История волочильного производства

После ковки волочильное производство считается древнейшим видом обработки металлов давлением. Первым видом продукции была проволока, которую до изобретения волочения изготавливали ковкой, либо разрезкой кованого листового металла. Как правило, поверхность такой проволоки была неровной, а форма и площадь ее поперечного сечения по длине неодинаковой. Существовало два основных способа получения кованой проволоки. При первом способе слиток или кусок металла ковали молотком в пруток заданной толщины и профиля. При втором способе из слитка или куска металла ковкой получали лист, затем разрезали его на квадратные полоски, края которых округляли ударами молотка.

Попытки облегчить кропотливый и тяжелый труд, желание производить более изящную и тонкую проволоку привели к тому, что постепенно (к IV тыс. до н.э.) был разработан новый способ получения проволоки. Суть способа заключалась в том, что для сглаживания неровностей, калибрования и уплотнения проволоки ее стали проталкивать через отверстия, выполненные в твердых материалах. Образцы такой проволоки из золота, датируемые IV тыс. до н.э., найдены в Египте. Впоследствии эта операция выравнивания поверхности проволоки и послужила аналогом волочения. Таким образом, волочение металлов возникло и развивалось как результат растущей потребности в проволоке и в проволочных изделиях, широко применявшихся в ювелирном деле и при изготовлении предметов быта. В ювелирных ремеслах использовалось огромное количество драгоценных металлов и их сплавов. Золотую и серебряную проволоку применяли также в качестве заменителя денег в торговле. Спрос на проволоку способствовал совершенствованию техники волочильного производства.

Значительное распространение получили у древних народов тканые и шитые золотом одежды. Особенность этого вида искусства заключается в умении изготовлять тончайшие нити проволоки, которые с основой материала образуют эластичную и красивую ткань.

В Уре найдены также сканные (филигранные) изделия, датированные III тыс. до н.э. Сущность сканного производства состоит в том, что из тонкой золотой, серебряной или медной проволоки круглого или четырехугольного сечения (нарезанной из тонких листов или полученной волочением) выполняются ажурные или напаянные на металлический фон узоры. Для большей красоты проволока предварительно скручивается в две или три нити и сплющивается.

Волоченая проволока применялась не только для украшений и предметов роскоши. Представляют интерес находки совершенно новой для того времени проволочной продукции – проволочных тросов. Например, найденный археологами при раскопках античного города Помпеи трос имел диаметр около 25 мм, состоял из трех стренг, каждая из которых была скручена из 15 проволок. Длина троса составляла около 4,6 м. Установлено также, что в IV в. до н.э. с проволочными тросами были знакомы китайские ремесленники. Появление проволочных тросов подтверждало расширение сферы потребления проволоки и свидетельствовало об использовании ее в технике. По всей вероятности, тросы применялись в строительных работах для поднятия или перемещения тяжестей.

Высокий уровень металлообработки в Греции и Римской империи оказал влияние на соседние страны Западной Европы. В первых веках нашей эры в Западной Европе, вступившей на путь феодального развития, образовались новые районы высокоразвитого металлообрабатывающего и ювелирного производства.

Считают, что в самом примитивном виде способ волочения начали применять в древнейший период (еще до появления металлических орудий) для отделки стержней дротиков и гарпунов. Стержни изготовляли из сырого дерева и затем калибровали протаскиванием (волочением) через костяные выпрямители. Можно предположить, что в дальнейшем аналогичное калибрование стали применять и к кованым пруткам из цветных металлов, используя деревянные калибры. Подобные калибры изготовляли, вероятно, из твердых деревянных досок путем выжигания в них конических отверстий. В результате такой протяжки можно было сделать поверхность прутка гладкой и полированной.

Дерево, обладающее низкой стойкостью к истиранию, впоследствии было заменено другими, более прочными материалами, например камнями. Так, во многих странах мира найдены камни с просверленными коническими отверстиями. Древние мастера умели высверливать в камнях отверстия не только больших, но и малых диаметров. Сверление производилось смычковой дрелью, хорошо известной древнеегипетским ремесленникам. Абразивным материалом при сверлении служили кварцевый песок, толченый кремень и другие порошкообразные материалы. Конические отверстия, похожие на входное отверстие волоки, могли просверливать либо медным, либо каменным острием при помощи абразивного материала. Вероятно, таким методом просверлены отверстия в каменной волоке, найденной на территории Грузии во II тыс. до н.э. Этот волочильный камень является одной из известных находок волочильного инструмента древнего периода. Волока представляет собой плоский камень из яшмы с несколькими отверстиями. Внутренняя форма отверстия напоминает современный канал волоки для волочения проволоки – два перевернутых усеченных конуса. Два больших отверстия на камне, расположенные по диагонали, служили, очевидно, для закрепления каменной волоки перед протягиванием проволоки.

Огромным шагом вперед в развитии техники волочения было использование более эффективного железного (стального) волочильного инструмента. Наиболее древними экспонатами могут служить две металлические волочильные доски, найденные в одном из финикийских поселений, возраст которых насчитывает 2000 лет. Приведенные сведения о железных волоках, вероятно, не исключают более раннего применения железа для изготовления волочильного инструмента.

Железная волока имеет значительные преимущества, по сравнению с каменной, заключающиеся в следующем. Во-первых, твердость, прочность и износостойкость такой волоки можно повысить, подвергнув металл механическому упрочнению наклепом. Во-вторых, трудоемкую операцию сверления отверстия в такой волоке можно заменить пробивкой отверстия в горячем состоянии с последующим выравниванием отверстия рассверливанием и полировкой (шлифовкой). В-третьих, изношенное волочильное отверстие железной волоки легко выправлялось до первоначального диаметра неоднократной холодной наклепкой вокруг входного и выходного отверстия волоки.

Изготовление волочильных досок было сложным делом и требовало больших навыков в металлообработке, поэтому заготовку для волочильной доски нужных размеров и с определенными качествами металла мог изготовить лишь кузнец, обладающий необходимыми знаниями в выплавке и обработке железа.

Пробивку отверстий определенных размеров и формы мог делать и волочильщик. До сих пор нет точных сведений о составе металла первого волочильного инструмента.

В сообщениях археологов волочильные доски обычно называются железными, хотя сразу же делаются предположения о возможности цементации железа или применении для их изготовления стали. На это указывает широкое использование разнообразных железных цементированных и стальных инструментов кузнецами и ювелирами X века.

Приведенные данные показывают, что уровень техники изготовления инструмента мастерами того периода мог обеспечить волочильное производство качественными стальными досками, пригодными для волочения не только цветных и драгоценных металлов, но и железа.

В книгах тех лет описано также производство золотой, серебряной, медной, латунной, свинцово-оловянной и железной проволоки. Золотая проволока применялась в ювелирном деле, а медная и серебряная шла на изготовление цепей для кадил. Медной и латунной проволокой украшали переплеты книг. Железная проволока использовалась для заклепок, гвоздей и замков. Кроме того, из латунной тонкой проволоки делали щетки для полирования позолоченных поверхностей.

В X–XIII в.в. волочение проволоки было важной отраслью металлообрабатывающего производства в Западной Европе, где создаются цеховые объединения волочильщиков проволоки. Продукцию этих цехов составляла медная, бронзовая и железная проволока, которая шла для изготовления предметов быта: иголок, булавок, заклепок, гвоздей, кардных щеток и т.п.

Технику волочения проволоки широко применяли ремесленники Древней Руси. Из золота и серебра русские мастера изготовляли золотошвейные нити, а также проволоку из цветных металлов. Из толстой волоченой проволоки (диаметром 2–3 мм) делали браслеты, гривны (швейные обручи), различные украшения. Чаще всего употреблялась свитая проволока, сложенная в три-четыре раза. Длина проволоки для изготовления одного браслета доходила до 1,5 м.

В простейших волочильных приспособлениях далекого прошлого усилие волочения передавалось непосредственно мускулами рук человека. Впоследствии этот способ был несколько усовершенствован благодаря применению так называемого волочильного приспособления с качающимся сиденьем (по типу качелей). Мастер сидел на доске, подвешенной на двух канатах. Волочильная доска забивалась в пень, клещи привязывались к поясу мастера, который захватывал клещами заостренный конец проволоки, продетый в волочильное отверстие, а затем, упираясь ногами в пень, отталкивался назад. За одно отклонение протягивался кусок проволоки длиной около 0,3 м. Повторяя движения несколько раз, волочильщик протягивал весь отрезок проволоки. Таким же образом проволока пропускалась через меньшие отверстия, пока не доводилась до требуемого размера.

В 1435 г. приспособления с качающимся сиденьем применялись в Ковентри (Англия) для перетяжки грубой проволоки, полученной с рычажно-клещевого станка, в проволоку средней толщины.

Мастер, работающий на приспособлении с качающимся сиденьем, назывался «поясник», так как клещи привязывались за его пояс.

Развитие производства железной проволоки способствовало распространению новых устройств – рычажно-клещевых станков, позволивших протягивать вручную более толстые кованые заготовки.

Прогресс в технике волочения был достигнут в результате создания волочильных устройств с вращательным движением тягового устройства. Появление первых волочильных станков с вращательным движением рабочего механизма зарубежные историки относят к XIV в. и связывают их изобретение с именем Рудольфа (Германия).

Иногда в волочении применяли нарезанные из листов заготовки квадратного сечения. Станок для тонкого волочения представлял собой стол, на котором крепили две вертикальные оси с насаженными на них катушками или дисками, снабженными рукоятками. Между катушками в специальном волокодержателе помещалась волочильная доска. В процессе работы проволока, проходя через самое большое волочильное отверстие доски, утончалась и наматывалась на первую катушку. После протяжки через первое волочильное отверстие она пропускалась через следующее отверстие, наматываясь на вторую катушку. Процесс волочения продолжался до тех пор, пока не получали проволоку заданного размера.

Первый существенный технический прорыв в волочении проволоки произошел в Германии в 1390 году, когда энергия движущейся воды была использована для осуществления качельного способа волочения. Клещи (зажим) приводились в движение воротом (эксцентриком) на оси рабочего колеса. В это время использовались простые устройства с вращаемым водой рабочим колесом. Этот опыт оказался настолько успешным, что многие водяные мельницы в период того времени были превращены в установки для волочения проволоки. Для облегчения ручного труда и повышения производительности были приспособлены разнообразные вспомогательные средства – приемники-отдатчики, барабаны, катушки и т.п. Хотя можно предположить, что при изготовлении проволоки использовались смазывающие средства, об этом ничего не было известно приблизительно до 1650 года, когда появилось сообщение о применении смазки из местечка вблизи Дюссельдорфа (Германия). Было обнаружено, что человеческая моча уменьшает трение при волочении проволоки настолько эффективно, что ее применение дает возможность легко изготавливать твердую стальную проволоку. Было установлено, что несвежее пиво также является хорошей смазкой, уменьшающей трение.

Механизмы, приводимые в действие паром, внедрялись в практику медленно и постепенно. Первые многобарабанные станы, предложенные в начале XIX века, имели 2–4 барабана, а приводной вал вращался гидравлическим двигателем.

В США производство проволоки началось только после Американской революции, когда оказалось невозможным получать проволоку из Англии. К 1834 году в США работали только три предприятия с годовым объемом производства 15 тонн. В XIX веке потребность в проволоке существенно возросла. После изобретения в 1820 году телеграфа потребовалось большое количество медных проводов для передачи сигналов по линиям телеграфной связи. В 1862 году в Англии построили первый многоклетьевой прокатный стан для непрерывной прокатки стальной проволочной заготовки. Использование такой заготовки для волочения снизило количество переходов волочения, время на заправку и повысило производительность процесса. Первые цепные волочильные станы были созданы в начале XIX века. Движение цепей этих станов осуществлялось от приводного шкива, соединенного с паровым двигателем. Изобретение телефона в 1876 году стало еще одной причиной рывка в развитии производства проводов. В ранних телеграфных и телефонных линиях использовались железные провода. Затем медь вытеснила железо, поскольку обеспечивала существенное увеличение электропроводности, но только провода из меди, изготовленные волочением с наклепом, могли быть подвешены между столбами без провисания или обрывов. В это время полностью отожженная медь имела недостаточную прочность на разрыв для использования таким образом. Последующая разработка проводов в виде витой пары не только обеспечила уменьшение помех и потерь в линии, но и привела к удвоению необходимого количества меди. Об изготовлении волочильных досок до начала XIX века мало что известно. Большая часть этих приспособлений изготавливалась из железа литьем. Фактически железные волочильные доски, использовались еще и в начале XX века. Отверстия в них имели такую же форму и размеры, как и в современных волочильных фильерах. В США приблизительно в 1870 г. начали в промышленных масштабах применять фильеры с алмазами. Джон Рэблинг стал в США национальной знаменитостью благодаря полученным им многочисленным патентам на свои изобретения, разработку стальных канатов и строительство многих подвесных мостов, включая Бруклинский. В те времена хорошему качеству поверхности уделялось гораздо меньше внимания, чем в современном производстве проволоки. В 1908 году в США проводят лабораторные испытания установки по волочению проволоки из вольфрама. В 1928 фильеры из карбида начали применяться в США для волочения, а в 1930 была основана Ассоциация производителей проводов.

В России бурное развитие волочильного производства приходится на 30-е годы ХХ века. Позднее были созданы новые высокомеханизированные станы для прокатки катанки, разработаны и внедрены в промышленность установки совмещенного литья и прокатки медной и алюминиевой катанки, а также установки для вытягивания проволочной заготовки из расплава, применение которых значительно сокращает длительность технологического цикла, повышает производительность и уменьшает отходы металла. В настоящее время волочением изготавливают проволоку практически из всех цветных металлов и сплавов, включая труднодеформируемые металлы и сплавы. Разработаны новые материалы для изготовления волочильного инструмента и процессы его обработки. Созданы установки для электроэрозионной, ультразвуковой, лазерной разделки и доводки канала волоки. Большие достижения достигнуты и в трубоволочильном производстве.

Дата добавления: 2017-02-01