Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Южно-Уральский  государственный университет»

Факультет «Физико-металлургический»

Кафедра «ОМД» 
 
 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

«История развития техники в области обработки металлов »

по курсу  «Современные проблемы науки и производства» 
 
 
 
 

Проверил

доцент  кафедры ОМД

А.П. Пелленен

_________________2011г. 

Автор 
студент группы ФМ-109 
Е.В. Храмков 
___________________2011 г. 
 
 
 
 

Челябинск 2011 

Оглавление

Введение 3

ЗАРОЖДЕНИЕ И ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИКИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ (с древнейших времен до XV в.) 5

СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА 5

ТЕХНИКА ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ 8

РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В ПЕРИОД МАНУФАКТУРНОГО ПРОИЗВОДСТВА (XVII.-конец XVIII в.) 13

КАЧЕСТВЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МЕТАЛЛУРГИИ И МЕТАЛЛООБРАБОТКЕ 13

ТЕХНИКА ПРОКАТНОГО ПРОИЗВОДСТВА 15

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНИКИ ВОЛОЧИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ВОДОДЕЙСТВУЮЩЕГО ПРИВОДА 18

ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В ПЕРИОД СТАНОВЛЕНИЯ МАШИННО-ФАБРИЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА (конец XVIII - 70-е годы XIX вв.) 23

ТЕХНИКА ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ ПЕРЕХОДА ПРОИЗВОДСТВА К НЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССАМ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ СИСТЕМАМ (70-е годы XIX — вторая половина XX в.) 27

Заключение 29

ЛИТЕРАТУРА 31 

 

Введение

       Тысячи  лет назад люди открыли металлургию, создали разнообразные способы  обработки металлов и сплавов, воплощая их в жизненно необходимые им орудия труда, оружие, предметы домашнего обихода и высокохудожественные произведения прикладного искусства.

       Металлические орудия труда ускорили социальный прогресс человеческого общества. Именно в эпоху раннего металла возникают древневосточные государства, ускорившие процесс распространения металлургии. Металл становится важнейшим фактором технического и культурного развития древних цивилизаций. Появившиеся вначале медные и бронзовые орудия труда, с которых собственно и начался процесс замены каменных орудий труда металлическими, однако еще не могли оказать большого влияния на хозяйственную сторону жизни первобытного общества.

       История становления и развития металлургии  неразрывно связана со способами  и процессами обработки металлов давлением, зарождение которых относится  к появлению первых металлических изделий на земле. Наиболее ранним и важнейшим способом была ковка, появление которой совпало с периодом перехода человечества от каменного века к бронзовому веку. Ковка была первым процессом, которым люди начали пользоваться для обработки самородной меди до того, как была освоена выплавка ее из руды. К числу древнейших способов обработки металлов давлением относятся также штамповка и волочение металлов, получивших широкое распространение еще в период рабовладельческого способа производства.

       Эти первые способы обработки металлов давлением непрерывно совершенствовались. На их основе создавались ковочные молоты, чеканочные и штамповочные машины, волочильные станы, все более широко распространявшиеся в различных областях материального производства. С накоплением технических знаний и производственного опыта, изобретательная мысль неустанно работала над созданием новых способов и процессов обработки металлов давлением. В результате, в период мануфактуры появился высокоэффективный процесс прокатки металлов, ставший в условиях машинно-фабричного производства одним из основных в металлургической и металлообрабатывающей технологии.

       Необходимо  подчеркнуть, что все названные  выше способы обработки металлов давлением, в том числе древнейшие из них не потеряли своего практического  значения до сих пор. Более того, по мере развития науки и техники  они непрерывно совершенствуются и  воплощаются в новейших технических  средствах, мощных машинах и оборудовании, оснащенных, как правило, системами  комплексной механизации и автоматизации, находящихся на вооружении в металлургической и машиностроительной промышленности.

       Обработка металлов давлением — комплекс технологических процессов, основанных на пластических свойствах металлов и их сплавов, под которыми понимается способность твердого тела необратимо изменять свою форму и размеры без разрушения.

       Значение  обработки металлов давлением в  современной технике и промышленности видно на примере прокатного производства, перерабатывающего в различные виды полуфабрикатов и изделий более 4/5 всей производимой в развитых странах стали. Напомним, что мировое производство стали составило в 1988 году около 720 млн. т. По мере наращивания мощностей, дальнейшего развития техники прокатного производства доля катаной стали будет непрерывно возрастать. Прокаткой изготовляется широкая номенклатура изделий — горячекатаный и холоднокатаный лист, сортовой прокат, катаные трубы, толстые сорта проволоки, разнообразные детали для машин и механизмов — колеса, шары, кольца, профили переменного сечения. Стальной лист широко применяется в автомобилестроении, вагоностроении, аппаратостроении, кораблестроении, станкостроении, строительной индустрии.

 

ЗАРОЖДЕНИЕ  И ФОРМИРОВАНИЕ ТЕХНИКИ  ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ (с древнейших времен до XV в.)

СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКИ  КУЗНЕЧНО-ШТАМПОВОЧНОГО  ПРОИЗВОДСТВА

       Ковка — древнейший способ обработки металлов давлением. Его появление совпадает с периодом перехода человечества от каменного века к бронзовому. Самородная медь была первым металлом, который вошел в обиход древних народов именно благодаря применению ковки. Освоение способа обработки самородного металла ковкой, неразрывно связано с длительным накоплением человеком навыков и опыта, связанных с изготовлением каменных орудий труда и оружия путем обработки камня "обивкой" каменным же молотом. Самородная медь, которую первобытные люди вначале тоже считали разновидностью камня, при ударах каменного молота не давала характерных для камня (кремень) сколов, а изменяла свою форму и размеры без нарушения сплошности материала. Это замечательное технологическое свойство "нового камня" явилось мощнейшим стимулом добычи самородного металла и использования его человеком. Кроме того, было замечено, что ковка повышает твердость и прочность металла и играет важнейшую роль в создании более эффективных орудий труда и оружия. Ковка была первым и единственным в первое время способом повышения твердости меди.

       Современная историческая наука связывает зарождение техники ковки металлов с развитием  ранних очагов металлургии в древнейших районах Средней Азии и Ближнего Востока. Такими районами были Анатолия, междуречье Тигра и Евфрата и  долина Нила. Время появления и применения некоторых видов и приемов холодной, а затем и горячей ковки относят к VII—VI тыс. до н.э.

       В качестве молота вначале применяли  обычные куски твердого камня. Первобытный  умелец, зажимая камень в руке, наносил  им удары по куску самородного  или выплавленного из руды металла. Такая примитивная техника ковки  сначала существовала, вероятно, у  всех древних народов. Затем эволюция этого простейшего способа ковки  привела к созданию прообраза  современного молота, снабженного рукояткой или молотовищем. Но время появления молота с рукояткой определить пока невозможно. Необходимо лишь отметить, что оба способа сосуществовали в течение Длительного времени, о чем свидетельствуют дошедшие до нас древние настенные росписи и рисунки на саркофагах.

       Еще и сегодня приходится удивляться искусству древних египетских кузнецов, в совершенстве владевших техникой получения тонкого листового золота и фольги, толщиной от 0,09 до 0,1 мм и даже более тонких . размеров. Здесь налицо умение кузнецов подбирать для изготовления молотов и наковален твердые и высокопрочные породы каменных материалов, придавать рабочим инструментам определенную форму, ровную и хорошо отполированную поверхность [7]. Примитивная техника ковки металла с помощью каменного молота без ; рукоятки сохранилась до последнего времени у некоторых африканских племен. Зарисовка (рисунок 2) показывает каменную наковальню, на которой производится ковка нагретого железа. В правой руке у кузнеца каменный молот, другой рукой он поддерживает на наковальне железную заготовку. Кузнец работает с подмастерьем, осуществляющим с помощью примитивных воздуходувных мехов подачу воздуха в костер [28, с. 115].

       

       Рисунок 2. - Простейший способ горячей ковки железа

       Здесь мы не видим обычных для кузнечного ремесла более позднего времени  приспособлений и инструментов —  массивной, определенной конфигурации железной наковальни, собственно молота с рукояткой, шарнирных клещей. Их эволюция была длительной и неразрывно связанной с развитием металлургии. Появление молота с рукояткой на первых лорах преследовало цель защитить руку кузнеца от повреждения. Затем было замечено, что эти молоты, обеспечивают получение более сильных. Ударов за счет увеличения на величину длины рукоятки, плеча действия бойка молота (до этого плечо соответствовало длине вытянутой руки). Масса ручных молотов, ограничивалась силой мускулов человека и обычно не превышала 10 кг. Для этих, наиболее тяжелых ручных молотов молотовища изготовлялись длиной до 500—600 мм [28]. Каменные молоты применялись преимущественно для обработки мягких, пластичных металлов — меди, золота, серебра и их сплавов.

       Техника ручной ковки удовлетворяла производство до тех пор, пока требовались небольшие  по размеру и массе кованые изделия. Под влиянием развития судостроения, военной, строительной и некоторых других отраслей техники, вызвавших потребность на крупные железные якоря, цепи, полосовое и листовое железо, металлообрабатывающие, в том числе кузнечные, производства оснащаются разнообразными механическими устройствами, позволяющими обрабатывать тяжелые заготовки сварочного железа. В XIII-XIV вв. появляются механические молоты, приводимые в действие энергией падающей воды [33, с. 103]. Древнегреческий ученый Герон Александрийский (I в.н.э.), изложивший в своих трудах основные достижения античной механики, описал устройство, при помощи которого двигается рука человека, изображающего бога кузнечного искусства Гефеста. Однако в условиях рабовладельческого способа производства, ни это, ни многие другие механизмы для обработки металла, не нашли практического применения.

       С появлением вододействующих механических молотов были созданы предпосылки  для дальнейшего развития металлургического  и металлообрабатывающего производств. Механические молоты дали возможность  обрабатывать крупные крицы железа, изготовлять разнообразные полуфабрикаты  и изделия больших габаритов  и массы, что в свою очередь, способствовало дальнейшему увеличению размеров металлургических печей — кричных горнов и медеплавильных печей. С созданием вододействующих молотов производительность при ковке кричного железа возросла в 3—4 раза. Так, на ручную ковку крицы массой 30—35 кг и выделку из нее листового железа затрачивалось 12—15 ч. В результате использования вододействующих молотов время на обработку того же количества металла сократилось до 4—6 ч [34, с. 48].

       По  имеющимся данным, в XIV в. в графстве Марк (Швеция) в железоделательных производствах применялись хвостовые молоты, с помощью которых отковывался полосовой металл. Молот делал около 120 ударов в минуту и обладал массой около 80 кг [34, с. 48]. С этого времени в западноевропейской металлургии распространяется гидравлический двигатель, ставший важным фактором качественного преобразования технологии ковки металлов [35]. Однако широкое распространение вододействующие молоты получили с XV—XVI вв. в период становления и развития мануфактурного производства.

ТЕХНИКА ВОЛОЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ

       Формирование  и развитие техники волочения металлов происходило под влиянием все возраставшего потребления проволоки и проволочных изделий, 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.