Презентация по дисциплине Технология обработки материалов для специальности 24.02.01 Производство летательных аппаратов на тему Волочение. Прессование

Волочение. Прессование Сущность процесса, оборудование, исходные заготовки и готовая продукция ИСТОРИЯ ПРОЦЕССАФормирование и развитие техники волочения металлов в рассматривае­мый период происходило под влиянием все возраставшего потребления проволоки и проволочных изделии, широко применявшихся в выделке разнообразных ювелирных изделий и предметов быта. Производство ювелирных изделий, шитых золотом одежд получило широкий размах особенно в рабовладельческий период. Ювелирные ремесла потребляли огромное количество благородных металлов и их сплавов. Золотая и серебряная проволока применялась также в качестве эквивалента стоимости в торговле. Спрос на проволоку способствовал совершенствованию техники волочильного производства.Археологические раскопки на территории Древнего Египта и Месопотамии открыли богатейшие погребения V тыс. до н.э., где найдены многочисленные проволочные изделия, проволочные браслеты, сосуды с дужками из золотой проволоки и много других предметов.Наиболее древние образцы проволоки изготовлены либо ковкой, либо разрезкой кованого листового металла. В Абидосе (Египет) найден проволочный браслет, датируемый 3400 г. до н.э., состоящий из двух групп бусинок, соединенных прядью из свитых вместе золотых проволок и толстого волоса. Искусно отделанной проволоке придан точно такой же диаметр (0,33 мм), какой был у волоса.На использование в Древнем Египте волоченной проволоки указывают Г. Шефер, Е. Фонтеней и Г. Меллер. Представляют интерес находки проволоки в пирамидах Саккары (Египет, 2900 лет до н.э.), коллекции которой хранятся в Берлинском музее. Значительное распространение получили у древних народов тканые и шитые золотом одежды. Особенность этого вида искусства заключается в умении изготовлять тончайшие нити проволоки, которые с основой материала образуют эластичную и красивую ткань. По имеющимся данным, в Египте уже в начале III тыс. до н.э. (2755—2733 гг.) выковывали золотые нити для тканей, а во II тыс. до н.э. (1587—1518 гг.) изготовляли серебря­ные нити.Уже в первой половине 111 тыс. до н.э. металлообработка, особенно юве­лирное дело, достигли высокого уровня в Месопотамии, о чем свидетель­ствует погребальный инвентарь царских гробниц шумерского города Ур. Широкое развитие здесь получила обработка золота и серебра. Особый интерес представляет известное погребение царицы Шубад (XXVI-XXV вв. до н.э.). Ее одежда была покрыта богатыми украшениями из золота, ляпис-лазури, сердолика. Массивный головной убор состоял из диадемы, венка из золотых листьев, золотых колец и трех золотых цвет­ков. В диадеме использована тонкая золотая проволока диаметром 0,25-0,30 мм, свитая в спираль диаметром около 2,38 мм. Считают, что проволо­ка изготовлена волочением.В Уре найдены также сканные (филигранные) изделия, датированные III тыс. до н.э. Сущность сканного производства состоит в том, что из тон­кой золотой, серебряной или медной проволоки круглого или четырехугольного сечения (нарезанной из тонких листов или волоченной) выполняются ажурные или напаянные на металлический фон узоры. Для большей красоты проволока предварительно скручивается в две или три нити и сплющивается.На территории России найдены образцы проволочных изделий, относящихся ко II и I тыс. до н.э.Богатейшие погребения середины II тыс. до н.э. открыты в Закавказье. В Грузии (Триалети) среди ювелирных изделий встречаются предметы сканной работы, например золотой кубок, отделанный сердоликом и бирюзой и покрытый узорами из зерни и скани.Ремесленники-ювелиры северного Причерноморья (Крым), Приднепровья, Поволжья, районов Урала в совершенстве владели искусством волочения металлов, о чем свидетельствуют археологические находки проволоки и проволочных изделий IV в. до н.э. — IV в. н.э.На Европейском континенте ранние очаги металлообработки существо­вали в древней Греции и Италии. Археологические раскопки древнегреческого города Микены показали, что грекам в VIII в. до н.э. была известна техника производства проволоки волочением. Наряду с ювелирными изделиями древние греки и римляне выделывали также тканые и шитые золотом одежды и покрывала. Интересные сведения, свидетельствующие о распространении проволочных изделий в Древней Греции мы находим у Гомера, описавшего, в частности, обычаи богатых граждан носить одежды, вышитые золотом. Златотканные одежды были широко распространены у римлян особенно во времена Империи, что подтверждается свидетельством Плиния в его "Естественной истории". Волоченая проволока применялась не только для украшений и предметов роскоши. Представляют интерес находки совершенно новой для того времени проволочной продукции — проволочных тросов. Два из известных нам ранних образцов бронзовых тросов относятся к VIII и V вв. до н.э. Первый найден в Ниневии (Ассирия), второй в Помпее, разрушенной при извержении Везувия в 79 г. Трос из Помпеи, диаметром около 25 мм, состоит из трех стренг, каждая из которых скручена из 15 проволок. Длина троса около 4,6 м. Установлено, что в IV в. до н.э. с проволочными тросами были знакомы китайские ремесленники. Появление проволочных тросов свидетельствует о расширении сферы потребления проволоки, т.е. об использовании ее и в технике. По всей вероятности, тросы применялись в строительных работах для поднятия или перемещения тяжестей. Основные понятия и определенияВолочением называется процесс деформирования металла путем его протягивания через отверстие в волоке, имеющее меньшее поперечное сечение, чем заготовка. В результате волочения поперечное сечение заготовки уменьшается и принимает форму сечения отверстия волоки, увеличивается длина заготовки, изделие получает точные размеры и чистую гладкую поверхность.1 – волока; 2 – проволока; Fo – площадь поперечного сечения на входе в волоку; Fk – площадь поперечного сечения на выходе из волоки.Рисунок 1 – Процесс волочения Исходные материалы Исходным материалом для волочения служит сортовой прокат простых профилей (круг, квадрат, полоса, проволока-катанка), а также трубы. В результате волочения можно получить сплошные профили простых и сложных сечений, трубы обычные и некруглого сечения. Основной инструмент при волоченииОсновной инструмент при волочении сплошных профилей – волоки различной конструкции, а при волочении полых профилей – волоки и оправки к ним. Волочение осуществляют на волочильных станах, состоящих из тянущего устройства и волочильного инструмента.Рисунок 2 - Фильера (волока)1– заготовка; 2 – волока; 3 – клещи; 4 – волочильная каретка; 5 – крюк; 6 – цепь, 7 – ведущая звездочка, 8 – станина; 9 - электродвигатель Рисунок 3 - Схема цепного волочильного стана Волочильные станы 1,3 – барабаны; 2 – волока; 4 – редукторРисунок 4 – Барабанный волочильный станРисунок 5 - Волочильный стан непрерывного волочения 5 – ти блоковый Применение в машиностроенииОбработка металла волочением находит широкое применение в металлургической, кабельной и машиностроительной промышленности. Волочением получают проволоку с минимальным диаметром 0,002 мм, прутки диаметром до 100 мм, причем не только круглого сечения, трубы главным образом небольшого диаметра и с тонкой стенкой. Волочением обрабатывают стали разнообразного химического состава, прецизионные сплавы, а также практически все цветные металлы (золото, серебро, медь, алюминий, и др.) и их сплавы. Изделия, полученные волочением, обладают высоким качеством поверхности и высокой точностью размеров поперечного сечения. Если изделию требуется придать в основном эти характеристики, то такой вид обработки называют калибровкой. Преимущества процессаВолочение выгодно отличается от механической обработки металла резанием (строганием), фрезерованием, обточкой и прочее, т. к. при этом отсутствуют отходы металла в виде стружки, а сам процесс заметно производительнее и менее трудоемок. Волочением можно изготовлять полые и сплошные изделия часто сложного поперечного сечения, производство которых другими способами не всегда представляется возможным (например, тонкие изделия, прутки значительной длины). При волочении ряда профилей (квадратный, треугольный, шестиугольный) используют составные волоки, которые отличаются высокой универсальностью, т. к. в одной и той же волоке, меняя профиль отверстия соответствующей перестановкой отдельных пластин, можно получать различные размеры профиля. Кроме составных волок при производстве прутков и главным образом труб применяют шариковые и роликовые волоки. При получении профилей сложной формы при­меняют дисковые волоки, в которых рабочие поверхности волочильного канала образуются поверхностями свободно вращающихся дисков (неприводных валков-роликов). Сущность процесса волоченияПроцесс волочения проволоки и тонкостенных труб состоит из следующих операций:подготовка заготовки (катанка) к волочению включает удаление окалины травлением в водных растворах кислот, промывку и сушку; затем на поверхность наносят смазку (мине­ральное масло, мыло, графит и др.);режим волочения разрабатывают, исходя из сум­марной вытяжки или суммарного обжатия, числа про­ходов, имеющегося оборудования, количества частных вытяжек или обжатий, размеров протягиваемой заго­товки по проходам, скорости волочения. Виды волочения труба- волочение через фильеры; б – через фильеры без внутреннего вкладыша; б – с помощью стационарного(фиксированного) сердечника; в – с помощью свободного сердечника (для волочения длинных трубна барабанном стане); г – с помощью крончатого сердечника (высокое давление на поверхностях, требует специфических смазочных материалов); д- волочение на стержне (стержень двигается с той же скоростью, что и проволакиваемая труба)Рисунок 5 – Виды волочения труб ПРЕССОВАНИЕПрессование – вид обработки металлов давлением, при котором металл выдавливается из замкнутой полости через отверстие в матрице, соответствующее сечению прессуемого профиля.Это современный способ получения различных профильных заготовок: прутков диаметром 3…250 мм, труб диаметром 20…400 мм с толщиной стенки 1,5…15 мм, профилей сложного сечения сплошных и полых с площадью поперечного сечения до 500 см2. История процесса прессованияВпервые метод был научно обоснован академиком Курнаковым Н.С. в 1813 году и применялся главным образом для получения прутков и труб из оловянисто-свинцовых сплавов. В настоящее время в качестве исходной заготовки используют слитки или прокат из углеродистых и легированных сталей, а также из цветных металлов и сплавов на их основе (медь, алюминий, магний, титан, цинк, никель, цирконий, уран, торий). Технологический процесс прессования Технологический процесс прессования включает операции:подготовка заготовки к прессованию (разрезка, предварительное обтачивание на станке, так как качество поверхности заготовки оказывает влияние на качество и точность профиля);нагрев заготовки с последующей очисткой от окалины;укладка заготовки в контейнер ;непосредственно процесс прессования;отделка изделия (отделение пресс-остатка, разрезка).Профили из алюминия, полученные прессованием ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРЕССОВАНИЯПрессование производится на гидравлических прессах с вертикальным или горизонтальным расположением плунжера, мощностью до 10 000 т. На вертикальных прессах получа­ют прутки и тонкостенные трубы диа­метром до 40 мм и длиной до 3 м, а на горизонтальных прессах трубы и прут­ки больших размеров. МЕТОДЫ ПРЕССОВАНИЯПрименяются две метода прессования: прямой и обратныйСхема прессования а — прямое прессование; б — обратное прессование1 – готовый пруток; 2 – матрица; 3 – заготовка; 4 — пуансонРисунок 6 – Методы прессования Прямое прессованиеПри прямом прессовании движение пуансона пресса и истечение металла через отверстие матрицы происходят в одном направлении. При прямом прессовании требуется прикладывать значительно большее усилие, так как часть его затрачивается на преодоление трения при перемещении металла заготовки внутри контейнера. Пресс-остаток составляет 18…20 % от массы заготовки (в некоторых случаях – 30…40 %). Но процесс характеризуется более высоким качеством поверхности, схема прессования более простая. Обратное прессованиеПри обратном прессовании заготовку закладывают в глухой контейнер, и она при прессовании остается неподвижной, а истечение металла из отверстия матрицы, которая крепится на конце полого пуансона, происходит в направлении, обратном движению пуансона с матрицей. Обратное прессование требует меньших усилий, пресс-остаток составляет 5…6 %. Однако меньшая деформация приводит к тому, что прессованный пруток сохраняет следы структуры литого металла. Конструктивная схема более сложная. Преимущества способаПри прессовании металл подвергается всестороннему неравномерному сжатию и имеет очень высокую пластичность.К основным преимуществам прессования относятся:возможность обработки металлов, которые из-за низкой пластичности другими методами обработать невозможно;возможность получения практически любого профиля поперечного сечения;получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы;высокая производительность, до 2…3 м/мин. Недостатки способаповышенный расход металла на единицу изделия из-за потерь в виде пресс-остатка;появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических свойств по длине и поперечному сечению изделия;высокая стоимость и низкая стойкость прессового инструмента;высокая энергоемкость.