttää vain yhdessä tietyntyyppisen sulan metallin kanssa (ei-rautametallia, jolla on alhainen sulamispiste – kupari, sinkki, alumiini ja magnesium).

Nykyaikaisessa valuluokassa on paljon enemmän vaihtelua kuin perinteisessä luokassa. Esimerkiksi modernissa kategoriassa on kaksi suurta alaluokkaa, ja niiden suurin ero on valutyyppi, joka on joko kertakäyttöinen tai kertakäyttöinen.

On syytä huomata, että vaikka ne selitetäänkin kokonaan eri kategoriassa, kaikki kolme edellä mainittua menetelmää (hiekkavalu jne.) sisältyvät myös tähän luetteloon, koska tässä luokittelussa on kyse enemmän muotin tyypistä ja vähemmän itse menetelmästä. Sinänsä kulutusvalumenetelmät voidaan jakaa seuraavasti:

• Hiekkavalu.
• Kipsimuotin valu.
• Sijoitusvalu (menetetyn vahan valun nykyaikainen muunnelma).
• Haihtumiskuvioinen valu – valun oma luokka, koska valumateriaali haihtuu nestemäisen metallin valun aikana, jolloin materiaalia ei tarvitse poistaa esineestä. Kaksi variaatiota: täysvalu ja hukkavaahtovalu.
• Lehmän muovaus – uses a mixture of clay and sand to generate mostly big and symmetrical objects (church bells, cannons, etc.).
• Kuoren muovaus – hiekkavalun muunnelma, jossa hiekkaa käytetään karkaistun ”kuoren” muodossa eikä pullossa tavallisen hiekan kanssa, ja joka tarjoaa enemmän tarkkuutta ja on erinomainen menetelmä keskikokoisille esineille, jotka ovat hyvin monimutkaisia.
• Kipsin muovausjäte – käyttää välituotteena kestävää kipsiä, joka on käyttökelpoinen vain joko kivenveistoon tai pronssinvaluun.

Kertakäyttövalun toimintojen vaihtelu on suuri ero kertakäyttövalun menetelmiin verrattuna. Kuten nimestä voi päätellä, pääajatuksena on, että muottia ei poisteta eikä sitä tarvitse muokata uudelleen sen jälkeen, kun sillä on luotu vain yksi esine. Tämä luokka tarjoaa enemmän johdonmukaisuutta ja helpompaa toistettavuutta, mikä on varsin tärkeää massatuotannossa. On olemassa neljä pääesimerkkiä kertakäyttöisestä muotinvalusta:

• painevalu – sulaa metallia pakotetaan muotin onteloihin korkeassa paineessa, ja sitä käytetään useimmiten värimetallien ja joko pienten tai keskikokoisten kappaleiden valmistukseen.
• Keskipakovalut – kuten nimestä voi päätellä, sula metalli kaadetaan muottiin, joka pyörii jatkuvasti, ja se on yleinen menetelmä pienemmille taideteoksille, kuten koruille.
• Kestomuottivalu – käyttää metallista valmistettuja pysyviä muotteja ja pakottaa sulan metallin muotteihin joko painovoiman tai tyhjiön/kaasun paineen avulla.
• Puolikiinteä metallivalu – käyttää eri koostumukseltaan erilaista metallia (tästä nimi) muunnetulla painevalukoneella; yleinen käyttötapaus on magnesium- ja alumiiniseokset.

Tästä näet, että pelkästään valulla on paljon muunnelmia ja käyttötapauksia. Emme voi kuitenkaan unohtaa myös täysin erilaisia metallintyöstötyyppejä.

Liittyminen

Liittäminen on metallintyöstömenetelmien ryhmä, jossa yhdistetään useita eri metallikappaleita yhdeksi kappaleeksi korkeiden lämpötilojen ja muiden laitteiden avulla. Prosessina on neljä päämenetelmää: juottaminen, juottaminen, hitsaaminen ja niittaaminen.

Juottaminen on prosessi, jossa yhdistetään useita metallikappaleita toisiinsa käyttämällä täyteainetta, sulaa metallia (yli 450 celsiusastetta), joka laitetaan pieneen tilaan kahden yhteen liitetyn metallikappaleen väliin (kapillaari). Tämän jälkeen täyteaineen on tarkoitus olla vuorovaikutuksessa kahden kappaleen kanssa, jähmettyen ja muodostaen vahvan yhteyden näiden kappaleiden välille prosessissa.

Juottamisen tärkein ero on se, että metalliosia ei tarvitse sulattaa itse liitoksen luomiseksi, ja juotettujen laitteiden etuna on myös se, että ne ovat joustavampia kuin esimerkiksi hitsaamalla tehdyt kappaleet. Tämä on mahdollista, koska metallikappaleiden välinen metalliseos ei voi saostua tai erottua juottamisen jälkeen.

Juotosprosessilla voi olla useita eri variaatioita, muun muassa seuraavat:

• Vastusjuottaminen;
• Induktiivinen juottaminen;
• Liekkijuotos;
• Diffuusiojuottaminen;
• Induktiivinen juottaminen.

Juottaminen, on toisaalta prosessi, joka on suhteellisen samanlainen kuin juottaminen, mutta siinä käytetään sulaa metallia, jonka lämpötila on alhaisempi (alle 450 celsiusastetta). Vaikka tämä johtaa heikompaan liitokseen, juottamisen luonne prosessina mahdollistaa sen paljon tarkemman käytön esimerkiksi piirilevyjen kanssa.

Hitsaus on luultavasti suosituin näistä neljästä liitosmenetelmästä, sillä sen avulla voidaan yhdistää metallikappaleita yhteenkietoutumisprosessin avulla. Tämän prosessin perusperiaatteena on, että molempien metallikappaleiden osat sulatetaan ja liitetään toisiinsa tässä tilassa, jolloin liitoskohtaan lisätään täyteainetta, joka muodostaa eräänlaisen ”altaan”.

Ei ole myöskään harvinaista, että kaksi sulatettua kappaletta vain painetaan toisiinsa liitoksen luomiseksi ilman minkäänlaista täytemateriaalia. Hitsauksen pääasiallinen vaihtelu johtuu energialähteestä, jota käytetään kyseisen materiaalin sulattamiseen – olipa kyseessä sitten sähkösäde, kaasuliekki, valokaari tai jopa jotain vähemmän ilmeistä, kuten ultraääni tai yksinkertainen kitka. Se on erittäin monipuolinen, mutta myös erittäin vaarallinen prosessi sinänsä.

Niittaus on tämän luettelon viimeinen ja luultavasti myös vanhin liitosoperaatiotyyppi näistä neljästä. Niitti on eräänlainen pultti, jonka tarkoituksena on pitää kaksi metallikappaletta yhdessä poraamalla tai lävistämällä reikiä molempien metalliosien läpi ja kuljettamalla niitti näiden reikien läpi.

Heti kun niitti yhdistää kaksi metallikappaletta, niitin pysyvät päät on mahdollista muotoilla pultiksi joko muottimuottien tai vasaroiden avulla. Kahden kappaleen erottamiseksi toisistaan sinun on katkaistava yksi niitin pysyvistä pultinkärjistä ja käytettävä voimaa saadaksesi niitin ulos reiästä, johon se on pakotettu.

Ennen kuin siirrymme uuteen metallintyöstön luokkaan, on tärkeää mainita, että löydät lisätietoa hitsauksesta sekä monista muista vastaavista prosesseista osoitteesta meidän osoitteessa article about metal fabrication.

Muodostaminen

Muovaus on perustavanlaatuisesti erilainen lähestymistapa metallitöiden tilaustöihin, koska siinä ei tarvitse poistaa osia materiaalista halutun muodon tai esineen luomiseksi. Kuten muissakin toimintaryhmissä, myös muovauksessa on omat luokkansa – tarkalleen ottaen kaksi. Suurin ero näiden kahden välillä on siinä, miten metallikappaleita muokataan:

Levynmuodostusprosessit kohdistetaan mekaanista painetta metalliin huoneenlämmössä. Tämä on melko yleinen termi, koska se kattaa myös erilaiset putkien muokkausprosessit sekä taivutuksen, kolikon, lyönnin ja monet muut ohutlevytyöt, jotka edelleen palvelevat muokkauksen alkuperäistä tarkoitusta prosessina – metalliosan luomista ilman, että siitä syntyy liikaa romua.

Joitakin muita esimerkkejä ohutlevytöiden piiriin kuuluvista toiminnoista ovat muun muassa dekammiointi, rullamuovaus, leikkaus, nosto, vedenpinnanmuodostus, leimaaminen, kuumametallien kaasumuovaus ja paljon muuta.

Irtotavaran muotoiluprosessit käyttävät paineen ja lämmön yhdistelmää metallikappaleiden taivuttamiseen. Vaikka joissakin levynmuodostusprosesseissa käytetään myös lämpöä osana prosessia, on turvallista sanoa, että lähes jokaisessa irtomuotoiluprosessin variaatiossa käytetään jonkinlaista lämpöä, jotta kyseinen metallikappale olisi alttiimpi muodonmuutokselle ilman, että se rikkoutuu tai halkeilee.

Joitakin tunnetuimpia irtomuovausprosessien muunnelmia ovat puristaminen, taonta, valssaus, kylmämittaus, kitkaporaus, kiillotus, vetäminen ja jauhemetallurgia.

Leikkaus

Viimeistelemällä luettelon metallitöistä, meillä on leikkaus yleisenä prosessina. Leikkaus on prosessi, jossa ylimääräinen materiaali poistetaan metallikappaleesta, jotta saavutetaan jollakin tavalla tarvittava tulos. Neljästä tärkeimmästä metallin kanssa suoritettavasta toimintaryhmästä tämä jättää eniten ylimääräistä materiaalia – kaikki, mikä leikataan pois alkuperäisestä metallikappaleesta, käsitellään usein romuna, jota ei käytetä missään muualla.

Leikkauksessa on useita pääluokkia, jotka voidaan erottaa toisistaan, ja useita erillisiä prosesseja, jotka eivät kuulu mihinkään näistä luokista. Ensinnäkin on koneistus, joka on prosessi tai prosessien yhdistelmä, jota käytetään usein lastuamiseen – hyvä esimerkki tästä on poraus. Toinen ryhmä prosesseja voidaan erottaa termillä polttaminen, joka on prosessi, jossa käytetään jonkinlaista polttimoa yhden teräskappaleen erottamiseksi useiksi pienemmiksi kappaleiksi (useimmiten sitä käytetään ohutlevyihin).

Kun on kyse prosesseista, jotka eivät kuulu mihinkään edellä mainittuihin luokkiin, on helppo mainita esimerkiksi kemiallinen jyrsintä – prosessi, jossa ylimääräinen metalli poistetaan metallikappaleesta käyttämällä kemikaaliyhdistelmää tietyllä tavalla.

Voimme myös erottaa eri leikkausmenetelmät toisistaan metalliosien irrottamisen yleisen prosessin perusteella. Esimerkiksi:

• Leikkuri, saha, sakset tai taltta ovat kaikki hyviä esimerkkejä manuaalisesta leikkaustekniikasta.
• Sähköpurkauksen tai vesisuihkun käyttö ovat molemmat eroosioleikkaustekniikoita.
• Kaikki raskaisiin koneisiin liittyvä luokitellaan koneteknologiaksi, mukaan lukien sahaus, jyrsintä, sorvaus, hionta ja poraus.
• Fotokemiallinen työstö on lähes ainoa esimerkki kemiallisesta leikkaustekniikasta toiminnassa.
• Viimeisenä, mutta ei vähäisimpänä, on leikkaustekniikka, jossa keskitytään joko polttamiseen tai hitsaamiseen – olipa kyseessä happipoltto, laser tai plasma.

Leikkaustoiminnoista voit saada lisätietoja eräästä erityyppisestä leikkausprosessista osoitteessa article on plasma cutting.

Päätelmä

On turvallista sanoa, että metallintyöstö aiheena on vähintäänkin melko monimutkainen. On olemassa monia erilaisia toimintoja, joita voidaan tehdä metallin kanssa, ja valtava määrä esineitä, joita voidaan luoda näiden prosessien avulla. Toivomme, että tässä artikkelissa onnistuttiin selittämään jokaisen yksilöllisen metallityötyypin merkittävimmät kohdat – valamisesta ja muovaamisesta yhdistämiseen ja leikkaamiseen.