Gia Công Kim Loại Là Gì?
Gia công kim loại là quá trình tạo hình và định hình lại kim loại để tạo ra các đồ vật, bộ phận, tổ hợp và cấu trúc quy mô lớn hữu ích. Là một thuật ngữ, nó bao gồm một loạt các quy trình, kỹ năng và công cụ để sản xuất đồ vật ở mọi quy mô: từ những con tàu, tòa nhà và cây cầu khổng lồ cho đến các bộ phận động cơ chính xác và đồ trang sức tinh xảo.
Nguồn gốc lịch sử của gia công kim loại có trước lịch sử được ghi lại, việc sử dụng nó trải dài trên các nền văn hóa, nền văn minh và hàng thiên niên kỷ. Nó đã phát triển từ việc tạo hình các kim loại mềm, tự nhiên như vàng bằng các dụng cụ cầm tay đơn giản, thông qua quá trình nấu chảy quặng và rèn nóng các kim loại cứng hơn như sắt, cho đến các quy trình hiện đại mang tính kỹ thuật cao như gia công và hàn. Nó đã được sử dụng như một ngành công nghiệp, động lực thương mại, sở thích cá nhân và sáng tạo nghệ thuật; nó có thể được coi là cả một khoa học và một nghề thủ công.
Các quy trình gia công kim loại hiện đại, mặc dù đa dạng và chuyên biệt, nhưng có thể được phân loại thành một trong ba lĩnh vực rộng lớn được gọi là quy trình tạo hình, cắt hoặc nối. Các xưởng gia công kim loại hiện đại, thường được gọi là xưởng máy móc, có nhiều loại máy công cụ chuyên dụng hoặc thông dụng có khả năng tạo ra các sản phẩm hữu ích, có độ chính xác cao.
Nhiều kỹ thuật gia công kim loại đơn giản hơn, chẳng hạn như rèn, không còn có khả năng cạnh tranh kinh tế trên quy mô lớn ở các nước phát triển; một số trong số chúng vẫn được sử dụng ở các nước kém phát triển hơn, cho các công việc thủ công hoặc theo sở thích, hoặc để tái hiện lịch sử.
Lịch Sử Gia Công Kim Loại
Về mặt kỹ thuật, lịch sử gia công kim loại bắt đầu từ hơn một triệu năm trước, khi con người sớm học cách kiểm soát lửa. Suy cho cùng, không có lửa thì không có nghề kim loại.
Nhưng nếu có một khoảnh khắc Benjamin-Franklin thả diều khi phát hiện ra nghề rèn, thì có vẻ như không ai ghi lại được. Đúng hơn, câu chuyện về gia công kim loại là một câu chuyện dài và chậm phát triển qua nhiều thế kỷ:
- 8700 năm trước Công nguyên – Người dân ở vùng đất ngày nay là Iraq làm việc với đồng. Kim loại này đã được sử dụng hơn 10.000 năm, với các xã hội cổ đại ở những nơi như Ai Cập, Hy Lạp, Rome, Trung Quốc và Ấn Độ sử dụng đồng để chế tạo vũ khí.
- 4500 năm trước Công nguyên – Đồng và thiếc được kết hợp với nhau để tạo ra các công cụ bằng đồng, tác phẩm nghệ thuật, vũ khí, vật liệu xây dựng và tiền bạc.
- 4000 năm trước Công nguyên – Việc khai thác đồng bắt đầu ở vùng Balkan. Bằng cách sử dụng các công cụ làm từ xương, người dân sống ở khu vực ngày nay là Serbia có thể khai thác một lượng lớn quặng đồng từ lòng đất.
- 2800 BCE – Người dân ở Trung Quốc bắt đầu luyện đồng.
- 2500 năm trước Công nguyên – Hàn đồng – một phương pháp luyện kim phổ biến hiện nay – bắt đầu ở Sumer, Hy Lạp cổ đại và Ai Cập.
- 1800 BCE – Ấn Độ bắt đầu luyện sắt. Người La Mã cổ đại công nhận Ấn Độ là đất nước của những chuyên gia về sắt, vượt xa những gì đang diễn ra ở châu Âu. Trong khi đó, vùng Anatolia – Thổ Nhĩ Kỳ ngày nay – bắt đầu luyện sắt để tạo ra thép.
- 1400 BCE – Người châu Phi cận Sahara phát triển công việc luyện thép, chế tạo thép trong lò cao có thể đạt nhiệt độ nóng hơn bất cứ thứ gì đạt được ở Châu Âu trong Cách mạng Công nghiệp. Hạn chế duy nhất: không đủ gỗ để tạo ra than đốt cho các lò nung.
- 600 BCE – Người dân bản địa ở Trung Mỹ bắt đầu nấu chảy đồng. Họ đã làm việc với đồng hàng nghìn năm trước khi phát triển kỹ thuật nấu chảy.
- 1200 CN – Trung Quốc đã phát triển một thứ giống như cái mà chúng ta gọi là “quy trình Bessemer” để sản xuất thép bằng cách sử dụng luồng nhiệt lạnh trên kim loại nóng chảy. Vào những năm 1850, một số chuyên gia thép Trung Quốc đã đến thăm Mỹ để trình diễn phương pháp này. Bessemer là Ngài Henry Bessemer, người đã cấp bằng sáng chế cho phiên bản riêng của mình về quy trình này vào năm 1855.
- 1700 CN – Các xưởng đúc sắt đầu tiên được thành lập ở Cumbria, Vương quốc Anh.
Kỹ Thuật Gia Công Kim Loại Hiện Đại
Các kỹ thuật gia công kim loại đều tuân theo các nguyên tắc giống nhau, cho dù quy mô thiết kế là công nghiệp hay điêu khắc, hay thậm chí ở quy mô nhỏ của một chiếc nhẫn hoặc một đôi bông tai.
Ví dụ, các tấm khắc được sử dụng trong in ấn và các ý tưởng như vật dính liền và vật tái sử dụng có thể được sử dụng trên các phương tiện truyền thông khác nhau như dệt may và gốm sứ.
- Cutting: cắt là tập hợp các quá trình trong đó vật liệu được tạo thành hình dạng xác định bằng cách loại bỏ phần dư thừa bằng nhiều loại dụng cụ khác nhau.
- Forming tạo hình làm biến đổi kim loại bằng cách làm biến dạng nó, tức là tạo hình không loại bỏ bất kỳ kim loại nào. Việc tạo hình được thực hiện bằng hệ thống lực cơ học và đặc biệt đối với việc tạo hình kim loại rời bằng nhiệt.
- Joining: việc nối mang hai hoặc nhiều mảnh kim loại lại với nhau bằng một hoặc nhiều quy trình khác nhau bao gồm hàn, hàn đồng và hàn điện.
- Annealing: Quá trình nung nóng kim loại đã được tôi cứng để khôi phục tính dẻo của nó.
- Annealing: Kỹ thuật tạo ra một thiết kế bằng cách hàn hoặc tạo hạt các hình cắt của tấm kim loại lên bề mặt kim loại khác.
- Applique: Quá trình tạo hình kim loại nóng chảy bằng khuôn.
- Chasing: Một kỹ thuật trang trí bề mặt kim loại được thực hiện bằng cách đưa các dụng cụ nhọn vào kim loại.
- Enameling: Sự kết hợp của một chất thủy tinh với kim loại. Men là sự kết hợp của chất trợ dung và oxit kim loại (đối với màu sắc). Cloisonne là một trong những kỹ thuật tráng men được biết đến nhiều hơn.
- Forging: Đập kim loại lên đe hoặc tạo hình để tạo hình, làm mỏng hoặc kéo căng nó.
- Granulation: Một loại xử lý bề mặt trong đó các hạt hoặc dây kim loại nhỏ được nung chảy trên nền kim loại hoặc với nhau. Có thể được thực hiện bằng vàng hoặc bạc.
- Malleability: Mức độ mà kim loại có thể được kéo dài hoặc tạo hình bằng cách rèn hoặc kéo dãn mà không bị nứt hoặc gãy.
- Piercing: Cưa đường hoặc thiết kế thành tấm kim loại.
- Raising: Rèn tấm kim loại để định hình nó thành vật thể 3 chiều.
- Repousee: Một kỹ thuật đẩy kim loại ra khỏi mặt sau của nó bằng cách sử dụng búa và đục lỗ để tạo ra một thiết kế phù điêu thấp ở mặt trước.
- Reticulation: Sự nung chảy hoặc nấu chảy bề mặt kim loại để tạo ra kết cấu.
Dịch Vụ Hoàn Thiện Kim Loại
Đỉnh cao của quá trình gia công kim loại thường liên quan đến các dịch vụ hoàn thiện kim loại. Những dịch vụ này, bao gồm mạ, anodizing và sơn tĩnh điện, không chỉ mang tính thẩm mỹ; chúng cung cấp khả năng chống ăn mòn, tăng cường tính dẫn điện, cải thiện khả năng chống mài mòn và tăng độ cứng bề mặt.
Với quá trình hoàn thiện, chức năng của các thành phần kim loại được mở rộng đáng kể, khiến bước này trở nên quan trọng như bước rèn, cắt hoặc tạo hình ban đầu trong vòng đời tổng thể của sản phẩm kim loại.
Tương Lai Của Gia Công Kim Loại
Gia công kim loại chắc chắn đã chứng kiến rất nhiều thay đổi theo thời gian, với nhiều tiến bộ về công nghệ kể từ những ngày đầu chỉ đơn thuần tạo hình các tấm kim loại bằng cách đập chúng bằng búa.
Các ngành công nghiệp gia công và chế tạo kim loại ngày nay phụ thuộc nhiều hơn vào công nghệ và khoa học thay vì lao động nặng nhọc. Mặc dù những đổi mới và tiến bộ luôn là một phần trong việc định hình cách thức gia công kim loại( gia công bánh răng, gia công xích, gia công puly, …) nhưng nhiều phát triển gần đây nhất đang đưa nghề thủ công này lên những tầm cao mới vượt xa so với cách đây một thập kỷ.
Khi in 3D lần đầu tiên xuất hiện, nó được xem nhiều hơn như một phương pháp thích hợp và vẫn còn lâu mới trở thành một lựa chọn chức năng cho gia công kim loại. Kể từ đó, in 3D thực sự đã trở thành chức năng trong ngành chế tạo kim loại, trở nên phổ biến hơn và được sử dụng cho một số ứng dụng khác nhau.
Với in kim loại 3D, các thành phần kim loại trải qua quy trình “in” để định hình, cắt và tạo khuôn kim loại để đạt được thiết kế, kích thước và cấu trúc do thiết kế được định dạng kỹ thuật số đặt ra. Nói một cách đơn giản, điều này cho phép thợ kim loại tải lên hoặc quét các kích thước, tạo tiền đề cho máy in thực hiện phần còn lại của công việc.
Mặc dù tác động của in 3D đối với ngành gia công kim loại vẫn được coi là ở giai đoạn đầu nhưng những phát triển và cải tiến mới đang được triển khai nhanh chóng, giúp công nghệ này dễ tiếp cận hơn và linh hoạt hơn đối với một số ngành công nghiệp kim loại khác nhau.
Phần lớn công nghệ và tiến bộ tương tự cho phép tạo ra các công cụ gia công kim loại thông minh hơn và hiệu quả hơn cũng giúp tạo ra các điều kiện an toàn hơn. Điều này được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau.
Đầu tiên, sự cải tiến về cảm biến và máy tự động cho phép giao tiếp theo thời gian thực với một số máy này, cho phép chúng xác định chính xác khi nào một số bộ phận nhất định bị mòn hoặc có thể gặp trục trặc – một lợi thế giúp giảm máy móc bị lỗi và dẫn đến tai nạn.
