Краткая характеристика наиболее распространеннее методов изготовления (обработки) изделий

Изделия из металлов. Обычно методом литья или проката изготавливается заготовка, которая затем обрабатывается давлением или резанием.

Обработка металлов давлением в основном сводится к прокату, волочению и штампованию.

Прокат - пропускание заготовки между вращающимися валками прокатных станов. Металл, проходя между вращающимися валками, под давлением изменяет форму и размеры.

Профиль проката - это поперечное сечение прокатанного металла.

К станам для производства готового проката относят сортовые, листовые, трубные и специальные.

Инструментом для прокатки являются валки. Валки состоят из рабочей части-бочки, шеек и трефы. В зависимости от прокатываемого профиля, бочки валков могут быть гладкими (для изготовления листов, лент), ступенчатыми (для прокатки полос и ручьевыми (для получения сортового проката). Ручьем называют вырез на боковой поверхности бочки валка.

Каждая пара профильных валков образует систему калибров. Калибр - это просвет, образованный двумя ручьями совмещенной пары валков. Порядок последовательного расположения калибров на валках называют калибровкой валков. В валки металл втягивается силами трения, которые создаются на поверхности соприкосновения металла с валками при его обжатии по высоте. Деформация металла при прохождении между валками неравномерна и зависит от степени обжатия (разницы между толщиной полосы и зазором между валками). Зазор между валками устанавливается по сечению заготовки, а необходимое обжатие задается постепенно поджатием валка штурвалом или автоматически. Если участок должен быть расширен, то задается большее обжатие, если удлинен - меньшее. Прокатка прутковой заготовки в проволоку в профильных валах квадратного калибра производится вращением прутка после каждого прохода на 90° вокруг продольной оси. Стороны заготовки таким образом попеременно попадают под вертикальное обжатие валками.

Прокаткой изготавливают листы, прутки, трубы, проволоку - катанку.

После прокатки изделия (заготовки) режутся на мерные куски.

Волочение - протягивание заготовки (прутка, проволоки-катанки и других профилей) через сужающееся отверстие инструмента (волоки). Площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения канала волоки.

Существуют два способа волочения: однократное волочение и многократное в несколько переходов. При однократном волочении проволока за одну операцию изменяет свое сечение до заданного. При многократном волочении проволока последовательно проходит через несколько волок, изменяя свое сечение много раз, уменьшаясь до заданного.

Волочение осуществляется на волочильных машинах однократного волочения (обработка заготовки одной волокон) и на волочильных машинах многократного волочения (обработка заготовки несколькими волоками).

На формирование поверхности изготавливаемого изделия влияют форма и размеры канала волоки, рельеф и состояние его поверхности, состояние поверхности и структура заготовки. На процессы следообразования и отображения влияют также величина усилия волочения, направление и скорость волочения и др.

Рабочим органом (инструментом, деталью) волочильной машины является волока. Волоки изготавливаются из твердых сплавов (диаметр 0,1 - 12,5мм) и из природных технических или синтетических алмазов (диаметр -0,02-2,0 мм).

Стойкость волоки характеризуется количеством протянутой через нее проволоки до первой переполировки. Количество проволоки может выражаться массой проволоки (кг) или ее длиной (км).

Твердосплавные волоки для волочения стальной проволоки обычно в конце смены сдаются в фильерочную мастерскую завода для перешлифовки, так как уже в течение смены изменяется размер холоднотянутой стальной проволоки. Стойкость алмазной волоки намного выше. Например, срок службы алмазной волоки с диметром канала 1,45-2,00 мм до первой переполировки составляет около 1 года.

Штамповка - обработка металлов давлением, при которой форма изделий определяется формой инструментов штампов.

Различают штамповку горячую и холодную. Холодная штамповка подразделяется на листовую (обрабатывается лист, полоса, лента) и объемную (обрабатываются прутки, другие объемные заготовки).

Листовой штамповкой изготавливают посуду, ножи и столовые приборы, косячки для обуви, детали замков и инструментов, часов, велосипедов, бытовых машин и др.

Штамп - рабочий орган (инструмент) пресса для изготовления изделий штамповкой.

Все штампы состоят из двух частей: нижней и верхней. Нижняя часть штампа крепится на неподвижной части пресса (столе), а верхняя - связывается с подвижной частью пресса - ползуном. Формообразование заготовки происходит при смыкании обеих частей штампа под действием пресса.

Операции, выполняемые штампами, это обычно гибка, вырубка, вытяжка. Вырубку производят вырубными штампами, вытяжку - вытяжными, гибку - гибочными. Различие этих штампов заключается в конструкции оформляющих поверхностей - пуансона и матрицы.

Пуансон - часть штампа, оказывающая непосредственное давление на заготовку. Матрица - часть штампа с углублением или сквозным отверстием, на которую помещается заготовка.

Рабочая часть пуансона вырубного штампа соответствует форме контура вырубки, а матрица - имеет отверстие формы вырубки. Заготовкой для вырубки являются обычно полосы (ленты) металла.

Рабочая часть пуансона гибочных штампов имеет направленную выпуклость заданной формы, а матрицы - параллельную пуансону кривизну поверхности.

Одним из способов обработки давлением является обработка на давильных станках, заключающаяся в формовке полых изделий из листового металла путем прижима к вращающемуся патрону, имеющему внутреннее очертания изделия, стальным стержнем - давильником. Так изготавливаются тарелки, кастрюли, кружки, миски и др. Поверхность таких изделий формируется: внешняя - внутренней поверхностью патрона, а внутренняя сторона изделия - внешней стороной стержня – давильника.[7]

Обработка металлов резанием. В процессе резания и инструменту, и детали сообщают движения с определенной скоростью и направлением. Это движение резания, при котором срезаемый слой должен представлять собой струйку, и движение подачи, необходимое для того, чтобы процесс обработки совершался непрерывно, либо повторялся периодически.

В зависимости от характера движений инструмента и обрабатываемой заготовки, различают следующие основные процессы обработки металлов резанием:

Точение - характеризуется двумя движениями: вращательным движением заготовки (главное движение резания) и поступательным движением режущего инструмента (резца, движение подачи). Движение подачи может осуществляться параллельно оси вращения заготовки (продольная подача); перпендикулярно оси вращения заготовки (поперечная подача); под углом к оси вращения заготовки (наклонная подача).

На токарных станках производится обтачивание и растачивание цилиндрических, конических и фасонных поверхностей; обтачивание и подрезание торцевых поверхностей; протачивание канавок; резка заготовки на части или отрезка готовой детали от заготовки (например, пруткового проката).

Для каждого вида токарной работы предназначен определенный резец (проходной) - для обтачивания наружной поверхности; расточный проходной (упорный) - для растачивания сквозных и глухих отверстий; отрезной; резьбовой - для нарезания резьбы; фасонный - для обработки фасонных поверхностей и др. По характеру обработки резцы делят на черновые, получистовые и чистовые. По направлению движения подачи - на правые и левые (правые работают с подачей справа налево, левые - слева направо). По конструкции: целые; с приваренной (припаянной) пластиной режущего материала; со сменными пластинами.

На токарных станках имеются приспособления для закрепления заготовки (широко применяются трех кулачковые само центрирующие патроны и др.).

Фрезерование - обработка поверхности заготовки многолезвийным режущим инструментом (фрезой): производится при вращении инструмента и поступательном движении заготовки, закрепленной на столе станка. На фрезерных станках обрабатывают горизонтальные, вертикальные и наклонные плоскости, фасонные поверхности, уступы, пазы различного профиля. Особенность процесса фрезерования - прерывистость резания каждым зубом фрезы. Строгание - применяется для получения плоских поверхностей, канавок и пазов. Различают поперечное и продольное строгание. При поперечном строгании деталь закреплена неподвижно, инструмент совершает возвратно-поступательное движение, резание происходит при ходе инструмента по всей длине обрабатываемой поверхности. При продольном строгании инструмент закреплен неподвижно, а резание производится за счет возвратно-поступательного движения заготовки.

Сверление - распространенный метод получения отверстий в сплошном материале. Получают сквозные и несквозные (глухие) отверстия. Обрабатывают предварительно полученные отверстия в целях увеличения их размеров, повышения точности и снижения шероховатости поверхности.

Осуществляется при сочетании вращательного движения инструмента вокруг оси - главного движения резания и поступательного его движении вдоль оси-движения подачи. Оба движения на сверлильном станке сообщают инструменту.

Отверстия на сверлильных станках обрабатывают сверлами, зенкерами, развертками и метчиками. Наиболее распространенный для сверления и рассверливания инструмент - спиральное сверло.

Особенностью процесса сверления является изменение скорости главного движения резания вдоль режущей кромки от максимального значения на периферии сверла до нулевого значения у его центра.

Шлифование - процесс чистовой (отделочной) обработки заготовки (изделия) с высокой точностью с помощью инструментов (кругов), состоящих из абразивных материалов. По существу это процесс суммарного микро царапания и истирания обрабатываемого материала абразивными зернами, имеющими различную и неопределенную геометрическую форму.

Обработка резанием применяется при изготовлении деталей различных механизмов, автомобилей, бытовой техники и инструмента. Используется также для повышения точности размеров, чистоты обрабатываемой поверхности и для придания соответствующего внешнего вида пластмассовым, стеклянным, резиновым и керамическим изделиям (для проточки канавок и сверления отверстий, снятия заусенцев, пленок, фасок, литников, заточки дна, притирки пробок). Последние операции часто производятся на ручных пневматических машинах.

С помощью полирования можно получить поверхности с зеркальным блеском и высокой чистотой. Механическое полирование производится с помощью абразивного материала с повышенной мелкой дисперсностью, нанесенным в виде эмульсии или пасты на матерчатые и войлочные круги. ^[8]

Изделия из пластмассы. Пластическими массами (пластмассами) называют материалы, основу которых составляют природные или синтетические высокомолекулярные соединения. Соединения, большие молекулы которых состоят из одинаковых структурных звеньев, называют полимерами.

Пластмассы подразделяются на простые и композиционные. Простые (полиэтилен, полистирол) состоят из одного компонента - синтетической смолы. Композиционные (фенопласты, аминопласты) - из нескольких составляющих.

По технологическим свойствам они являются термопластичными (способны к переформированию многократно) и термореактивными (теряющими способность переходить в вязко текучее состояние под воздействием высоких температур).

В зависимости от физического состояния, технологических свойств, все способы переработки пластмасс подразделяются на переработку: в вязко текучем состоянии (прессование, литье под давлением, выдавливание); в высоко эластичном состоянии (штамповка); в твердом состоянии (разделительная штамповка и резание).

Прессование (прямое и литьевое) осуществляется в пресс-формах. При прямом прессовании в полость матрицы пресс-формы загружают таблетизированный или порошкообразный материал.

При замыкании пресс-формы пуансон создает давление на прессуемый материал. В результате этого давления и разогрева пресс-формы материал размягчается и заполняет формообразующую полость пресс-формы. При литьевом прессовании прессуемый материал загружают не в пресс-форму, а в специальную загрузочную камеру, где разогревается до вязко текучего состояния и под давлением выжимается в полость пресс-формы. После охлаждения пресс-форма раскрывается и с помощью выталкивателя извлекается из нее.

Литье под давлением - перерабатываемый материал из загрузочного бункера подается дозатором в рабочий цилиндр с электронагревателем. При движении поршня определенная доза материала поступает в зону обогрева, а уже расплавленный материал через сопло и литниковый канал - в полость пресс-формы, где формируется изготавливаемое изделие.

Экструдирование (экструзия, шприцевание) - метод переработки термопластичных полимеров выдавливанием размягченного материала через формующее отверстие (профильную головку червячной машины или профилирующее отверстие (мундштук) шприц-пресса).

Образуются изделия в виде полотна, стержня, трубы, шланга, любого другого профильного изделия значительной протяженности.

Метод экструзии используется также для наложения покрытия на провод, бумагу и другую подложку.

Осуществляется на специальных червячных машинах автоматах (экструдерах). Перерабатываемый материал в виде порошка или гранул из бункера попадает в рабочий цилиндр, где захватывается вращающимся червяком. Червяк продвигает материал, перемешивает и уплотняет его. При разогреве цилиндра материал переходит в вязко текучее состояние и непрерывно выдавливается через калиброванное отверстие головок и рабочей части экструдера.

Форма и диаметр поперечного сечения изготавливаемых изделий определяется формой и диаметром поперечного сечения профильной головки.

При изготовлении пленок из термопластов (полиэтилена, полипропилена) применяется метод раздува. Расплавленный материал продавливают через кольцевую щель насадной головки и получают заготовку в виде трубы, которую сжатым воздухом раздувают до требуемого диаметра. После охлаждения пленку подают на намоточное приспособление и сматывают в рулон.

При производстве листовых изделий используют щелевые головки шириной до 1600 мм. Выходящее из щелевого отверстия полотно проходит через валки гладильного и тянущего устройства, где охлаждается и затем сматывается в рулоны или разрезается на листы определенных размеров с помощью специальных ножниц. Рабочий инструмент экструдера - профильная головка. Имеет условные обозначения. Например, " ГПК - 300" означает: Головка пленочная кольцевая. На рабочей поверхности отечественных головок в процессе экструдирования образуется нагар. Профилактика осуществляется по мере изменения качества пленки в сторону ухудшения. Обычно, отечественное оборудование - еженедельно, импортное - каждые 3-4 месяца.

Каландрование - формование листа или пленки путем непрерывного продавливания термопластичного материала через зазор между параллельными валками, вращающимися навстречу друг другу.

Осуществляется на специальных машинах - каландрах, которые являются частью каландровых линий, включающих еще и вспомогательное оборудование (питающая машина, охлаждающие барабаны, устройства для измерения толщины изделия и обрезания кромок и др.). Основными конструктивными признаками каландров являются: число валков, их взаимное расположение и размеры, поскольку рабочей частью каландра являются именно валки (полые цилиндры).

Формование на каландре протекает в переходной области между высокоэластическим состоянием и вязким течением полимера. Обычно каландрированием изготавливают изделия из поливинилхлорида, а также сырые резиновые смеси.

При вальцевании материал многократно пропускают через зазор между двумя валками, вращающимися навстречу друг другу с различной скоростью. Зазор между валками изменяется в пределах 1,0-0,5 мм в зависимости от характера материала.

Особенностью каландрования является формование пленки в зазоре, тогда как прохождение по свободной поверхности валков связано с протеканием релаксационных (охлаждающих) процессов. Расположение валков каландра влияет на точность формования и качество готовой пленки.

Основными параметрами процесса являются температура валков, скорость их вращения, величина зазора. Изменяя зазор, можно регулировать толщину выпускаемого изделия. Для ограничения растекания расплава вдоль валков и регулирования таким образом ширины выпускаемого изделия имеются ограничительные стрелы, которые можно установить на любую необходимую ширину. ^[9]

Изделия из резиновой смеси. Технологический процесс состоит из отдельных последовательных операций: приготовления резиновой смеси, формования и вулканизации.

Основными методами обработки резины являются: прессование, литье под давлением, непрерывное выдавливание (экструзия), каландрование (или каландрирование) и вулканизация. Процессы формообразования резины подобны описанным выше процессам формообразования пластмассы.

Непрерывное выдавливание (экструзию) обычно применяют для изготовления трубок или труб, резиновых уплотнителей для транспортных средств (профилей для остекления). Таким способом покрывают резиной металлическую проволоку.

Каландрование применяют для изготовления резиновых листов (ковриков), заготовок подошв обуви и др.; прорезиненных лент; для соединения листов резины и прорезиненных лент (дублирование); профилирования и тиснения листов резиновой смеси.

Вулканизация является завершающей операцией при изготовлении резиновых изделий (резиновая смесь в результате образования вулканизационной сетки превращается в резину). Ее проводят в специальных камерах - вулканизаторах при температуре 120-150C^О в атмосфере насыщенного водяного пара при небольших давлениях.

Производительность современных каландровых линий - около 80 и более метров готового материала в одну минуту. ^[10]

«Каландры имеют обозначения, отражающие их основные параметры. Например, "3 - 710 - 1800 П" означает: трех валковый каландр с диаметром валков 710 мм., длиной рабочей части -1800 мм. Буква "П" или "Л" указывает на правое или левое относительно рабочего места расположение привода. Допускается выпуск 3,4,5-валковых каландров с длиной рабочей части от 320 мм. до 2800 мм. и различным их расположением» . ^[11]

Изделия из стекла. Изготавливаются в основном формованием стекломассы в виде прессования, прессовыдувания (выдувания в чугунных и стальных пресс - формах). Для выработки изделий серийного и массового производства используются автоматы и полуавтоматы.

Прессованием изготавливают чайную посуду (стаканы, блюдца), различную тару (бутылки, пивные кружки, баночки для икры, крема), солонки, салатницы, пепельницы, фарные рассеиватели и др.

В матрицу пресс - формы подается порция стекломассы, которая под воздействием шаблона равномерно заполняет пространство между внутренней поверхностью матрицы и внешней поверхностью пуансона.

Ограничительное кольцо, которое является крышкой формы, ограничивает высоту изделия. Таким образом внешнюю поверхность изделия оформляют матрица и ограничительное кольцо, а внутреннюю - пуансон.

Обработка изделий сводится к обработке краев, притирке пробок, точке дна, механическому полированию и декорированию изделий шлифовкой на шлифовальных станках, а также алмазным гранением от руки. ^[12]