Проблемы и перспективы развития инновационной деятельности в Украине

Последняя четверть XIX в. и  первые два десятилетия текущего столетия характеризовались значительным прогрессом техники и технологии волочильного производства. Особенно крупные успехи были достигнуты в  технике проволочного производства. Наряду с использованием ранее известных  традиционных типов волочильных  машин однократного действия (проволока  тянется через одно волочильное  очко, наматываясь на приемный барабан), отличающихся небольшой скоростью  и низкой производительностью, были созданы и получили распространение  волочильные машины многократного  действия с высокими скоростными  характеристиками и большой производительностью. Создание машин многократного действия означало крупный скачок в технологии волочения металлов.

В машинах многократного  действия проволока протягивается  одновременно через 10—25 волочильных  отверстий с помощью такого же числа тяговых роликов (валиков), вращение которых увеличивается  по определенному закону.

Первым агрегатом многократного  действия была машина со скольжением  тяговых роликов, созданная в 1871 г. в Англии. Скорость протяжки проволоки  такой машины достигала 5 м/с. Дальнейшее совершенствование машин многократного  действия со скольжением позволило  значительно увеличить их скоростные параметры. В начале XX в. с их помощью  волочили проволоку из меди и ее сплавов со скоростью 10—12 м/с, в то время как скорость применявшихся машин однократного действия не превышала 1,5 м/с. Производительность возросла почти в 10 раз.

Машины со скольжением хорошо зарекомендовали  себя при волочении сравнительно мягких (пластичных) цветных металлов. Но они были мало пригодны для волочения жестких металлов и сплавов (железа и стали) из-за быстрой изнашиваемости тяговых роликов.

Это препятствие было устранено  в 1915 г. созданием многократной машины без скольжения с аккумулированием проволоки на каждом из промежуточных  барабанов. Такие машины зарекомендовали  себя как перспективное оборудование для волочения углеродистой и  высокоуглеродистой стальной проволоки.

В 1924 г. был создан новый  тип машины для волочения жестких  металлов и сплавов, в основу которых  был положен принцип против натяжения. Используя этот принцип, удалось сконструировать своего рода универсальную многократную машину, в которой отсутствуют недостатки, присущие машинам со скольжением и с против натяжением проволоки. Здесь скольжение проволоки о тяговые ролики устраняется автоматической регулировкой их скоростей. Проволока в процессе обработки на всех участках находится под постоянным растягивающим напряжением и механически соединена с электрической схемой привода. Отсутствие скольжения по тяговым роликам и снижение трения в очаге деформации (в волоке) позволили применить эти машины для обработки и цветных, и черных металлов на высоких скоростях (более 20 м/с). Развитие этих машин в промышленных масштабах началось уже в последующие годы, выходящие за рамки рассматриваемого периода.

Роль волочильных машин  для производства труб, полос и  прутков, т. е. изделий с прямолинейным  движением металла в процессе обработки, на рубеже XIX — начала XX в. непрерывно возрастала. Быстро расширялось  применение созданных ранее цепных волочильных станов и волочильных  гидравлических прессов. В конструктивном отношении эти машины не претерпели принципиальных изменений. 
Наиболее существенным нововведением, значительно улучшившим работу цепного стана, было изобретение автоматического возврата тележки для помощи нагруженного каната. Это изобретение, предложенное в 1899 г., легло в основу конструирования станов современного типа.

Гидравлические волочильные  прессы использовали главным образом  для производства особо крупных  изделий. Насосы высокого давления позволили  создать очень мощные волочильные  агрегаты, не потерявшие практического  значения до сих пор.

Развитие техники волочения  было неразрывно связано с усовершенствованиями волочильного инструмента. В проволочном  производстве стали широко применять  вместо стальных волочильных досок  волоки из алмаза, сапфиров и рубинов. Их использовали для протяжки проволоки тонких и очень тонких размеров (диаметром до 0,008 мм). Наиболее эффективными были алмазные волоки. Благодаря очень высокой твердости и износостойкости канал алмазной волоки практически не разрабатывается. Получаемая при этом проволока сохраняет на протяжении десятков и даже сотен километров одинаковый диаметр и профиль поперечного сечения. Качество такой проволоки имеет особо важное значение в электротехнике и некоторых других областях. Производство алмазных волок в последней трети XIX в. было монополизировано несколькими западноевропейскими (преимущественно французскими и итальянскими) фирмами, поставлявшими их во многие страны мира. В 1899 г. производство алмазного волочильного инструмента с полным циклом создается в России товариществом Московских соединенных золотоканительных фабрик «Владимир Алексеев» и «П. Вишняков и А. Шамшин». Инициатором и одним из организаторов первого в России цеха алмазных волок был председатель правления и один из директоров этой фирмы К. С. Станиславский (Алексеев), обессмертивший свое имя как выдающийся актер и реформатор сценического искусства. Во втором десятилетии XX в. в волочении начали использовать высокоэффективные специальные твердые сплавы. Вначале для этой цели служили стеллиты и литые карбиды. Стеллиты — кобальт хромовольфрамовые сплавы, хорошо сохраняющие прочность при высоких температурах, применяли для изготовления волочильного инструмента до появления более твердых и стойких в эксплуатации литых карбидов. Литые карбиды были разработаны перед первой мировой войной Ломаном (Германия). Наиболее твердым из них оказался карбид вольфрама, на основе которого позже был получен сплав, названный воломитом. По стойкости воломитовые фильеры (волоки) превосходили стальные на 60—70%, но уступали алмазным. Несмотря на ряд положительных качеств, волоки из литых карбидов обладали и существенными недостатками: пористостью и небольшой механической прочностью. В связи с этим в 20-х годах текущего столетия были разработаны более эффективные твердые сплавы, полученные методом порошковой металлургии. Этот материал стал впоследствии основным в изготовлении твердосплавного волочильного инструмента.

 

 

 

3. Охарактеризовать способы прессования. Какие преимущества прессования металлов в сравнении с прокаткой?

 

Изготовление изделий  из термореактивных материалов может  осуществляться:

-       компрессионным (прямым) прессованием;

-       литьевым (трансферным) прессованием.

Прямое (компрессионное) прессование заключается в том, что пресс-материал в виде порошка или таблеток загружается в пресс-форму (рис. 8.1, а) и подвергается воздействию температуры и давления (рис. 8.1, б). При этом материал размягчается и растекается по внутренней полости пресс-формы, принимая её конфигурацию.

 

 

Рис. 8.1. Схема процесса прямого  прессования: 1 - пуансон, 2 - пресс-порошок, 3 - матрица, 4 - выталкиватель, 5 - изделие  

 

После отверждения материала  изделие извлекается с помощью  выталкивателей.

При данном виде прессования  используется простая по конструкции  дешевая пресс-форма. Однако метод  имеет и недостатки:

-       выдержка изделия в пресс-форме занимает значительную часть времени всего цикла прессования;

-       некоторые виды арматуры нельзя запрессовать в изделие в связи с тем, что она может деформироваться;

-       трудность изготовления тонких изделий с глубокими глухими отверстиями, у которых отношение глубины к диаметру более 3,5 из-за неизбежного искривления деталей пресс-формы, оформляющих эти изделия;

-       в изделии с разной толщиной стенок возникают настолько большие напряжения, что они сильно деформируются после извлечения.

Литьевое (трансферное) прессование заключается в том, что пресс-материал в необходимом для литья количестве загружают в загрузочную камеру пресс-формы, где он нагревается до вязкотекучего состояния (рис. 8.2, а). Из этой камеры пресс-материал выдавливают через один или несколько литниковых каналов в оформляющую полость, где материал отверждается (рис. 8.2, б).

 

 

Рис. 8.2. Схема процесса литьевого  прессования: 1 - пуансон, 2, 5 - детали пресс-формы, 3 - пресс-материал, 4 - оформляющая полость, 6 - изделие 

 

Литьевое прессование  по сравнению с прямым имеет существенные преимущества:

-       в силу высокого давления масса дополнительно равномерно прогревается внутри и снаружи. Проходя через литниковые каналы все частицы массы соприкасаются с горячими стенками пресс-формы и быстро нагревается до необходимой температуры;

-       пресс-материал прогревается в литниковых каналах также за счет возникающего внутреннего трения. Благодаря интенсивному и равномерному прогреву пресс-материал в форме отверждается быстро;

-       при литьевом прессовании выдержка может сократиться на 50 % и более;

-       ввиду хорошего прогрева изделия, изготовленные этим методом, хорошо отверждаются по всему сечению. Поэтому по сравнению  с изделиями, полученными другими способами, они обладают лучшими диэлектрическими и физико-механическими свойствами;

-       поскольку в оформляющую полость поступает достаточно мягкая пластичная пластмасса, то «нежные» детали пресс-формы и арматура не повреждаются. Это позволяет изготавливать изделия с более тонкой арматурой, чем при обычном прессовании;

-       пресс-масса впрыскивается в закрытую пресс-форму, что дает возможность изготавливать изделия такой конфигурации, которые при обычном прессовании получить невозможно, так как подвижные детали пресс-формы могут разойтись под давлением массы. Именно поэтому литьевым прессованием изготавливают изделия с близко расположенными рядами арматуры, а также изделия сложной конфигурации;

-       в силу того, что при литьевом прессовании перерабатываемая масса впрыскивается в закрытую форму, то возникающие в месте разъема пресс-формы заусеницы отсутствуют. Кроме того, можно точнее соблюдать размеры изделия.

Литьевому прессованию характерны и некоторые недостатки:

-       несколько больший расход материала;

сложность конструкции пресс-формы  по сравнению с обычным прессованием.

 

Способ прессования с перепонкой ( диафрагмой) применяется для получения изделий в форме, состоящей из одной матрицы. Заготовки из листового материала или ткани, пропитанной пластиком, накладывают на поверхность формы. На форму кладут резиновый мешок и прижимают его прессом. Затем в мешок подают сжатый воздух, который его растягивает, давит и спрессовывает материал.

Способ прессования упругим пуансоном в жесткой металлической матрице  позволяет удешевить производство изделий из стеклопластов, имеющих полуцилиндрическую форму. Слои заготовок стеклоткани, предварительно пропитанные смолой, укладывают на поверхность формы. 

Способ прессования аэросила в таблетки аналогичен приготовлению таблеток для исследования инфракрасных спектров.

Способ прессования листов в прессформах связан с неизбежным получением значительного количества отходов ( 4 - 6 %), получающихся в виде загрязненных и трудно утилизируемых выжимков пластицировашюго казеина при прессовании. Загрузка Б пресс и выгрузка стальных пресс-форм, весящих до 10 кг, требует большой затраты ручного труда.

Способ прессования многослойных изделий из порошковых материалов с вертикальным расположением слоев / Любимов В.И., Ковалевич В.А., Варсевич В.А. / / Открытия.

Способ прессования полусухих смесей на основе дигидрата сульфата кальция позволяет получать изделия с достаточно высокой прочностью - 5 МПа и более. Организация производства штучных стеновых изделий по данному способу не требует больших затрат и сложного оборудования. Кроме того, возможно использование оборудования, выпускаемого отечественными предприятиями машиностроения, для прессования грунтоблоков и других изделий. 

Способ прессования лекарственных порошковых материалов относится к способу холодного прессования в закрытых пресс-формах. На процесс прессования порошковых материалов основное влияние оказывают физико-химические и технологические свойства порошков, условия и режимы прессования. Физико-химическими и технологическими свойствами порошков в процессе прессования определяются выбор величины давления прессования, механические характеристики прессовки, точность массы дозы, износ деталей пресс-инструмента.

 

Прессование металла   — это вытеснение с помощью пуансона  металла исходной заготовки (чаще всего цилиндрической формы), помещенной в контейнер, через отверстие матрицы.

Этот способ пластической обработки находит широкое применение при деформировании как в горячем, так и в холодном состоянии металлов, имеющих не только высокую податливость, но и обладающих значительной природной жесткостью, а также в одинаковой мере применим для обработки металлических порошков и неметаллических материалов (пластмасс и др.).

Прессованием изготовляют  прутки диаметром З...250 мм, трубы  диаметром 20...400 мм при толщине стенки 1,5...12 мм, полые профили с несколькими каналами сложного сечения, с наружными и внутренними ребрами, разнообразные профили с постоянным и изменяющимся (плавно или ступенчато) сечением по длине. Профили для изготовления деталей машин, несущих конструкций и других изделий, получаемые прессованием, часто оказываются более экономичными, чем изготовляемые прокаткой, штамповкой или отливкой с последующей механической обработкой. Кроме того, прессованием получают изделия весьма сложной конфигурации, что исключается при других способах пластической обработки.

К основным преимуществам  прессования металла относятся: возможность успешной пластической обработки с высокими вытяжками,  в том числе малопластичных металлов и сплавов; возможность получения практически любого поперечного сечения изделия, что при обработке металла другими способами не всегда удается; получение широкого сортамента изделий на одном и том же прессовом оборудовании с заменой только матрицы; производство изделий с высокими качеством поверхности и точностью размеров поперечного сечения, что во многих случаях превышает принятую точность при пластической обработке металла другими способами (например, при прокатке). К недостаткам получения изделий прессованием следует отнести:

повышенный расход металла  на единицу, изделия из-за существенных потерь в виде пресс-остатка; появление в некоторых случаях заметной неравномерности механических и других свойств по длине и поперечному сечению изделия; сравнительно высокую стоимость прессового инструмента.