Міністерство освіти Республіки Білорусь
Установа освіти
"Гродненський державний університет імені Янки Купали"
Факультет будівництва і транспорту
Контрольна робота
з дисципліни: Технологія матеріалів
Спеціальність: 1 -370106 Технічна експлуатація автомобілів
Перевірив: викладач кафедри МІРТ
Воронцов Олександр Сергійович
Гродно 2009
ВСТУП
Використання металів людиною почалося в далекій давнині (понад п'ять тисячоліть до н.е.). Спочатку знаходили застосування кольорові метали (мідь, сплави міді, золото, срібло, олово, свинець і ін), пізніше почали застосовувати чорні - залізо і сплави на його основі.
Тривалий час виробництво металів мало примітивний характер і за обсягом було досить незначним. Проте в кінці XIX ст. світова виплавка сталі різко зросла з 0,5 млн. т в 1870 р. до 28 млн. т в 1900 р. Ще в більшому обсязі зростає металургійна промисловість в XX столітті.
Здатність металів приймати значну пластичну деформацію в гарячому і холодному стані широко використовується в техніці. При цьому зміна форми тіла здійснюється переважно за допомогою давить на метал інструменту. Тому отримане виріб таким способом називають обробкою металів тиском або пластичної обробкою.
Обробка металів тиском являє собою важливий технологічний процес металургійного виробництва. При цьому забезпечується не тільки надання зливка або заготівлі необхідної форми і розмірів, але разом з іншими видами обробки істотно поліпшуються механічні та інші властивості металів.
В даний час виробництво гумових виробів має тенденцію до збільшення.
Гумою називається продукт спеціальної обробки (вулканізації) суміші каучуку і сірки з різними добавками.
Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які притаманні каучуку - головному вихідного компоненту гуми. Вона здатна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які майже повністю оборотні. При нормальній температурі гума знаходиться у високоеластичному стані і її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.
Завдяки високій еластичності і пружності, здатності поглинати вібрації та ударні навантаження, хорошою механічної міцності та опору стиранню, електроізоляційним та інших властивостей гума є незамінним матеріалом для ряду автомобільних деталей.
Гуму використовують для виготовлення опор двигуна; шлангів систем охолодження, харчуванні, мастила, опалення та вентиляції; ременів приводу вентилятора, генератора, компресора і водяного насоса; ущільнювачів кузова і кабіни втулок ресор та інших деталей підвіски; манжет, шлангів, чохлів, діафрагм гальмівний системи; деталей амортизаторів, шумоизолирующих елементів передньої і задньої підвісок; колісних грязьових щитків, килимків для підлоги кабіни і кузова та ін
1. Обробка металів тиском. Прокатка: Поздовжня, поперечна, поперечно-гвинтова. Технологічні операції при прокатці
1.1 Технологія обробки тиском. Загальні відомості
Обробкою тиском називаються процеси одержання заготовок або деталей машин силовим впливом інструменту на вихідну заготовку з вихідного матеріалу.
Пластичне деформування при обробці тиском, що складається в перетворенні заготовки простої форми в деталь більш складної форми того ж обсягу, відноситься до маловідходної технології.
Обробкою тиском отримують не тільки задану форму і розміри, але і забезпечують необхідну якість металу, надійність роботи виробу. Висока продуктивність обробки тиском, низька собівартість і висока якість продукції сприяли широкому застосуванню цих процесів.
Класифікація процесів обробки тиском
Пластичне деформування в обробці металів тиском здійснюється при різних схемах напруженого і деформованого станів, при цьому вихідна заготовка може бути об'ємним тілом, прутком, листом.
За призначенням процеси обробки металів тиском групують таким чином:
- Для отримання виробів постійного поперечного перерізу по довжині (прутків, дроту, стрічок, листів), що застосовуються у будівельних конструкціях або в якості заготовок для подальшого виготовлення деталей - прокатка, волочіння, пресування;
- Для отримання деталей або заготовок, що мають форми і розміри, наближені до розмірів і форм готових деталей, що потребують механічної обробки для надання їм остаточних розмірів і заданої якості поверхні - кування, штампування.
Основними схем деформування об'ємної заготовки є:
- Стиснення між площинами інструменту - кування;
- Ротаційне обтиснення обертовими валками - прокатка;
- Затікання металу в порожнину інструменту - штампування;
- Видавлювання металу з порожнини інструменту - пресування;
- Витягування металу з порожнини інструменту - волочіння.
Характер пластичної деформації залежить від співвідношення процесів зміцнення і знеміцнення.
Гаряча деформація - деформація, після якої метал не отримує зміцнення. Рекристалізація встигає пройти повністю, нові равноосная зерна повністю замінюють деформовані зерна, спотворення кристалічної решітки відсутні. Деформація має місце при температурах вище температури початку рекристалізації.
Неповна гаряча деформація характеризується незавершеністю процесу рекристалізації, яка не встигає закінчитися, тому що швидкість її недостатня порівняно з швидкістю деформації. Частина зерен залишається деформованими і метал зміцнюється. Виникають значні залишкові напруги, які можуть призвести до руйнування. Така деформація найбільш вірогідна при температурі, незначно перевищує температуру початку рекристалізації. Її слід уникати при обробці тиском.
При неповній холодної деформації рекристалізація не відбувається, але протікають процеси повернення. Температура деформації трохи вище температури повернення, а швидкість деформації менше швидкості повернення. Залишкові напруги в значній мірі знімаються, інтенсивність зміцнення знижується.
При холодній деформації разупрочняется процеси не відбуваються. Температура холодної деформації нижче температури початку повернення.
Холодна і гаряча деформації не пов'язані з деформацією, з нагріванням або без нагріву, а залежать тільки від протікання процесів зміцнення і знеміцнення. Тому, наприклад, деформація свинцю, олова, кадмію та деяких інших металів при кімнатній температурі є з цієї точки зору гарячої деформацією.
Схеми напруженого і деформованого станів
Схеми напруженого стану графічно відображають наявність і напрямок головних напружень в розглянутій точці тіла.
Напруження в точці зображуються як напруги на трьох нескінченно малих гранях куба, відповідно перпендикулярних головним осях.
Можливі дев'ять схем напруженого стану (рис. 1.а). Напружений стан в точці може бути лінійним, плоским або об'ємним.
Схеми з напругами одного знака називають однойменними, а з напругами різних знаків - різнойменними. Умовно розтягують напруги вважають позитивними, з стискаючі - негативними.
Схема напруженого стану впливає на пластичність металу. На значення головних напружень істотно впливають сили тертя, що виникають у місці контакту заготовки з інструментом, і форма інструменту. В умовах всебічного нерівномірного стиснення при пресуванні, куванню, штампуванню стискаючі напруги перешкоджають порушенню межкристаллических зв'язків, сприяють розвитку внутрікристалічних зрушень, що сприятливо позначається на процесах обробки металів тиском.
Рис. 1 - Схеми напруженого (а) і деформованого (б) станів: I - лінійне напружений стан; II - плоске; III - об'ємне
У реальних процесах обробки тиском в більшості випадків зустрічаються схеми всебічного стиснення і стану з одним растягивающим і двома стискаючими напругами.
Схема деформованого стану графічно відображає наявність і напрямок деформації за трьома взаємно перпендикулярним напрямам.
Можливі три схеми деформованого стану (рис. 1.б).
При схемі Д I зменшуються розміри тіла по висоті, за рахунок цього збільшуються два інших розміру (осаду, прокатка).
При схемі Д II відбувається зменшення одного розміру, частіше висоти, інший розмір (довжина) збільшується, а третій (ширина) не змінюється. Наприклад, прокатка широкого аркуша, коли його ширина в процесі прокатки практично не змінюється. Це схема плоскої деформації.
Найбільш раціональною з точки зору продуктивності процесу обробки тиском є схема Д III: розміри тіла зменшуються за двома напрямками, і збільшується третій розмір (пресування, волочіння).
Сукупність схем головних напружень і головних деформацій характеризують пластичність металу. Напружений стан при пресуванні металу характеризується такою ж схемою напруженого стану, як при куванні, а схема головних деформацій характеризується двома деформаціями стиснення і одній - розтягування. При куванні і штампуванні розтягують напруги відіграють велику роль, тому пластичність металу менше.
1.2 Прокатка. Поздовжня, поперечна, поперечно-гвинтова
Прокатка - це спосіб обробки пластичним деформуванням - найбільш поширений. Прокатці піддають до 90% всієї виплавленої сталі і більшу частину кольорових металів. Спосіб зародився у XVIII столітті і, зазнавши значний розвиток, досяг високої досконалості.
Сутність процесу: заготівля обжимається (здавлюється), проходячи в зазор між обертовими валками, при цьому, вона зменшується в своєму поперечному перерізі і збільшується в довжину. Форма поперечного перерізу називається профілем.
Процес прокатки забезпечується силами тертя між обертовим інструментом і заготівлею, завдяки яким заготівля переміщається в зазорі між валками, одночасно деформуючись. У момент захоплення металу з боку кожного валка діють на метал дві сили: нормальна сила і дотична сила тертя
(Рис. 2).
Рис. 2 - Схема сил, що діють при прокатці
Кут - Кут захоплення, дуга, по якій валок стикається з прокочуються металом - дуга захоплення, а обсяг металу між дугами захоплення - вогнище деформації.
Можливість здійснення прокатки визначається умовою захоплення металу валками або співвідношенням ,
де: - Втягує сила - проекція сили тертя
на горизонтальну вісь;
- Виштовхує сила - проекція нормальної реакції валків
на горизонтальну вісь.
При цьому умови результуюча сила буде направлена у бік руху металу.
Умова захоплення металу можна висловити:
Висловивши силу тертя через нормальну силу
і коефіцієнт тертя
:
, І, підставивши цей вираз в умова захоплення, отримаємо:
або
.
Таким чином, для захоплення металу валками необхідно, щоб коефіцієнт тертя між валками і заготівлею був більше тангенса кута захвату.
Коефіцієнт тертя можна збільшити застосуванням насічки на валках.
При прокатці стали = 20 ... 25 0, при гарячій прокатці листів і смуг з кольорових металів -
= 12 ... 15 0, при холодній прокатці листів -
= 2 ... 10 0.
Ступінь деформації характеризується показниками:
- Абсолютне обтиснення: (
- Початкова та кінцева висоти заготовки);
відносне обтиснення:
Площа поперечного перерізу заготовки завжди зменшується. Тому для визначення деформації (особливо коли обтиснення по перетину різному) використовують показник, званий витяжкою (коефіцієнтом витяжки).
де: - Початкові довжина і площа поперечного перерізу,
- Ті ж величини після прокатки.
Витяжка зазвичай становить 1,1 ... 1,6 за прохід, але може бути і більше.
Способи прокатки
Коли потрібна висока міцність і пластичність, застосовують заготовки з сортового або спеціального прокату. У процесі прокатки литі заготовки піддають багаторазового стисненні в валках прокатних станів, в результаті чого підвищується щільність матеріалу за рахунок заліковування ливарних дефектів, пористості, мікротріщин. Це надає заготівлях із прокату високу міцність і герметичність при невеликій їх товщині.
Існують три основні способи прокатки, що мають певну відмінність за характером виконання деформації: поздовжня, поперечна, поперечно - гвинтова (рис.3).
Рис. 3 - Схеми основних видів прокатки: а - поздовжня; б - поперечна; в - поперечно - гвинтова
При поздовжній прокатці деформація здійснюється між обертаються в різні боки валками (рис.3 а). Заготівля втягується в зазор між валками за рахунок сил тертя. Цим способом виготовляється близько 90% прокату: весь листовий та профільний прокат.
Поперечна прокатка (рис. 3.б). Осі прокатних валків і оброблюваного тіла паралельні або перетинаються під невеликим кутом. Обидва валка обертаються в одному напрямку, а заготівля круглого перерізу - у протилежному.
У процесі поперечної прокатки оброблюваний тіло утримується у валках за допомогою спеціального пристосування. Обтиснення заготовки по діаметру і надання їй необхідної форми перерізу забезпечується профілюванням валків і зміною відстані між ними. Даним способом виробляють спеціальні періодичні профілі, вироби представляють тіла обертання - кулі, осі, шестерні.
Поперечно - гвинтова прокатка (рис. 3.у). Валки, що обертаються в одну сторону, встановлені під кутом один одному. Прокочуються метал отримує ще і поступальний рух. У результаті складання цих рухів кожна точка заготівлі рухається по гвинтовій лінії. Застосовується для отримання порожнистих трубних заготовок.
Як інструмент для прокатки застосовують валки прокатні, конструкція яких представлена на рис. 4. У залежності від прокатуваного профілю валки можуть бути гладкими (ріс.4.а), що застосовуються для прокатки листів, стрічок і т.п. і каліброваними (струмків) (рис. 4.б) для отримання сортового прокату.
Струмок - профіль на бічній поверхні валка. Проміжки між струмками називаються буртами. Сукупність двох струмків утворює порожнину, яка називається калібром, кожна пара валків утворює кілька калібрів. Система послідовно розташованих калібрів, що забезпечує отримання необхідного профілю заданих розмірів називається калібруванням.
Рис. 4 - Прокатні валки: а - гладкий; б - калібрований
Валки складаються з робочої частини - бочки 1, шийок 2 і трефи 3.
Шийки валків обертаються в підшипниках, які, в одного з валків, можуть переміщатися спеціальним натискним механізмом для зміни відстані між валками і регулювання взаємного розташування осей.
Трефа призначена для з'єднання валка з муфтою або шпинделем.
Використовуються роликові підшипники з низьким коефіцієнтом тертя, = 0,003 ... 0,005, що забезпечує великий термін служби.
1.3 Технологічні операції при прокатці
Вихідним продуктом для прокатки можуть служити квадратні, прямокутні або багатогранні злитки, пресовані плити або ковані заготовки.
Процес прокатки здійснюється як в холодному, так і гарячому стані. Починається в гарячому стані і проводиться до певної товщини заготовки. Тонкостінні вироби в остаточній формі отримують, як правило, в холодному вигляді (з зменшенням перетини збільшується тепловіддача, тому гаряча обробка утруднена).
Основними технологічними операціями прокатного виробництва є підготовка вихідного металу, нагрівання, прокатка і обробка прокату.
Підготовка вихідних металів включає видалення різних поверхневих дефектів (тріщин, подряпин, заходів), що збільшує вихід готового прокату.
Нагрівання зливків і заготовок забезпечує високу пластичність, висока якість готового прокату та отримання необхідної структури. Необхідно суворе дотримання режимів нагріву.
Основна вимога при нагріванні: рівномірний прогрів злитку або заготовки по перерізу і довжині до відповідної температури за мінімальний час з найменшою втратою металу в окалину і економним витратою палива.
Температури початку і кінця гарячої деформації визначаються залежно від температур плавлення і рекристалізації. Прокатка більшості марок вуглецевої сталі починається при температурі 1200 ... 1 150 0 С, а закінчується при температурі 950 ... 900 0 С.
Істотне значення має режим охолодження. Швидке і нерівномірне охолодження приводить до утворення тріщин і викривлення.
При прокатці контролюється температура початку і кінця процесу, режим обтиснення, настройка валків в результаті спостереження за розмірами і формою прокату. Для контролю стану поверхні прокату регулярно відбирають проби.
Оздоблення прокату включає різання на мірні довжини, правку, видалення поверхневих дефектів і т.п. Готовий прокат піддають кінцевому контролю.
Процес прокатки здійснюють на спеціальних прокатних станах.
Прокатний стан - комплекс машин для деформування металу в обертових валках і виконання допоміжних операцій (транспортування, нагрівання, термічна обробка, контроль і т.д.).
Обладнання для деформування металу називається основним і розташовується на головній лінії прокатного стану (лінії робочих клітей).
Головна лінія прокатного стану складається з робочої кліті та лінії приводу, що включає двигун, редуктор, шестеренних кліть, муфти, шпинделі. Схема головної лінії прокатного стану представлена на рис. 5.
Рис. 5 - Схема головної лінії прокатного стану: 1 - прокатні валки; 2 - плита; 3 - трефовий шпиндель, 4 - універсальний шпиндель, 5 - робоча кліть; 6 - шестеренних клітей; 7 - муфта, 8 - редуктор; 9 - двигун
Прокатні валки 1 встановлені в робочій кліті 5, яка сприймає тиск прокатки. Визначальною характеристикою робочої кліті є розміри прокатних валків: діаметр (для сортового прокату) або довжина (для листового прокату) бочки. У залежності від кількості і розташування валків у робочої кліті розрізняють прокатні стани: двухвалковие (дуо-стан), тривалкові (тріо-стан), четирехвалковие (кварто-стан) і універсальні (рис. 5).
У двухвалкових клітях (ріс.6.а) здійснюється тільки по одному пропуску металу в одному напрямку. Метал в тривалкових клітях (рис. 6.Б) рухається в одну сторону між нижньою і верхньою, а у зворотний - між середнім і верхнім валками.
У четирехвалкових клітях (рис. 6.В) встановлюються опорні валки, які дозволяють застосовувати робочі валки малого діаметра, завдяки чому збільшується витяжка і знижуються деформуючі зусилля.
Універсальні кліті (ріс.6.г) мають неприводні вертикальні валки, які знаходяться між опорами підшипників горизонтальних валків і в одній площині з ними.
Шестеренних клітей 6 призначена для розподілу крутного моменту двигуна між валками. Це одноступінчатий редуктор, передавальне відношення якого дорівнює одиниці, а роль шестерень виконують шестеренні валки.
Шпинделі призначені для передачі обертального моменту від шестеренної кліті прокатним валянням при відхиленні від співвісності до 10 ... 12 0. При незначному переміщенні у вертикальній площині застосовують шпинделі трефового типу 3 в комплекті з трефової муфтою. Внутрішні обриси трефові муфт відповідають формі перерізу хвостовика валка або шпинделя. Муфтою передбачений зазор 5 ... 8 мм, що допускає можливість роботи з перекосом 1 ... 2 0. При значних переміщеннях валків у вертикальній площині вісь шпинделя може становити значний кут з горизонтальною площиною, в цьому випадку застосовують шарнірні або універсальні шпинделі 4, які можуть передавати крутний момент прокатним валянням при перекосі шпинделя до 10 ... 12 0.
Рис. 6 - Робочі кліті прокатних станів
В якості двигуна прокатного стану 9 застосовують двигуни постійного і змінного струму, тип і потужність залежать від продуктивності стану.
Редуктор 8 використовується для зміни чисел оборотів при передачі руху від двигуна до валянням. Зубчасті колеса - зазвичай шевронні з нахилом спіралі 30 0.
За призначенням прокатні стани підрозділяють на стани для виробництва напівпродукту і стани для випуску готового прокату.
Нагрівання металу здійснюють у полум'яних і електричних печах. За розподілом температури печі можуть бути камерні та методичні. У камерних печах періодичної нагріву температура однакова по всьому робочому простору. У методичних печах температура робочого простору постійно підвищується від місця завантаження заготовок до місця їх вивантаження. Метал нагрівається поступово, методично. Печі характеризуються високою продуктивністю. Застосовуються в прокатних і ковальсько-штампувальних цехах для нагрівання злитків з кольорових металів. Великі злитки перед прокаткою нагрівають в нагрівальних колодязях - різновиду камерних, полум'яних печей.
В якості транспортних пристроїв у прокатному виробництві використовують:
слітковози і різного виду візки для подачі зливків і заготовок від нагрівальних пристроїв до стану;
рольганги - основний транспортний засіб прокатних цехів (транспортери з послідовно встановленими обертовими роликами забезпечують поздовжнє переміщення металу; при косому розташуванні роликів виникає можливість поперечного руху смуги);
маніпулятори, призначені для правильної завдання смуги в калібр;
кантувателі, призначені для повороту заготівки навколо горизонтальної осі.
Правка прокату
Вироби, отримані прокаткою, часто вимагають редагування. Іноді правку виконують в гарячому стані, наприклад, при виробництві товстих листів. Але зазвичай в холодному стані, так як подальше охолодження після гарячої правки може викликати додаткове зміна форми.
Процес редагування полягає в одноразовому або багаторазовому пластичному згині викривлених ділянок смуги, кожен раз у зворотному напрямку.
Правку можна виконувати і розтягуванням смуги, якщо напруження розтягування будуть перевищувати межу текучості матеріалу.
Ролікоправільние машини з паралельно розташованими роликами призначені для правки листа і сортового прокату (рис. 7)
Рис. 7 - Схема виправлення прокату на ролікоправільних машинах з паралельно розташованими роликами
Процес редагування полягає в проходженні смуги між двома рядами послідовно розташованих роликів, встановлених в шаховому порядку таким чином, що при русі смуги, її викривлення усувається. Діаметр роликів - 25 ... 370 мм, крок - 30 ... 400 мм, кількість роликів: для тонких аркушів - 19 ... 29, для товстих - 7 ... 9.
Правильні машини з косо розташованими гіперболоідальнимі роликами призначені для правки труб та круглих прутків (рис.8).
Рис. 8 - Схема виправлення прокату на машинах з косо розташованими гіперболоідальнимі роликами
Ролики виконують у вигляді однополостного гіперболоїда і розташовують під деяким кутом один до одного. Виправляється метал, крім поступального руху, робить обертовий, що викликає багаторазові перегини смуги роликами і забезпечує осесиметричних правку.
Розтяжні правильні машини використовують для редагування тонких аркушів (менше 0,3 мм), які важко піддаються виправленню на ролікоправільних машинах.
Розрізання і заготівельна обробка прокату
Виробляється на заготівельних ділянках механічних цехів різними способами, що відрізняються продуктивністю, точністю заготівлі, стійкістю інструменту та ін
Розрізання пилами застосовується для відносно великих заготовок, в основному з кольорових металів. Заготівля характеризується високою точністю по довжині, гарною якістю зрізу, перпендикулярному до торця до осі. Основними недоліками є низька продуктивність і значні втрати металу на рез.
Застосовуються пили зубчасті й гладкі (тертя).
Розрізання на ексцентрикових прес-ножицях застосовується для сталевого прокату круглого або квадратного перетину до 300 мм. Є найбільш продуктивним і дешевим процесом обробки прокату на заготовки. Основними недоліками є косою рез і зминання решт заготовки.
Заготівлі з високовуглецевих і легованих сталей доцільно підігріти до 450 ... 650 0 С.
Застосовують ножі з плоскою ріжучої крайкою і з струмками.
Розрізання на токарних напівавтоматах відрізними різцями.
Електроіскрових і анодно-механічна різання забезпечує максимальну точність розмірів. Застосовується для особливо міцних металів.
Розрізання на пресах-хладоломах застосовується для заготовок великого перерізу. На заготівлі попередньо робиться надріз пилкою або газовим різаком.
Газополум'яна розрізання сумішшю ацітілена і кисню.
Плазмово-дугова розрізання застосовується для високолегованих тугоплавких сталей і сплавів. Уздовж електричної дуги по каналу плазмотрона пропускається газ (аргон), який стискає дугу і виходить з сопла у вигляді плазми з температурою 10000 ... 30000 0 С.
2. ТЕХНОЛОГІЯ ФОРМУВАННЯ ВИРОБІВ З ГУМИ: ОБЛАДНАННЯ, ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСУ
2.1 Загальні відомості про резинах. Класифікація та асортимент гум
Натуральний каучук - це еластичний матеріал рослинного походження, що добувається з молочного соку гевеї бразильської. Основні види каучуку це смокед-шитий, світлий міцнів і пара-каучук. Натуральний каучук рстворяется в бензині, бензолі, хлороформі, сірковуглеці. При взаємодії з киснем та іншими окислюючими реагентами - старіє. При нагріванні понад 200 о С розкладається, при температурі близько - 70 о С втрачає пластичність і стає крихким.
Велика трудомісткість одержання, відносно низькі якісні показники натурального каучуку та інші причини зумовили виробництво синтетичних каучуків.
Виробництво синтетичних каучуків складається з одержання каучукогенов (мономерів) і їх полімеризації. Як каучукогенов застосовують бутадеін, стирол, ізопрен, хлоропрен, акрилонітрил, изобутилен та ін Сировиною для їх отримання служать нафту, природний газ, вугілля і речовини, що містять крохмаль.
Основна маса каучуків переробляється в гуму. Гумою називається продукт спеціальної обробки суміші каучуку і сірки з різними добавками, що мають певне призначення. Крім основного компонента (каучуку), до складу гуми входять вулканізатори, або агенти (сірка, селен, Перкіса), прискорювачі (оксиди свинцю, магнію, полісульфіди), противостарители, мягчители або пластифікатори, наповнювачі активні (сажа, окис цинку) і неактивні ( крейда, тальк, барит, регенерат), барвники та інші складові.
Властивості гуми залежать насамперед від типу каучуку, що застосовується для її виробництва. Гума відрізняється високою еластичністю, здатністю до великих деформацій, малої стискуваністю, високою стійкістю до стирання, газ-і водонепроникністю, хімічною стійкістю, електроізоляційними властивостями, невеликою щільністю, високою теплостійкістю.
Асортимент вітчизняного синтетичного каучуку в цей час досить великий: він налічує більше 30 типів та понад 200 марок. Основними типами синтетичних каучуків є:
СКБ (бутадієновий, натрій-дівініловий або дівінільний);
СКС (бутадієн-стірольний, або дивинил-стірольний);
СКІ (ізопреновий); СКЕП (етилен-пропіленового);
СКФ (фторсодержащий);
Бутилкаучук;
Найр (хлоропреновий каучук);
СКН (бутадієн-нітрильних);
Полісульфідний (тіокол);
СКТ (теплостійкий);
СКУ (поліуретановий).
Що стосується гум, то в даний час випускаються гуми загального (на основі натурального каучуку, СКБ, СКС та СКІ) та спеціального призначення, в тому чіслемасло-бензостійкі (на основі найритом, СКН і тіоколу), термостійкі (на основі СКТ), светоозоностойкіе (на основі СКФ, СКЕП), ізнососойкіе (на основі СКН), електротехнічні (на основі СКН, найритом).
Гумові технічні вироби класифікуються за будовою, технології виготовлення, типу конструкції.
2.2 Формування виробів з гуми
Натуральний і синтетичний каучук.
Основою натурального каучуку є молочний сік (латекс) каучуконосних рослин. Латекс являє собою молочно-білу рідину зі слабким жовтим, рожевим або сіруватим відтінком.
Синтетичні каучуки (натрій-бутадієновий, бутадієн-стирольні, ізопреновий, бутадієн-нітрильних, Хлоропренові та ін) отримують методами полімеризації і поліконденсації.
Вперше технологію отримання синтетичного натрій-бутадієновий каучуку розробив радянський учений С. В. Лебедєв. Для отримання каучуку пари етилового спирту при температурі 400-500 ° у присутності каталізатора в контактній печі розкладаються з утворенням 26-28% бутадієну (дивинила) та інших продуктів - етилену, ацетилену, ізобутилену, альдегідів, вищих спиртів та інших Бутадієн відокремлюють від спирту і домішок і піддають полімеризації за допомогою металевого натрію. Отриманий в результаті полімеризації каучук обробляють у вакуум-мішалці (для видалення летких домішок і надання йому однорідності), а потім - на лістовальних або рафінуючих вальцях.
Найбільш поширеним є бутадієн-стирольний каучук, у якому близько 30% бутадієну замінено стиролом (безбарвної з гострим запахом рідиною, що кипить при температурі 143 °). Цей каучук одержують спільної полімеризацією бутадієну і стиролу, узятих у співвідношенні 7:3.
Хлоропреновий каучук одержують у результаті полімеризації хлоропрену в емульсії. Промисловістю випускається два види хлоропреновий каучуків - Наїріт і Наїріт С. Наїріт - продукт полімеризації хлоропрену; Наїріт З отримують спільної полімеризацією хлоропрену з невеликою кількістю стиролу. Стирол в Наїріт полегшує переробку каучуку.
Приготування гумових сумішей. Первинною операцією переробки натурального каучуку є вулканізація, в процесі якої утворюються поперечні хімічні зв'язки між молекулярними ланцюгами каучуку. Цей процес може відбуватися під впливом хімічної реакції, світлової та теплової енергії, радіації тощо
Вулканізація може бути гарячою і холодною і протікає з присутністю сірки як вулканізуючими речовини і прискорювачів, активаторів та ін При гарячої вулканізації гумову суміш із сіркою, окисом цинку і деякими іншими речовинами витримують певний час при температурі 130-170 °.
Холодна вулканізація протікає в розчинах полухлорістой сірки при кімнатній температурі.
Властивості гуми в значній мірі визначаються дозуванням сірки. Для отримання м'якої гуми в суміш вводять від 1,5 до 6 вагових частин сірки на 100 вагових частин каучуку. При збільшенні сірки до 30-40 вагових частин виходить жорстка гума, звана ебонітом. Для додання гумі необхідних властивостей у вихідну суміш каучуку вводять різні матеріали, звані інгредієнтами. У залежності від властивостей і призначення інгредієнти діляться на вулканізуючими, прискорювачі вулканізації, активатори прискорювачів, підсилювачі, барвники, наповнювачі, пом'якшувачі, противостарители та ін
Найбільшого поширення як вулканізуючими речовина має сірка.
Прискорювачі скорочують час вулканізації, зменшують потрібну кількість сірки, дозволяють знизити температуру процесу. При вулканізації вони взаємодіють не тільки з сіркою, а й з каучуком, що безпосередньо впливає на освіту просторових структур гуми. В якості прискорювачів застосовують окис магнію і свинцю, гідроокис кальцію, окис цинку. Для прискорення вулканізації натрій-бутадієновий каучуку застосовують їдкий натрій, вуглекислий і двовуглекислий натрій. При вулканізації ебонітових сумішей застосовують окис магнію.
Активатори скорочують час вулканізації і підвищують міцність гуми. Для органічних прискорювачів в якості активаторів застосовують цинкові білила і окис магнію. Що вживаються як активаторів оксиди металів у присутності жирних кислот (стеаринової, олеїнової тощо) забезпечують перехід прискорювачів у солеобразние стан, що сприяє кращому їх розчинення в сумішах. Це полегшує взаємодію сірки і прискорювачів.
Наповнювачі в залежності від впливу на гумову суміш розділяють на активні (підсилювачі) і неактивні. Активні наповнювачі вводять в гумову суміш як для збільшення її обсягу, так і для поліпшення властивостей гуми, неактивні - лише для збільшення обсягу. До активних наповнювачів відносять сажу (вводять 30-60%), цинкові білила (20-25%), каолін (до 50%), білу сажу (до 60%). Біла сажа (колоїдна кремнекислота) впроваджується як підсилювач в синтетичні каучуки. Каоліни підвищують маслостійкість і теплостійкість гуми, проте гума з каоліном має невисоку міцність на розрив.
Для додання гумі необхідної забарвлення в суміш вводять органічні та неорганічні барвники, що відрізняються світлостійкістю, стійкістю при вулканізації і великий фарбувальної здатністю (окис титану і хрому, цинкові білила, охра).
Для полегшення змішування каучуку з порошковими матеріалами та обробки гумової суміші в неї вводять в кількості 5 -20% мягчители (Мазут, гудрон, масла, кам'яновугільні смоли, соснову смолу, каніфоль, рослинні масла, стеаринової і олеїнової кислоти, полідіени та ін.)
Під тривалою дією кисню повітря відбувається старіння гуми, що полягає у зміні фізичних, хімічних і механічних властивостей. Для оберігання від старіння до складу гумових сумішей вводять в кількості 0,5-2% від ваги каучуку противостарители - Речовини, що вступають у хімічну взаємодію з киснем і оберігають цим гуму від старіння. Як противостарители використовують неозод Д (порошок світло-сірого або світло-коричневого кольору) і еджерайт (смола жовтого кольору з температурою плавлення 65-70 °) і ін
Для полегшення технологічних операцій у гумові суміші вводять інгредієнти спеціального призначення: прискорювачі пластикації; речовини, що запобігають передчасну вулканізацію; полегшують вулканізацію ебоніту; підвищують морозостійкість волокнисті речовини (азбест); абразивний пил, що надає гумі властивості шліфуючі матеріалів, та ін
Перед змішуванням з інгредієнтами каучук піддають пластикації, що збільшує його пластичність і м'якість. Пластикація виробляється в валкових гумозмішувача або черв'ячних пластикатор. При цьому натуральний каучук завдяки механічній дії, нагрівання (до 150-200 °) і окислення киснем повітря стає пластичним і легко змішується з сипучими матеріалами.
Змішання каучуку з інгредієнтами відбувається механічним способом на вальцях або в змішувачах. Якість суміші залежить від рівномірності розподілу інгредієнтів в каучуку та дотримання оптимальних режимів змішування. Збільшення часу змішання надає позитивний вплив на якість суміші до певної межі, перевищення якого викликає погіршення якості суміші.
2.3 Переробка гумових сумішей
У залежності від призначення гумового виробу, вимог до його властивостей і формі застосовують різні види обробки: каландрование, шприцювання, лиття під тиском та ін
Каландування називають процеси отримання гумових листів або профільних заготовок, покриття тканин шаром гуми, здвоювання листів та ін на спеціальному обладнанні - каландрах, основним робочим органом яких є валки. Залежно від призначення розрізняють лістовальние, обкладувальні, промазочние та інші каландри.
Перед обробкою гумова суміш нагрівається до температури 70-80 ° пропусканням в гарячих вальцях. Листи гуми отримують на тривалкових листовому каландрі. Гумова суміш по транспортеру подається в зазор між верхнім і середнім валками. По виході з валків формований лист прилягає до середнього валку і, таким чином, потрапляє в зазор між ним і нижнім валком. На нижньому валку встановлені ножі, що зрізують з нього смуги необхідної ширини. Швидкість гортанні гумової суміші - до 30 м / хв.
По виході з валків каландрові гума проходить охолоджувальні барабани і надходить в транспортер, де з прокладним полотном закочується в рулони.
У результаті каландрования гума отримує підвищену міцність і меншу подовження в поздовжньому напрямку в порівнянні з поперечним. Це явище називається каландровим ефектом, який пояснюється орієнтацією молекул каучуку та інгредієнтів уздовж листа при каландрование. Зниження каландрового ефекту добиваються застосуванням інгредієнтів, що мають сферичну форму, пропусканням гуми по гарячих плит, барабанів або через нагріті камери - тунелі.
Поширеною операцією в гумотехнічної виробництві є Промазка тканин гумовими сумішами на тривалкових каландрі. При промазку середній валок, на який подається тонкий шар гумової суміші, обертається з більшою швидкістю, ніж два інших. Завдяки цьому відбувається ефективне втирання гумової суміші не тільки в простір між нитками, але і проміжки між волокнами ниток, а на поверхню тканини наноситься дуже тонкий шар гуми. Після обробки на каландрі прогумовану тканину пропускають через охолоджувальні барабани і закочують разом з прокладним полотном. Температура валків при промазку 85-105 °. При каландрование тканину витягується на 8-15%.
Каландрований гуму з гладкою поверхнею і без повітряних бульбашок можна отримати товщиною 0,15-1,2 мм. Для виготовлення відповідальних деталей з гуми великої товщини склеюють кілька шарів тонких смуг. Цю операцію називають дублюванням. Наприклад, для отримання герметизуючого шару безкамерних шин товщиною 2 мм дублюють три шари гуми завтовшки 0,7 мм. Дублювання здійснюється на тривалкових каландрі послідовним накладанням одного шару на інший і пропусканням між валками.
Шприцеванием називають процес виготовлення гумових напівфабрикатів на черв'ячної пресі. Цим методом отримують протектори, трубки, камерні рукави та ін При шприцевание гумова суміш ущільнюється і продавлюється через профільне отвір головки машини. При цьому велике значення мають пластичність і температура гумової суміші. Підвищена температура і пластичність ускладнюють створення напору, необхідного для виходу суміші з головки машини. Зменшення пластичності обумовлює отримання більш точних за розмірами виробів. Суміш на основі синтетичного каучуку нагрівається до 30-40 °, на основі натурального - до 50-70 °.
У залежності від габаритів і форми заготовки швидкості пресування змінюються в межах від 5 до 25 м / хв.
Лиття під тиском полягає в тому, що гумова суміш під великим тиском подається з циліндра штоком або черв'ячним гвинтом через одне або кілька отворів (літників) у металеву форму. Суміш при цьому, як правило, нагрівають до 80-100 °, що скорочує час вулканізації гуми в формі.
Методом лиття під тиском виготовляють подовжені деталі (трубки, шнури, профільні прокладки), покривають гумою прутки, трубки та інші, а також профільні та фігурні вироби. У зв'язку з тим, що метали, за винятком латуні, що не володіють адгезією до гуми, металева арматура перед її покриттям гумою піддається поверхневій обробці. На поверхню арматури наносять клейову плівку або виробляють латунирование.
Для виробництва гумових виробів використовуються гідравлічні преси і ротаційні прес-автомати.
ВИСНОВОК
В основі всіх процесів обробки тиском лежить здатність металів і їх сплавів під дією зовнішніх (або внутрішніх) сил пластично деформуватися, тобто необоротно змінювати свою форму не руйнуючись.
У сучасної металообробної промисловості обробка тиском є одним з основних способів виробництва. Їй піддається близько 90% всієї виплавленої у країні стали. Продукція цілого ряду її процесів не потребує подальшої механічної обробки. У поєднанні з термічною обробкою обробка тиском забезпечує найвищі механічні властивості металу.
У машинобудуванні найбільш широко застосовуються процеси гарячого об'ємного і листового штампування. У сучасному автомобілі до 80% штампованих деталей, половина з яких не піддається ні яких інших видів обробки.
Основними процесами обробки металів тиском є: прокатка, волочіння, пресування, вільна кування, об'ємна і листове штампування.
Гума як технічний матеріал відрізняється від інших матеріалів високими еластичними властивостями, які притаманні каучуку - головному вихідного компоненту гуми. Вона здатна до дуже великих деформацій (відносне подовження досягає 1000%), які майже повністю оборотні. При нормальній температурі гума знаходиться у високоеластичному стані і її еластичні властивості зберігаються в широкому діапазоні температур.
Основою будь-якої гуми служить каучук натуральний (НК) або синтетичний (СК), який і визначає основні властивості гумового матеріалу. Для поліпшення фізико-механічних властивостей каучуків вводяться різні добавки (інгредієнти).
До особливостей механічних властивостей каучуків та гум слід віднести:
1) високоеластіческом характер деформації каучуків;
2) залежність деформацій від їх швидкості та тривалості дії деформуючого зусилля, що проявляється в релаксаційних процесах і гістерезисних явищах.
3) залежність механічних властивостей каучуків від їх попередньої обробки, температури і впливу різних немеханічних чинників (світла, озону, тепла та ін.)
ЛІТЕРАТУРА