Anpassad Metallverk Verksamheter: Grupper och kategorier

Introduktion

Metallverk är en multifunktionell term som täcker ett brett spektrum av verksamheter och processer, men det grundläggande målet med denna process är att antingen forma eller omforma en bit metall. Resultatet av denna process kan också variera mycket, från olika delar och föremål till stora strukturer och sammansättningar. Det finns också en uppsjö av olika typer och metoder när det gäller metallverk, liksom många specifika kompetenskrav och verktygssatser.

Utbudet av produkter och föremål som metallverk kan producera är ganska häpnadsväckande – samma bransch producerar broar, byggnader och massiva fartyg, och den skapar också många små motordelar och smycken. Detta kan åstadkommas med hjälp av någon av de fyra huvudgrupperna eller områdena inom metallverk – gjutning, sammanfogning, formning och skärning.

De flesta moderna verkstäder som sysslar med metallverk (eller maskinverkstäder, som de ofta kallas) har en mängd olika verktygsmaskiner som används för att skapa olika metallrelaterade produkter. Dessa verktyg kan vara både allmänt användbara och mycket specialiserade, beroende på vilket objekt som behövs.

Dessutom är det viktigt att nämna att vissa av de äldre typerna av metallverk knappt används längre eftersom de är ineffektiva och inte kan vara en bra konkurrens när det gäller massproduktion. Ett sådant exempel är smide, som är en relativt gammal metallbearbetningsmetod som numera mest används för historiska återskapande. Smide används också ibland i mindre utvecklade länder för vissa specifika uppgifter, vare sig det är hantverksarbete eller bara en hobby.

Förberedelsefasen

Som vi har nämnt tidigare finns det tre huvudgrupper av metallarbeten som är allmänt kända – sammanfogning, formning och skärning. Var och en av dessa kategorier innefattar en ganska stor lista över olika operationer med sina egna unika egenskaper eller verktyg inblandade.

Även om det är sant att majoriteten av metallarbeten utförs med hjälp av antingen hårdmetallverktyg eller stålverktyg som används med hög hastighet eller hastighet, är det också viktigt att komma ihåg om förberedelsefasen före dessa processer. Majoriteten av denna process kretsar kring utmarkeringen, som är en process där man överför ett projekts design på själva metallstycket så att man vet vad man ska skära.

Denna process kan utföras antingen regelbundet, om målet med metallverket inte är massproduktion, eller bara en gång i början av en process – många moderna metallskärare används för att skapa dussintals identiska metalldelar på kort tid med knappt någon mänsklig insats, vilket eliminerar behovet av att märka upp varje metalldel innan den skärs till.

Det finns också ett specifikt verktyg som ofta är inblandat i denna process, även om det mest handlar om förberedelsefasen – och det är ett skjutmått. Skjutmått är mätverktyg som värderar precision högre än allt annat, vilket gör dem perfekta för olika operationer i samband med metallarbeten. De flesta av skjutmåtten kan ha en noggrannhet ner till en tusendels tum, och måttband används ibland som ett alternativ om det finns ett behov av att mäta större föremål med mindre precision.

Nu när vi har gått igenom förberedelserna för metallverk är det dags att prata om olika metoder för metallverk – vare sig det handlar om gjutning, sammanfogning, formning eller skärning.

Gjutning

Gjutning är en av de få processer som har varit kända i flera tusen år och är därför vår första deltagare på den här listan. Huvudtanken med gjutning är att man häller flytande metall i en särskilt konstruerad gjutform. Formen i fråga innehåller en tredimensionell negativ bild av den avsedda formen, och den flytande metallen hälls med hjälp av en gjutform – en ihålig kanal mellan formen och lagret av flytande metall.

Det största användningsområdet för gjutning är att skapa komplexa former som skulle vara antingen svåra eller dyrare att göra med andra metallbearbetningsmetoder. Det finns faktiskt många typer av gjutning också – vi kan börja räkna ut dem genom att dela upp gjutmetoderna i traditionella och moderna. Det finns tre allmänt accepterade traditionella gjutmetoder:

• Sandgjutning – Det är en av de mest populära gjutmetoderna och en mycket användbar process som generellt sett möjliggör lägre kostnader och mindre verksamhet. Den är också utmärkt för massproduktion, kräver lite eller inget underhåll och har knappt några begränsningar när det gäller vikt på delar.
• Gjutning med förlorad vax – En process där man skapar en kopia av originalobjektet som fungerar som en form. Gjutning med förlorad vax, som är en av de mer känsliga och detaljerade processerna inom metallverk, gör det möjligt att skapa föremål med finare detaljer och använder vax som huvudmaterial för formen (även om det finns varianter av denna process där man använder olika material i stället för vax – den så kallade ”lost mould casting”).
• Gipsformsgjutning – en metod som är ganska lik sandgjutning, använder gips av paris som formmaterial och är ganska billig. Dess största nackdel är att den endast kan användas i kombination med vissa typer av smält metall (icke-järnhaltiga material med låg smältpunkt – koppar, zink, aluminium och magnesium).

När det gäller kategorin modern gjutning har den här kategorin mycket mer variation än den traditionella. Det finns till exempel två stora underkategorier i den moderna kategorin, och deras största skillnad är gjutningstypen – om den är oanvändbar eller förbrukningsbar.

Det är värt att notera att även om de förklaras i en helt annan kategori, ingår alla tre metoderna ovan (sandgjutning etc.) också i den här listan eftersom den här kategoriseringen handlar mer om gjutformstypen och mindre om själva metoden. Som sådan kan förbrukningsgjutningsmetoderna delas upp enligt följande:

• Sandgjutning.
• Gipsformsgjutning.
• Investeringsgjutning (en modern variant av gjutning med förlorad vax).
• Gjutning med förångningsmönster – en egen klass av gjutning eftersom gjutmaterialet avdunstar under gjutningen av den flytande metallen, vilket eliminerar behovet av att avlägsna materialet från objektet. Har två varianter: gjutning i fullform och gjutning med förlorat skum.
• Leraformning av lera – använder en blandning av lera och sand för att skapa mestadels stora och symmetriska föremål (kyrkklockor, kanoner osv.).
• Formning av skal – En variant av sandgjutning där sanden används i form av ett härdat ”skal” och inte i en kolv med vanlig sand, vilket ger större precision och är en utmärkt metod för medelstora föremål med hög komplexitet.
• Avfallsformning av gips – använder slitstark gips som mellanprodukt, som endast är användbart för antingen stenhuggeri eller bronsgjutning.

Variationen av arbetsmetoder för gjutning av förbrukningsformar står i stor kontrast till metoderna för gjutning av icke-förbrukningsformar. Som namnet antyder är huvudtanken här att formen inte avlägsnas och inte behöver återskapas efter att endast ett objekt har skapats med hjälp av den. Den här kategorin erbjuder mer konsistens och enklare repeterbarhet, vilket är ganska viktigt när det gäller massproduktion. Det finns fyra huvudexempel på gjutning med icke-uttagbara formar:

• Pressgjutning – Smält metall tvingas in i formhålen under högt tryck, används främst för icke-järnhaltiga material och för små eller medelstora föremål.
• Centrifugalgjutning – Som namnet antyder hälls den smälta metallen i en form som ständigt roterar, och det är en vanlig metod för mindre konstverk som smycken.
• Gjutning av permanenta formar – använder permanenta formar av metall och pressar in smält metall i formarna med hjälp av antingen gravitation eller vakuum/gastryck.
• Gjutning av halvfasta metaller – använder en metall av olika konsistens (därav namnet) med en modifierad pressgjutningsmaskin, ett vanligt användningsområde är magnesium- och aluminiumlegeringar.

Du kan se att enbart gjutning har många olika varianter och användningsområden. Vi får dock inte glömma bort helt andra typer av metallverk.

Gå med på

Sammanfogning är en kategori av metallbearbetningsmetoder som kombinerar flera olika metalldelar till en med hjälp av höga temperaturer och andra apparater. Det finns fyra huvudmetoder för sammanfogning som process: lödning, lödning, svetsning och nitning.

Lödning är en process för att sammanfoga flera metalldelar med hjälp av en fyllnadsmassa smält metall (över 450 grader Celsius) som läggs i ett litet utrymme mellan två metalldelar som sammanfogas (kapillär). Därefter är det meningen att fyllnadsmetallen ska interagera med de två delarna, stelna och bilda en stark förbindelse mellan dessa delar i en process.

Den största skillnaden med lödning är att man inte behöver smälta själva metallbitarna för att skapa en förbindelse, och lödda kontraptioner har också den fördelen att de är mer flexibla än något som görs med, låt oss säga, svetsning. Detta är möjligt eftersom legeringen mellan metallbitarna inte kan fällas ut eller segregeras efter lödningsprocessen.

Det finns flera olika varianter som lödning som process kan ha, bland annat:

• Motståndslödning;
• Induktiv lödning;
• Flamlödning;
• Diffusionslödning;
• Induktiv lödning.

Lödning, är däremot en process som är relativt lik lödning men som använder smält metall med lägre temperatur (under 450 grader Celsius). Även om detta resulterar i en svagare förbindelse kan lödningen i allmänhet användas på ett mycket mer exakt sätt, t.ex. för kretskort.

Svetsning är förmodligen den mest populära sammanfogningsmetoden av de fyra, eftersom den ger möjlighet att sammanfoga metalldelar genom koalescensprocessen. Den grundläggande principen för denna process är att delar av båda metalldelarna smälts och ansluts till varandra i detta tillstånd, med tillsats av ett fyllnadsmaterial för att bilda en slags ”pool” på anslutningsplatsen.

Det är inte heller ovanligt att två smälta bitar bara pressas mot varandra för att skapa en förbindelse, utan något som helst fyllnadsmaterial. Den huvudsakliga variationen av svetsning kommer från en energikälla som används för att smälta materialet i fråga – vare sig det är en elektrisk stråle, en gaslåga, en elektrisk båge eller till och med något mindre uppenbart, som ultraljud eller en enkel friktion. Det är en extremt mångsidig, men också en mycket farlig process i sig själv.

Nitning är den sista typen av sammanfogningsoperation på den här listan, och förmodligen den äldsta av de fyra. En nit är en typ av bult som ska hålla ihop två metalldelar genom att borra eller stansa hål genom båda metalldelarna och föra en nit genom dessa hål.

Så snart niten förbinder två metalldelar är det möjligt att forma permanenta huvuden av en nit som en bult genom att använda antingen formningsstämplar eller hammare. För att separera de två delarna måste du skära av ett av de permanenta bulthuvudena från en nit och använda våld för att få ut niten ur hålet den tvingades in i.

Innan vi går över till en ny kategori av metallverk är det viktigt att nämna att du kan hitta ytterligare information om ämnet svetsning, liksom om många andra liknande processer i vår artikel om metalltillverkning.

Bildar

Bildar är en helt annan metod för specialtillverkning av metall, eftersom det inte krävs att delar av materialet avlägsnas för att skapa den önskade formen eller föremålet. Liksom andra grupper av verksamheter har formning också sina egna kategorier – två av dem, för att vara exakt. Den huvudsakliga skillnaden mellan de två ligger i hur metalldelarna deformeras:

Processer för formning av ark applicerar mekaniskt tryck på metallen vid rumstemperatur. Detta är ett ganska allmänt begrepp, eftersom det också omfattar olika rörformningsprocesser, liksom bockning, prägling, stansning och ett antal andra plåtbearbetningar som fortfarande tjänar det ursprungliga syftet med formning som process – att skapa en metalldel utan att det blir för mycket skrot.

Några andra exempel på operationer som ligger under plåtbearbetning är dekalering, rullformning, klippning, upphöjning, hydroformning, stansning, varmformning med gasformning med mera.

Bulkformningsprocesser använder kombinationen av tryck och värme för att böja metalldelar. Även om vissa av plåtformningsprocesserna också använder värme som en del av processen, kan man säga att i stort sett alla varianter av en bulkformningsprocess använder någon form av värme för att göra metallstycket i fråga mer mottagligt för deformation utan att gå sönder eller spricka.

Några av de mer kända varianterna av bulkformningsprocesser är extrudering, smide, valsning, kallformning, friktionsborrning, polering, dragning och pulvermetallurgi.

Skärning

Som avslutning på vår lista över anpassade metallarbeten har vi skärning som en allmän process. Skärning är processen att ta bort överflödigt material från ett metallstycke för att uppnå det nödvändiga resultatet på något sätt. Av de fyra stora grupperna av operationer med metall är det denna som lämnar mest överskottsmaterial – allt som skärs ut ur det ursprungliga metallstycket behandlas ofta som skrot och används inte någon annanstans.

Det finns flera huvudkategorier av skärande bearbetning som kan skiljas åt, och ett antal separata processer som inte faller in i någon av kategorierna. Först och främst finns det bearbetning, som är en process, eller en kombination av processer, som ofta används vid spåntillverkning – ett bra exempel på det är borrning. En annan grupp av processer kan särskiljas under begreppet bränning, som är en process där man använder någon form av brännare för att separera ett stålstycke i flera mindre (används oftast på plåtplåtar).

När det gäller processer som inte faller under någon av kategorierna ovan är det lätt att ta upp något som kemisk fräsning – en process för att avlägsna överflödig metall från ett metallstycke med hjälp av en kombination av kemikalier på ett specifikt sätt.

Vi kan också skilja olika skärmetoder åt genom den allmänna processen för att avlägsna metalldelarna. Till exempel:

• Att använda sax, såg, sax eller mejsel är alla goda exempel på manuell skärteknik.
• Användning av elektrisk urladdning eller en vattenstråle är båda representationer av erosionsskärningsteknik.
• Allt som är kopplat till tunga maskiner räknas som maskinteknik, inklusive sågning, fräsning, svarvning, slipning och borrning.
• Fotokemisk bearbetning är i stort sett det enda exemplet på kemisk skärteknik i praktiken.
• Den sista, men inte minst, typen av skärteknik är inriktad på antingen bränning eller svetsning – antingen med oxybränning, laser eller plasma.

När det gäller skärande bearbetning kan du få mer information om en specifik typ av skärande bearbetning i vår article on plasma cutting.

Slutsats

Man kan lugnt säga att metallverk är ett minst sagt komplicerat ämne. Det finns många olika typer av operationer som kan göras med metall, och ett enormt antal föremål som kan skapas med hjälp av dessa processer. Vi hoppas att den här artikeln lyckades förklara de mest anmärkningsvärda punkterna för varje typ av specialanpassad metallverk – från gjutning och formning till sammanfogning och skärning.