Обработка металла
Обработка металла включает в себя достаточно большое число работ различного вида, но каждая из них начинается с подготовки поверхности, которую предстоит обрабатывать.
Что значит обработать металлическую заготовку? Это значит, прежде всего, проверить ее размеры и довести их "до кондиции", чтобы металлический элемент конструкции сел на свое место прочно и стоял там, как говорится, века.
Прежде чем приступить к обработке металлической поверхности, ее нужно очистить и разметить. Работая с металлом, нужно стремиться к максимальной точности, поскольку металл - очень трудоемок для обработки, неточность, допущенная в работе, может привести к тому, что окажутся бессмысленными многие усилия, затраченные на изготовление заготовки, которую необходимо соединить с какой-то другой. Поэтому перед обработкой необходимо тщательно разметить контуры той детали, которая получится из заготовки. Но металл не бумага, карандашом не начертишь. Но, оказывается, эта проблема - как рисовать на металле - давно решена.
Но сначала - очистка. Чем чище поверхность заготовки, тем она меньше будет ржаветь, да и необходимые размеры выдерживать гораздо легче, работая с чистой поверхностью, чем с ржавой или, скажем, жирной.
Очистка заключается в удалении крупных слоев загрязнений - краски, антикоррозионной смазки, окалины, ржавчины, песка и т. д. Ее можно делать обычным путем - с применением всевозможных скребков и щеток.
Мойка металла
Следующая после очистки операция при работе с металлом - мойка. Она заключается в удалении небольших загрязнений и жировых пленок с помощью моющих средств.
В качестве моющих жидкостей применяются чаще всего органические растворители: бензин, керосин, спирт, уайт - спирит, смесь бензина со спиртом. Если заготовка загрязнена смолой или нитроэмалью, в процессе мойки можно применить ацетон или смесь спирта с ацетоном. Используются также водные растворы щелочей и синтетических поверхностно-активных веществ. Следует помнить, что температура органических растворителей при мойке не должна превышать 30 °С, а их водных растворов - не выше 45-60 °С.
Если никаких специальных средств под рукой не оказалось, а требуется удалить ржавчину с металлической поверхности, нужно смочить мягкие стальные опилки машинным маслом и при помощи тампона из ветоши протирать ржавую поверхность до металлического блеска. После того останется только удалить остатки машинного масла.
Чаще всего процесс коррозии металла приводит к образованию ржавчины на стальных и чугунных поверхностях. Происходит это под воздействием кислорода, входящего в состав воды и воздуха. Возникает коррозия и от соприкосновения металлов с электролитами - растворами кислот, солей и оснований. Значительно усиливается коррозия в районах с повышенной влажностью, а также с очень низкой температурой воздуха.
Ржавчина вполне эффективно удаляется с металлической поверхности шкуркой. Однако нужно сразу сказать, что зачистку поверхности шкуркой можно применять не всегда, особенно, если речь идет о большом объеме работы.
Избавиться от ржавчины можно, если воспользоваться химическим способом ее удаления. Поверхность сначала обезжиривают, например, бензином, и просушивают. Затем нужно приготовить раствор, в котором будет 20% фосфорной кислоты плотностью 1,7 г/см и 80% воды. В раствор добавляют 8% по массе хромового ангидрида и нагреть его до температуры 60-65 °С.
В зависимости от степени коррозии покрывают заржавленную заготовку этим раствором минут на 10-15. Затем нужно нейтрализовать дальнейшее действие раствора - промыть, заготовку 5%-ным раствором кальцинированной соды при температуре 80 °С, а затем горячей и холодной водой. Поверхность заготовки приобретет первозданный вид. Для предотвращения дальнейшей коррозии обработанные таким способом поверхности нужно законсервировать, покрыв их техническим вазелином.
Разметка
После того как металл выправлен, очищен и тщательно вымыт, производится разметка той поверхности, которую предстоит обработать.
Что значит разметить заготовку? Это значит нанести на нее разметочные линии или риски, указывающие границы, до которых необходимо ее обрабатывать, чтобы она превратилась в необходимый вам элемент. Если заготовка размечена неправильно, она просто не встанет на свое место.
Металл не бумага и не дерево, по которому удобно рисовать карандашом: сего гладкой, твердой поверхности легко стираются как грифельные линии, так и меловые. Для того чтобы линии разметки прочно держались на металле и не стирались, поверхность, которую предстоит обрабатывать, нужно предварительно окрасить.
Окрашивание металла под разметку
Для окрашивания металлической поверхности под разметку лучше всего применять медный купорос, он хорошо держится на зачищенном металле - на тонком слое меди, который образуется на поверхности, риски хорошо заметны.
Можно для этой же цели применять краску или лак, разумеется тот, который сохнет быстро. Удобно работать также и с разведенным до густоты молока мелом, в который нужно добавить сиккатив или столярный клей для того, чтобы мел высыхал быстрее и держался на поверхности крепче. Во время окрашивания красящее вещество растирают, чтобы оно ложилось ровным слоем без пятен по всей поверхности.
Если заготовка большая, кисточкой наносят окрашивающий слой только на те ее поверхности, на которых предполагаются разметочные риски.
Часто необходимо расширить отверстие в металле, нанести резьбу или сместить отверстие на несколько миллиметров в сторону. Чтобы разметить центр отверстия в этом случае, в уже существующее отверстие или проем необходимо забить деревянный брусок или планку с пластинкой из свинца, латуни или белой жести.
Прежде чем начать разметку заготовки, необходимо определить так называемую базу заготовки, то есть поверхность, от которой будут отсчитываться все необходимые размеры. Базовой считается, как правило, та поверхность, которая определяет положение данного элемента относительно других частей металлического изделия. Это может быть основание детали или какая-то иная поверхность. Иногда удобнее отсчитывать размеры от оси симметрии, в таких случаях она и принимается за базовую.
Разметочный инструмент
Чем серьезнее и ответственнее вы относитесь к своей работе, тем полнее должен у вас быть набор разметочного инструмента и приспособлений для разметки.
Для нанесения рисок используются чертилки различного вида, рейсмасы и штангельрейсмасы, разметочные циркули. Накернивание рисок выполняется кернерами, которые также имеют различную конструкцию.
Чертилки изготовляются из инструментальной стали повышенной твердости марок У10 иУ12. Это наиболее простые и распространенные инструменты, которые применяются для разметки. Прямая круглая чертилка - стальной стержень диаметром 5-6 мм и длиной до 200 мм, один конец которого заточен под углом приблизительно 10°. Удобно пользоваться чертилкой со вставной иглой. Ее несложно изготовить из отвертки со сменным жалом. Вместо отвертки в рукоятку нужно вставить острозаточенный и закаленный стальной стержень. Еще один вид чертилок имеет заточенные под разными углами стальные стержни с обоих концов. Один из стержней согнут под углом 90°. Чтобы чертилки было удобно держать в руке, среднюю их часть делают обычно утолщенной и покрывают ее накаткой.
Разметка на плоскости
Разметка выполняется в определенной последовательности: сначала нужно нанести горизонтальные линии, затем вертикальные и наклонные. Последними размечаются окружности, дуги и сопряжения - это даст возможность проконтролировать точность разметки прямых линий: сопряжения должны получиться плавными, а дуги точно замкнуть прямые линии.
Научиться проводить точные линии чертилкой несложно, но лучше все же потренироваться, если делаете это впервые. Чертилку во время проведения линии нужно все время прижимать к линейке или угольнику и не менять угол ее наклона, иначе линия окажется не параллельной линейке. Наклонена чертилка должна быть в сторону от линейки. Двигать чертилку нужно на себя. Нельзя поводить линию дважды, попасть второй раз на ту же самую линию невозможно - в результате линия окажется двойной. Если качество нанесенной линии вас не устраивает, то ее следует закрасить и провести заново.
Для проведения перпендикулярных линий используют стальной угольник, к короткой стороне которого приварена под углом 90° небольшая металлическая пластина. Такой угольник называется двутавровым - приложив его к боковой поверхности верстака, на котором производится разметка, можно проводить перпендикулярные линии с достаточно большой точностью. Естественно, делают это только в том случае, если боковые поверхности верстака соответствующим образом обработаны и выверены под прямым углом к его горизонтальной поверхности.
Первыми размечаются базовые линии. Например, если базовыми являются центры отверстий, то с них и начинают разметку.
Конечно, при построении линий, окружностей дуг потребуются знания и навыки, которые дает черчение: разметка - это, по сути дела, то же черчение, только на металле. Придется на время стать чертежником: делить отрезки пополам, проводить перпендикулярные и параллельные линии, строить углы и делить их пополам, делить окружность на равные части и т. д.
Для нахождения центров отверстий существуют специальные инструменты, которые значительно облегчают эту задачу: раздвижной центроискатель, кернер - центроискатель, угольник - центроискатель.
Кернер - центроискатель может применяться только для того, чтобы отыскать центр на торце цилиндрической заготовки. Инструмент нужно установить на ее торец и выровнять так, чтобы он принял вертикальное положение. Ударив по головке кернера молотком, можно получить отметку центра отверстия.
Угольник - центроискатель служит тоже для нахождения центров цилиндрических заготовок. Его нужно надеть на торец таким образом, чтобы все его угловые планки касались боковой поверхности цилиндра. Затем по прикрепленной к одной из его сторон линейке чертилкой нужно провести линию. Потом угольник поворачивают на какой-то угол (лучше всего на 90°) и проводят еще одну линию. Их пересечение даст центр торца заготовки.
Центр отверстия можно определить с помощью раздвижного центроискателя. В отверстие предварительно должен быть вставлен деревянный брусок с жестяной пластиной, по которой стальная игла очень хорошо "пишет". Ножки центроискателя нужно раздвинуть примерно на ширину радиуса отверстия и, прижав отогнутую ножку инструмента к внутренней стенке отверстия, сделать на жести засечку. Операцию необходимо повторить еще три раза, поворачивая центроискатель каждый раз примерно на 90°. Дальше нужно определить на глаз, где находится центр внутри четырех получившихся дугообразных засечек, и керном сделать в этом месте небольшое углубление. Затем, поставив прямую ножку инструмента в это углубление, проверить, правильно ли найден центр. Если потребуется, операцию нужно повторить в той же последовательности.
Разметка пространственных заготовок
Гораздо более сложная задача - разметить не одну плоскость, а весь элемент целиком, то есть сделать пространственную разметку при монтаже металлоконструкций. Здесь не обойтись без знания приемов и методов пространственного черчения. Главная проблема заключается в том, что размеченные плоскости должны быть все увязаны между собой. Прежде всего нужно выбрать базовую поверхность. Обычно за нее принимается поверхность заготовки, содержащая главные оси элемента. К ней можно привязать наибольшее количество осей и плоскостей.
Детали, требующиеся домашнему мастеру, порой слишком различны, чтобы рассказать, как размечается каждая из них. Да это и не нужно - достаточно помнить некоторые важные правила, которыми необходимо руководствоваться при выборе базовой поверхности:
если у заготовки уже обработаны несколько плоских поверхностей, базовой считают ту из них, которая больше по площади;
если заготовка имеет наружную и внутреннюю поверхности и ни одна из них не обработана, за базовую принимается наружная поверхность;
если у заготовки не требуется обрабатывать всю поверхность, базовой должна стать та, которая не подвергнется обработке;
если заготовка имеет цилиндрическую форму, базовой нужно считать поверхность, параллельную оси цилиндра;
если заготовка имеет отверстия, за базовую принимается поверхность, параллельная оси отверстия.
Чтобы облегчить операцию разметки, заготовку на разметочную плиту нужно установить таким образом, чтобы все ее поверхности были перпендикулярны поверхности плиты или параллельны ей. Для этого можно использовать различные металлические предметы - прокладки, призмы, бруски, кубики, клинья и т. д.
Первыми необходимо наносить горизонтальные риски со всех четырех сторон заготовки (в некоторых случаях достаточно наносить риски с двух противоположных сторон), после этого - вертикальные риски, затем - дуги, окружности, сопряжения, наклонные линии.
Кернение
После того как риски нанесены, их необходимо накернить.
Кернение рисок необходимо для того, чтобы они не стерлись, а также, чтобы при сверлении отверстий сверло можно было точно установить по направлению оси отверстия. Керн - это неглубокое конусное углубление в поверхности металла, которое выполняется с помощью кернера. При выполнении операции кернения важно очень точно установить кернер в центре отверстия и при ударе по кернеру молотком не сместить его заостренный конец с отметки. Чтобы этого добиться, нужно ставить кернер, сначала наклонив от себя, чтобы хорошо было видно, что его острие попало на отметку центра, а затем, быстро переведя его в перпендикулярное положение к поверхности, нанести по головке кернера удар молотком.
Керны нужно наносить на все разметочные риски по всей их длине на расстояния 25-30 мм на длинных рисках и 10-15 мм - на коротких. На криволинейных участках разметки (сопряжениях, закруглениях и т. д.) керны наносятся еще чаще - на расстоянии 5-10 мм друг от друга. Маленькие окружности достаточно накернивать в четырех взаимно перпендикулярных точках. Большие окружности нужно накернивать в 6-8 местах. Обязательно накернивать все точки пересечений и сопряжений.
Заточка разметочного инструмента
Чтобы разметка была произведена точно, была хорошо видна и не стиралась, пользуются хорошо заточенным, исправным разметочным инструментом. Поэтому время от времени нужно затачивать чертилки, циркули и кернеры, которые тупятся чаще всего. Заточку производят на шлифовальном абразивном круге, наличие его в каждой домашней мастерской обязательно. Чертилку можно затачивать, определяя
угол заточки на глазок: ее нужно расположить под небольшим углом к поверхности шлифовального круга и заточить на длину 12-15 мм. Острие кернера затачивается под углом 60-70°, угол контролируют, измеряя его транспортиром или сравнив с шаблоном. Для того, чтобы наточить ножки циркуля, их сводят вместе и затачивают с четырех сторон на квадрат на длине 15-20 мм, стремясь к тому, чтобы оба острия сошлись в одной точке. Окончательную доводку ножек циркуля нужно сделать, заточив их поочередно на точильном бруске.
Гораздо более часто приходится пользоваться измерительным инструментом.
Измерительный инструмент
Он обычно составляет предмет особой заботы, поскольку от того, в исправном ли состоянии он находится, зависит результат работы и зачастую не только одного дня. Штангельциркуль настоящий умелец носит всегда в специальном кожаном футляре и оберегает его от ударов, не говоря уже о микрометре. И это полностью оправданно.
Точность измерения - ошибка, которая неизбежна при использовании в качестве измерителя того или иного инструмента. Поэтому ни один мастер, работающий с металлом, не станет пользоваться измерительной линейкой, если ему требуется выверить элемент металлической конструкции с большой точностью, - линейка просто не дает необходимой точности, которая требуется при выполнении многих операций.
Но даже если инструмент выбран правильно, абсолютно точного измерения получить все равно не удастся. Погрешность измерения существует всегда, хотя и следует стремиться свести ее к минимуму. Чем меньше погрешность, тем выше точность измерения.
Самый простой способ уменьшения погрешности - проводить измерение не один раз, а несколько, и затем вычислить среднее арифметическое из результатов каждого измерения.
Увеличение погрешности чаще всего вызывается ошибками, которых можно избежать. Самые распространенные ошибки, снижающие точность измерений:
использование поврежденного измерительного инструмента;
загрязненность рабочих поверхностей измерительного инструмента;
неправильное положение нулевой отметки на шкале и нониусе;
неправильная установка инструмента относительно детали;
измерение нагретой или охлажденной детали;
измерение нагретым или охлажденным инструментом;
неумение пользоваться инструментом;
неправильно выбранная база измерения. Линейные размеры металлических заготовок
Линейные размеры металлических загатовок и самого инструмента меняются очень ощутимо при нагревании или охлаждении металла, поэтому для измерений выбран следующий температурный стандарт - их следует производить при 20 °С выше нуля.
Металлическая измерительная линейка
Лекальные линейки хороши для проверки плоскостности поверхности, но измерить заготовку с их помощью невозможно, из-за отсутствия измерительной шкалы. Для линейных измерений не слишком высокой точности применяется обычно металлическая измерительная линейка - стальная полированная полоса с нанесенными на нее отметками в сантиметрах и миллиметрах. Линейка может быть различной длины - от 20-30 см до 1 м. Нужно сразу учесть, что точность измерений металлической линейкой невысока и составляет 1 мм. Такой точности порой бывает недостаточно. Поэтому при необходимости следует воспользоваться другими, более точными инструментами.
Штангельциркуль
Штангельциркуль состоит из негнущейся металлической линейки, на которую нанесена измерительная шкала сценой деления 0,5 мм. На передней части линейки расположены две измерительные губки. Вдоль линейки перемещается металлическая рамка, также снабженная двумя измерительными губками. Рамка снабжена еще одной измерительной шкалой - нониусом, который имеет цену деления 0,02 мм. Движение риски по линейке можно застопорить с помощью специальных винтов.
По основной шкале на линейке отсчитываются показания с точностью до миллиметра, по нониусу - показания уточняются до десятых долей миллиметра.
Микрометр
С помощью микрометра можно измерять размеры деталей с точностью до сотых долей миллиметра. Тот, кто впервые слышит название этого измерительного инструмента, часто допускает ошибку, считая, что с помощью микрометра можно определить размеры с точностью до микронов. Во-первых, такая точность в условиях домашней мастерской никогда не требуется. Во-вторых, микрон - это одна миллионная часть метра ("микрон", кстати, - устаревшее название, эту единицу измерения принято теперь называть "микрометр" с ударением на слове "метр", что более точно отражает ее смысл, ведь "микро" - уже указывает на миллионную долю), а микрометр дает возможность измерять с точностью только до одной десятитысячной части метра.
Основная часть микрометра - винт с очень точной резьбой, он называется микрометрическим винтом. Торец этого винта является измерительной поверхностью. Винт может выдвигаться и зажимать измеряемую заготовку, которую следует помещать между пяткой полукруглой скобы и торцом микрометрического винта. На втулке-стебле проведена продольная линия, на которой сверху и снизу расположены две шкалы: одна указывает миллиметры, вторая - их половины. На конической части барабана, вращающегося вокруг втулки-стебля, нанесены 50 делений (нониус), служащих для отсчета сотых долей миллиметра.
Угломер
Угломер предназначен, как указывает его название, для измерения углов заготовок. Он представляет собой полудиск с измерительной шкалой, на котором закреплена линейка и передвижной сектор с нанесенным на него нониусом. Передвижной сектор можно зафиксоровать на полудиске стопорным винтом. К сектору прикреплен также угольник и съемная линейка.
Для измерения угла заготовки ее нужно приложить одной гранью к съемной линейке угломера, а подвижную линейку сдвинуть таким образом, чтобы между гранями заготовки и сторонами обеих линеек образовался равномерный просвет. Затем нужно закрепить сектор с нониусом стопорным винтом и снять показания сначала по основной шкале, затем по нониусу.
Щуп
Для измерения величины зазора используется щуп - набор тонких пластин, закрепленных в одной точке. Каждая из них имеет известную толщину. Собирая из пластин щуп определенной толщины, можно измерить величину зазора. Следует осторожно обращаться с тонкими металлическими пластинами наборного щупа, поскольку они легко ломаются при незначительном усилии. В то же время пластины должны входить в зазор туго и на всю длину, это обеспечит точность измерения.