Контрольные вопросы к разделу 1.5

1. Какими методами определяется проба на ювелирных изделиях?

2. Из каких этапов состоит работа по формированию комплексной системы управления качеством продукции (КС УКП) на ювелирных предприятиях?

3. На чем основывается разработка КС УКП?

4. Основные задачи производственной деятельности ювелирных предприятий?

5. Цели КС УКП?

6. В каком порядке производится формирование комплекса методических документов КС УКП?

7. Какие функции реализуются в рамках КС УКП на 1-м уровне управления?

8. Какие системы выделены в соответствии с общими принципами теории управления в КС УКП?

9. Что служит документальной базой КС УКП?

10. По каким критериям оценивают эффективность действия КС УКП на стадии проектирования?

11. Какие задачи решают при управлении качеством?

2. Технологические основы производства ювелирных изделий методами обработки металлов давлением и резанием

2.1.Технология изготовления ювелирных изделий методами обработки металлов давлением. Лекция 18

Общие представления и сведения об ОМД. Методы ОМД.

1. Общие представления и сведения об обработке металлов давлением (ОМД).

2. Классификация методов ОМД.

3. Получение деформированных полуфабрикатов методами ОМД.

Обработка металлов давлением возможна благодаря их пластичности, т. е. способности изменять свои внешние формы, не разрушаясь под действием внешних сил. Такое изменение формы металлов без нарушения их сплошности называют пластической деформацией. Пластическая деформация металлов представляет собой сложный физико–механический процесс, обеспечивающий формоизменение металлической заготовки и изменение структуры металла.

Обычно пластическая деформация в металлах начинается тогда, когда напряжения, действующие в плоскости сдвига, достигают определенного значения, зависящего от пластических свойств, структуры и температуры деформации металла. Пластическое формоизменение горячего металла, когда температура деформации превышает температуру рекристаллизации, практически неограниченно. Для холодного металла (при температурах деформации ниже температуры рекристаллизации) пластическое формоизменение возможно до определенных деформаций. После чего деформируемый металл начинает разрушаться. Поэтому деформирование большинства металлов в холодном состоянии осуществляют с применением одной или нескольких промежуточных термообработок, обеспечивающих снятие наклепа и восстановление пластических свойств металлов.

Каждому металлу и сплаву соответствует вполне определенная температура рекристаллизации. Минимальные температуры, при которых происходит рекристаллизация по эмпирической зависимости А.А. Бочвара для чистых металлов, составляют:

(2.1.1)

где Т_рекр и Т_пл – температуры рекристаллизации и плавления металла.

Для ювелирных металлов температуры рекристаллизации равны: для серебра – 200⁰С; для золота – 260⁰С; для платины – 450⁰С.

Пластичность металлов и сплавов при обработке давлением зависит от состава и состояния металла, температуры нагрева, характера действия и деформирующих сил, скорости и степени деформации, условия трения на поверхностях сопротивления металла и инструмента и других факторов. Чистые металлы обычно более пластичны, чем сплавы. Меньшую пластичность имеют металлы в литом состоянии. Отрицательно влияет на деформируемость и большинство примесей, имеющихся в металлах. Сера, например, способствует разрушению медных и ювелирных сплавов при горячем деформировании (явление красноломкости). Пластичность медных сплавов и сплавов из драгоценных металлов ухудшается при наличии в их составе висмута, сурьмы, железа, серы, кислорода и других примесей. При повышении температуры деформируемость большинства металлов возрастает.

Большое значение для процесса пластического деформирования металлов в холодном и горячем состоянии имеет схема приложения деформирующих усилий. Обычно наиболее благоприятно металл деформируется в условиях сжатия, например прессования, так как при этом имеется меньше возможностей для образования трещин. Существенно влияет на пластичность металлов и скорость деформирования. Если для любого конкретного металла скорость наклепообразования при горячем деформировании больше скорости процесса разупрочнения (рекристаллизации), то сопротивление металла деформированию повышается. Обычно при обработке металлов давлением на поверхностях соприкосновения обрабатываемого металла и ин­струмента действуют значительные силы трения, называемые силами внешнего трения. Силы эти, противодействуя пластическому течению металла, вызывают увеличение деформирующих усилий, повышение энергетических затрат при обработке металлов давлением, способствуют увеличению износа инструмента. Для уменьшения потерь на трение при обработке металлов давлением применяют смазки (смазывают бойки, валки), очищают поверхность деформируемого металла от загрязнений и окалины. Так, применение смазок при обработке металлов давлением позволяет уменьшить усилие деформирования на 15 – 20% и значительно повысить износостойкость инструмента.

При горячей обработке металлов давлением следует применять негорящие смазки, например соляные составы, а при холодной обработке – жидкие смазывающие пасты, состоящие из минеральных масел, наполнителей (мел, тальк, древесная мука) и активизаторов (олеиновая или стеариновая кислоты и др.). Если при холодном деформировании металла усилия на поверх­ностях трения весьма значительны, например, при холодной объемной штамповке, то на деформируемый металл наносят специальные твердые покрытия (фосфатный слой, оксалатный слой, покрытия из мягких пластичных металлов, полимерную пленку и др.). Такие покрытия хорошо деформируются вместе с металлом, не выдавливаются и способствуют удерживанию смазочных масел или паст на поверхностях инструмента и металла.

Иногда при обработке металлов давлением силы трения используются для управления процессом пластического течения металла, например для захвата заготовки валками при прокатке и т. д.

Термическую обработку в ювелирном производстве производят в основном для снятия наклепа, полученного металлом при холодной деформации, а также для восстановления окисленного поверхностного слоя после пайки. Для золотых сплавов применяют отжиг для снятия напряжений при температуре 700-750^оС в конвейерных печах с защитной атмосферой. Температура серебряных сплавов несколько ниже и составляет 600-650^оС.

На ювелирных за­водах применяются практически все разновидности обработки металлов давлением. Условная классификация процессов ОМД приведена на рис 2.1.1.

Обработка металлов давлением

Прокатно-прессово-волочильное производство

Кузнечно-штамповочное производство

Специализиро-ванные процессы ОМД

Разделительные операции

Прокатка

Прессование

Волочение

Ковка

Объемная штамповка

Листовая штамповка

Метизное производство

Сортовая прокатка

Прутков и профилей

Прутков и профилей

Осадка

В открытых штампах

Гибка

Производство гнутых профилей

Листовая прокатка

Панелей

Проволоки

Протяжка

В закрытых штампах

Вытяжка

Совмещенные процессы

Труб

Труб

Труб

Прошивка

Выдавли-ванием

Формовка

Рис. 2.1.1. Классификация процессов ОМД

Из большинства металлов платиновой группы и сплавов на их основе в настоящее время методами обработки давлением производят различные полуфабрикаты, в том числе проволоку, полосы, листы, фольгу, биметаллы, трубы, фасонные профили, различные технические изделия (тигли, стаканы, колбы и т.д.). Основными операциями, применяемыми для их изготовления, являются ковка, прокатка, прессование, волочение и листовая штамповка.

Ковку применяют для разрушения литой структуры методом горячей деформации путем протяжки слитков. Слитки палладия и его сплавов, полученные дуговой или электронно-лучевой плавкой, отличаются крупнокристаллическим строением и неоднородной структурой по сечению. Обычно ковку проводят на молотах или ротационно-ковочных машинах. Ковку слитков сплавов палладия, выплавленных в индукционной печи в атмосфере аргона и переплавленных в вакууме, осуществляют при температуре 1000–1500°С. При этом получают заготовки для прокатки толщиной 10–12 мм. Для получения прутков сечением 3x3 мм из сплавов палладия с иридием (до 30%) используют протяжку металла при температуре 1200–1400°С.

После операций ковки применяют в зависимости от назначения изделия либо сортовую, либо листовую прокатку. Основными заготовительными станами при производстве заготовок являются слябинги при листовой прокатке и блюминги при сортовой прокатке. На этих мощных агрегатах обрабаты­вают слитки массой до 100 т.

Используемая в настоящее время в промышленности технологическая схема производства проката из металлов платиновой группы не имеет принципиальных отличий от обычной принятой в цветной металлургии технологии прокатки. Она определяется деформационными характеристиками обрабатываемых материалов, размерами готового проката, его назначением и требованиями технических условий.

Для сортовой прокатки характерна холодная деформация металла в клетях непрерывного стана, при этом в качестве заготовки используется пруток круглого или квадратного сечения. В зависимости от размера получаемого изделия применяется калибровка типа «квадрат-квадрат», квадрат-овал», «квадрат-шестигранник», или «круг-овал».

Технологическая схема листовой прокатки включает обжимную, заготовительную и чистовую прокатку. Обжимная прокатка, производимая, как правило, в горячем состоянии, применяется для обжатия литой заготовки; заготовительная прокатка предназначена для производства подката, чистовая или отделочная прокатка подката позволяет получать полуфабрикаты заданного сортамента и необходимого качества. Нагрев перед горячей прокаткой необходимо проводить в средах, которые не взаимодействуют с благородными металлами и сплавами. Режим обжатий при прокатке драгоценных металлов предусматривает небольшие степени деформации за проход, которые лимитируются прочностью деталей прокатных станов. Для получения равномерной толщины листов из драгоценных металлов валкам, применяемым для чистовой прокатки сплавов с высоким сопротивлением деформации, придают определенный профиль.

Прокатку листов, полос и лент из платины, палладия и многих сплавов на их основе осуществляют вхолодную на двухвалковых прокатных станах с диаметром валков 220–420 мм и длиной бочки 280–900 мм. Листовой прокат в зависимости от точности размеров делится на листы и полосы высокой, повышенной и обычной точности. Полосы и ленты вы­пускаются промышленностью в отожженном и нагартованном состояниях. Фольгу из пластичных благородных металлов (платины, палладия), а также из сплавов ПлИ-10, ПлРд-10 производят толщиной до 1 мкм. Для получения тончайшей фольги (до 1 мкм) применяют спе­циальные методы. Например, между карточками заготовок прокладывают листы парафинированной бумаги, размеры которых соответствуют разме­рам карточек. Наличие парафинированной бумаги предохраняет листы от схватывания, обеспечивает смазку заготовок и облегчает их деформацию.

Полосы из сплавов платины и палладия, характеризующихся интенсивным упрочнением в процессе деформации, подвергают холодной прокатке с промежуточными отжигами между проходами. Так, заготовки из сплава Pd–Ag–Ni, используемого в аппаратах тонкой очистки водорода, прокатывают с суммарным обжатием не более 50 % и затем отжигают. После отжига твердость (по Виккерсу) полос снижается с 2100-2200 МПа до 1100 – 1205 МПа.

Прессование является перспективным процессом первичной деформации слитков и заготовок благородных металлов и сплавов, так как характеризуется благоприятной схемой напряженного состояния. Особенно эффективно – гидростатическое прессование, при котором выдавливание металла из контейнера осуществляется под действием жидкости, находя­щейся под высоким давлением. Преимущества этого процесса по сравне­нию с обычным прессованием очевидны: повышается пластичность метал­лов в связи с ростом гидростатического давления, залечиваются микро- и макродефекты, устраняются неравномерность деформации и возникаю­щие в связи с этим дополнительные растягивающие напряжения, увеличивается прочность и т.д. Наиболее стабильные результаты, по прессованию палладиевых сплавов, были получены при использовании в качестве рабочей жидкости смеси глицерина с этиленгликолем и двухслойной смазки, состоящей из слоя кашалотового жира со слоем стеарата натрия.

Применительно к благородным металлам и сплавам эти преимущества позволяют осуществлять холодную пластическую деформацию трудноде-формируемых материалов, которые интенсивно окисляются и охрупчиваются при горячей обработке. При деформации пластичных платиновых металлов и сплавов методом гидростатического прессова­ния отпадает необходимость проведения частых промежуточных отжигов и значительно возрастают единичные обжатия. Помимо этого, в связи с отсутствием контактного трения между стенками контейнера и заготов­кой возможно получение изделий широкой номенклатуры, что особенно важно при производстве изделий из благородных металлов и сплавов, ко­торые отличаются большим разнообразием форм и размеров и выпускаются небольшими партиями.

Волочением из благородных металлов и сплавов получают проволоку диаметром от 15–20 мкм до 10–12 мм, трубы общего назначения диаметром 0,5–60 мм с толщиной стенки 3,5 мм и капиллярные трубки диаметром 0,5 – 5 мм с толщиной стенки от 50 мкм до 1 мм. Производят также микропроволоку диаметром 0,002– 0,02 мм в стеклянной и медной оболочках.

Для производства проволоки из платины и палладия применяют холодное волочение без промежуточных отжигов. Диаметр проволоки, выпускаемой из платины, палладия и их сплавов в соответствии с ГОСТ 18389-73 и ГОСТ 18390-73 составляет от 0,2 до 1,0 мм.

Для снижения коэффициента трения при волочении платины, палладия и их сплавов используют воск, стеариновую кислоту, покрытия из меди у серебра. Последний метод применяют для получения тонкой и тончайшей проволоки.