Способы производства сталей

1.Приёмы гидрометаллургии

В гидрометаллургии используются следующие основные приемы: выщелачивание, концентрирование, разделение, осаждение. При выщелачивании производится растворение металлических компонентов; при концентрировании — уменьшение количества растворителя за счет возгонки или испарения; при разделении — удаление нерастворимых компонентов отстаиванием (осветлением), фильтрацией, центрифугированием, экстрацией; при осаждении — получение металлов электролизом, осаждением, кристаллизацией, выпариванием и испарением растворителя. Технологические процессы порошковой металлургии состоят из операций получения порошков (механическое измельчение, распыление, разбрызгивание, химическое осаждение, восстановление, карбонильный метод), формования заготовок (холодное, горячее, гидравлическое непрерывное прессование, плавка порошков в обоймах, прокатка, шликерное литье) и спекания (с жидкой фазой или без нее). После указанных операций спеченное изделие подвергается окончательной обработке — резанию, калибровке, прокатке, нанесению защитных покрытий и пр. В природе металлы существуют в составе руд, представляющих собой химические соединения (например, бурый железняк Fe203, магнитный железняк Fe304, шпатовый железняк FeC03 и др.), которые при нагревании разлагаются с образованием окислов. Добываемая руда содержит пустую породу. Для удаления ее дробленая руда подвергается обогащению путем промывки, обжига, магнитной сепарации, флотации и гравитации. При промывке вода уносит рыхлую легкую пустую породу. При гравитации струя воды пропускается через вибрирующее сито, на котором лежит руда; при этом легкая пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой. При гравитации в тяжелых средах руду погружают в жидкость, плотность которой больше, чем у пустой породы; последняя всплывает и удаляется. Обжиг слабомагнитную окись Fe203 превращает в магнитную Fe304, после чего производится магнитная сепарация, т. е. отделение Fe304 от немагнитной пустой породы. После обогащения получают концентрат, мелкие фракции которого подвергают окускованию до необходимых размеров путем агломерации или окатывания. Агломерация заключается в спекании руды, известняка, мелкого концентрата, коксовой мелочи, влаги, причем в процессе спекания при повышенной температуре удаляются вредные примеси; получается кусковой пористый офлюсованный материал — агломерат. Окатывание производится в тарельчатых чашах-грануляторах и применяется для тонко измельченных концентратов в смеси с флюсом и топливом. Здесь шихта приобретает форму шариков диаметром около 30 мм. После сушки и обжига окатыши приобретают высокую прочность при достаточной пористости. При производстве металлов широко применяются различные виды топлива: уголь, кокс, горючие газы, мазут и др. Кокс получается нагревом каменного коксующегося угля без доступа воздуха. Кокс обладает большей прочностью (что позволяет строить высокие домны, имеющие большую эффективность) и содержит меньше (по сравнению с углем) вредных примесей.

 Флюсы применяются при производстве чугуна, стали и др. материалов для связывания пустой породы и вредных примесей в соединения, удаляемые со шлаком. Основный флюс состоит из известняка СаС03; кислый — из Si02 (песок). Рабочее пространство плавильных печей выкладывается огне упорными материалами, которые подразделяются на кислые (динасовый кирпич, состоящий в основном из Si02), основные: магнезитовые (основа MgO) и доломитовые (основа СаО) кирпичи и порошок, глиноземистые (нейтральный шамотный кирпич из Si02 и А1203), углеродистые кирпичи. Первым переделом при производстве железных сплавов является доменная плавка. Домна — шахтная печь высотой до 100 м, полезным объемом до 5000 м , внутри железного кожуха которой выполнена огнеупорная кладка. Домна работает без перерыва в течение кампании (5-10 лет) до остановки на ремонт. Несколько выше дна домны — лешади  имеются форсунки (фурмы), через которые внутрь подается дутье: подогретый воздух, часто обогащенный кислородом и содержащий иногда газообразное, жидкое или пылевидное топливо, что позволяет уменьшить расход дефицитного кокса. Кокс, флюс, руда загружаются сверху, через засыпной аппарат порциями (колошами). Таким образом, горячие газы подымаются вверх и уходят в газоотвод, а шихта (руда, кокс, флюс) по мере плавления опускается вниз (принцип противотока). Жидкий чугун собирается внизу, шлак выше. По мере надобности чугун выпускается через летку, шлак — через летку. Отметим основные процессы, происходящие в домне. Передельный чугун, выпускают в утепленных сосудах (термосы) (по железнодорожной ветке) и перемещают в сталеплавильные цехи, где чугун заливают в печи для выплавки стали.

 Чушковый чугун заливают в металлические формы; в дальнейшем служит материалом для получения фасонных отливок на машиностроительных заводах. Колошниковый газ используют в качестве топлива, например в кауперах, стоящих рядом с домной и служащих для нагрева доменного дутья. Доменный шлак применяют например, для получения шлакоблоков, цемента, шлаковаты. Ферросплавы (ферросилиции и ферромарганец). Домна в год может производить до 4 млн т чугуна, удельный расход кокса — около 0,4 т на 1 тонну чугуна. Коэффициент использования полезного объема печи (КИПО), равный отношению полезного объема домны к среднесуточной производительности, обычно имеет значение, равное 0,56. В связи с дефицитностью кокса, повышением капиталоемкости доменных печей, трудностями получения качественной стали из чугуна, необходимостью уменьшения количества вредных выбросов в атмосферу имеется потребность в замене доменного производства бескоксовой металлургией, по которой работает, например, Оскольский электрометаллургический комбинат. Восстановление железа из окислов руды производится в шахтных печах восстановительным газом, получаемым обработкой природного газа паром и содержащим СО и Н2. Продукцией являются металлизированные материалы, подразделяемые на шихту для доменного (70-85 % Fe), или сталеплавильного (90-98 % Fe) производства, а также продукт для производства железного порошка (99% Fe). Сравнение составов чугуна и стали показывает, что задачей сталеплавильного процесса является уменьшение в сплаве содержания углерода, кремния, марганца, серы, фосфора и других элементов.

 Содержание примесей уменьшается за счет их окисления и перевода в шлак. Сталеплавильные печи делятся на основные (облицованные основными огнеупорами — магнезитом и доломитом) и кислые (облицованные кислыми огнеупорами — динасом). Основные печи позволяют навести высокоизвестковый шлак, способствующий удалению из стали вредных примесей — серы и фосфора в виде соединений CaS и (Р205)4СаО. В кислой печи этого сделать нельзя, так как при появлении СаО начнется реакция, разрушающая кислую кладку СаО + Si02 — CaSi03. Однако при окислении примесей по закону действующих масс окисляется и железо. Наличие в стали FeO ухудшает ее свойства. Сталь становится красноломкой, т. е. обладает пониженной вязкостью при температуре красного каления, что ведет к образованию трещин при прокатке и ковке. Кислородный конвертер — грушевидный сосуд выложенный огнеупорным кирпичом. Он состоит из конической горловины  с леткой  для слива готовой стали, цилиндрической части  и сферического днища  и может наклоняться, поворачиваясь вокруг оси. Вместимость конвертера от 50 до 500 т. После загрузки металлолома и заливки жидкого чугуна (70-85 % от общей массы загрузки) конвертер поворачивается в вертикальное положение и поверхность чугуна продувается кислородом, подводимым через водоохлаждаемую фурму. Температура завалки за счет выгорания примесей повышается, что способствует ускорению процесса. После получения пробы удовлетворительного состава производится выпуск стали с одновременным ее раскислением; затем сливают шлак.

 Производительность конвертера емкостью 300 т достигает 500 т-ч — это самый высокопроизводительный метод выплавки стали. Однако невозможность работы конвертера на металлоломе без жидкого чугуна — недостаток этого метода. Мартеновская печь имеет плавильное пространство, ограниченное снизу подом (на котором находится ванна выплавляемого металла), сверху — сводом. По сторонам плавильного пространства находятся головки с каналами  для подвода природного газа и воздуха. Завалка шихты (жидкий чугун, лом, руда, флюс) производится через окна в передней стенке печи. Природный газ и воздух проходят через регенераторы  нагреваются и смешиваются в плавильном пространстве, газ сгорает, плавит шихту, а продукты горения через каналы головки - поступают в регенераторы  и нагревают их, после чего уходят в трубу. После охлаждения регенераторы меняются ролями с регенераторами. Мартены могут работать как с жидким чугуном, так и с металлоломом, однако значительно уступают конвертерам по производительности (около 80 т-ч), капитальным затратам и трудоемкости. Оптимальны мартеновские печи емкостью 500-600 т. Средний съем стали с 1 м площади пода мартенов составляет около 10 т-м2 в сутки, расход условного топлива 80-120 кг на 1 т стали. Дуговые сталеплавильные с поворотным сводом печи (рис. 4.4) ДСП-50, ..., ДСП-400 (цифры указывают на номинальную емкость в тоннах) плавят металл за счет теплоты трех электрических дуг, горящих между графитовыми электродами и расплавленным металлом. Длина дуг поддерживается в заданных пределах системой автоматического регулирования. Свод при поднятых электродах, поворачиваясь относительно вертикальной оси, открывает печь сверху для загрузки шихты. Для выпуска металла по желобу и удаления шлака ванна печи может поворачиваться на роликах приводом. Рабочее окно с крышкой служит для удаления шлака, наблюдения за ходом плавки, проведения необходимых операций в ходе плавки (взятие проб, введение легирующих присадок и др.) и заправки стен и порогов.

 Огнеупорная кладка печи заключена в кожух из стального листа. Дуговые печи позволяют создавать в области дуг высокие температуры, необходимые для восстановления окислов, расплавления тугоплавких металлов и отделения металлов от тугоплавких шлаков. В дуговых печах можно создать нейтральную или восстановительную атмосферу и хорошо раскислить сталь из-за отсутствия окислительного пламени. Эти печи позволяют создать высокоизвестковые шлаки для более полного удаления серы и фосфора. Возможность легкого управления плавкой позволяет более точно выдержать состав стали. Дуговые печи применяют для выплавки высококачественных сталей. Их недостатками являются незначительное задымление и шум, большой угар и большая неравномерность температуры металла. Расход электроэнергии для ДСП-50 составляет 440 кВт-ч-т, продолжительность плавки 2,8-5,7 ч.

2.Работа в индукционной печи

 В индукционной печи рабочее тепло создается внутри металлической шихты вихревыми токами, индуцируемыми переменным электрическим полем промышленной (50 Гц) или высокой (6 000-10 000 Гц) частоты. Индукционные печи эффективны при переработке отходов легированных сталей, так как в них уменьшаются потери металла на угар и нет науглероживания металла от угольных электродов, используемых в дуговых печах. Сталь из печи выпускают в ковш, который перемещается в отделение разливки. Сталь разливают в чугунные формы — изложницы двумя способами: сверху или сифоном (снизу), обеспечивающим более спокойное заполнение изложниц. Сифонную разливку применяют для качественных спокойных (полностью раскисленных) сталей. Металл слитка в прибыльной надставке затвердевает в последнюю очередь, компенсируя усадку при кристаллизации нижележащих слоев, поэтому образуется усадочная раковина, которая подлежит удалению, что снижает выход годного и удорожает спокойную сталь.

 Кипящая сталь, разливаемая сверху, раскислена не полностью. В ней происходит выделение пузырьков окиси углерода, перемешивание и дополнительная очистка металла FeO + С —Fe + СО, затвердевший слиток пронизан пузырьками газа с неокисленной поверхностью. При прокатке газовые поры завариваются. Кипящая сталь дает высокий выход годного (так как отсутствует сосредоточенная усадочная раковина, а усадка компенсируется объемом пузырей), она дешевле, но несколько уступает спокойной стали по свойствам. Полуспокойная сталь обладает промежуточными качествами. Крупнейшим отечественным изобретением является способ непрерывной разливки, при помощи которого разливается около 50 % стали. Здесь жидкая сталь из металлоприемника  через металлопровод  поступает в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, где наружные поверхности слитка затвердевают. Затем слиток попадает в зону вторичного охлаждения, где на его поверхность форсунками разбрызгивается вода. Слиток вытягивается из кристаллизатора с помощью устройства, после прохождения которого он разрезается на заготовки нужной длины.

 Преимуществом такого вида разливки стали (УНРС) является увеличение выхода годного до 98 % против 80 %, а меньше — при разливке в изложницы; ненужность мощных обжимных станов (блюмингов и слябингов — см. ниже); легкое разделение слитков на мелкие заготовки; автоматизация процесса разливки; стабильность условий формирования слитка; улучшение условий труда. Продукцией сталеплавильного производства являются разнообразные слитки массой от 0,05 до 400 т. Многогранные слитки поступают на машиностроительные заводы, где служат заготовками для ковки крупных поковок (валы турбин и гидрогенераторов, крупные кольца и т. д.); квадратные слитки — для прокатки и ковки; прямоугольные — для прокатки листов; круглые — для прокатки бесшовных труб. Слитки УНРС сечением 80x80 мм и более служат заготовками при ковке, штамповке и прокатке. Шлак используется для удобрения почвы и изготовления кирпичей и ваты. Дуговые электропечи, мартены, кислородные конвертеры не обеспечивают получения сталей очень высокого качества, поэтому применяются методы внепечного рафинирования и переплава стали: вакуужирование, обработка стали синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумно-дуговой переплав (ВЦП), плазменно-дуговой переплав, электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Вакуумирование стали приводит к усилению процессов раскисления, дегазации и удалению летучих примесей. Обработка стали синтетическим шлаком (СаО + AI2O3 + + Si02) способствует удалению серы, кислорода и неметаллических включений, в результате чего повышаются пластичность, вязкость и снижается критическая температура хладноломкости. Электрошлаковый переплав (ЭШП) позволяет получать слитки массой до 300 т. Заготовка плавится за счет тепла, выделяющегося при прохождении тока через ванну шлака. Капли металла, проходя через шлак активно взаимодействуют со шлаком, в результате чего из металла удаляются неметаллические включения и газы, уменьшается концентрация серы.

 Направленная кристаллизация позволяет получить металл высокой плотности с хорошими свойствами. Для улучшения качества выплавляемого металла в процессе его получения рабочее пространство печи может заполняться инертным газом. Вакуумно-дуговой переплав (ВДП) приводит к дегазации, удалению неметаллических включений, получению однородного химического состава. Позволяет получать слитки массой до 50 т. Плазменно-дуговой переплав позволяет получать слитки массой до 5 т. Плавка с высокотемпературным перегревом и быстрой кристаллизацией в охлаждаемом кристаллизаторе позволяет получить металл, обладающий хорошими свойствами. Электронно-лучевой переплав (ЭЛП) позволяет получать чистые тугоплавкие металлы (цирконий, молибден, ниобий), специальные стали и сплавы в слитках массой до 15 т. Здесь металл плавится за счет теплоты, возникающей вследствие бомбардировки металла электронами, разгоняемыми электронными пушками. Разрежение (вакуум), большой перегрев и быстрое охлаждение металла обуславливают удаление газов и примесей, а следовательно, высокое качество металла. Рафинирование переплавом ведет к большим затратам труда и энергии, что удорожает сталь, поэтому развиваются способы получения качественных сталей из шихты. Плавка в индукционных вакуумных печах обеспечивает глубокую дегазацию и высокую степень раскисления в результате электромагнитного перемешивания и длительного воздействия вакуума. В плазменно-дуговых печах контролируемая атмосфера, легкая корректировка состава шлака или его отсутствие ускоряют проникновение в сплав легирующих добавок или рафинирующих газов.

 При производстве цветных металлов: меди, алюминия, магния, титана применяются как описанные выше процессы (дробление, обогащение, обжиг, плавка), так и другие (электролиз, рафинирование, химическое воздействие: хлорирование, выщелачивание). Прокатке подвергается около 75 % выплавленной стали. Прокатка бывает продольной, поперечной, поперечно-винтовой. Слитки сначала поступают на мощные обжимные станы продольной прокатки: квадратные — на блюминги (для получения блюмов балок квадратного сечения со скругленными углами со стороной от 450 мм до 150 мм), прямоугольные — на слябинги для получения слябов — прямоугольных заготовок для листового проката. Далее слябы поступают на листовые станы продольной прокатки, имеющие гладкие валки. Листовая сталь производится как в виде отдельных листов, так и в виде свернутого в рулон листового материала (широкого рулона) и ленты (узкого рулонного материала), оба служат заготовкой при листовой штамповке и др. Толщина тонколистовой стали 4-0,2 мм, 0,2 мм — фольга. Холоднокатаная сталь толщиной 5-0,2 мм имеет чистую поверхность. Блюмы поступают на заготовочные станы, производящие заготовку — квадрат со скругленными углами, который попадая на сортовые станы, превращается в сортовой горячекатаный прокат. Станы, участвующие в прокатке сорта имеют вырезные валки, образующие калибры открытого или закрытого типа и выполняют продольную прокатку.

Периодический прокат имеет переменную по длине площадь поперечного сечения и служит заготовкой в массовом и крупносерийном производствах. Специальный прокат, также предназначен для изготовления деталей сложного профиля, например, колеса железнодорожного транспорта. Для получения бесшовных труб прокаткой цилиндрические слитки поступают на прошивные станы поперечно-винтовой (косой) прокатки, где в заготовке  при обжатии ее в валках  вскрывается полость, колибруемая пробкой (оправкой)— поддерживающие валки.

В результате получается бесшовная гильза, которая затем на трубопрокатном стане многократной последовательной продольной прокаткой в валках с колибрами постоянного сечения или методом возвратно-поступательного движения в обжимных валках переменного сечения. При производстве сварных труб сначала из полосы гибкой в нескольких парах валков получают заготовку, соединенные кромки которой сваривают различными видами электрической или печной (кузнечной) сваркой, в последнем случае нагретая заготовка протягивается через фильеру, благодаря чему кромки сдавливаются и свариваются в пластическом состоянии. Заготовка для труб большого диаметра сворачивается в спираль и сваривается спиральным швом. У сварных труб материал в зонах термического влияния, примыкающих к сварному шву, имеет пониженные свойства. Разнообразные профили из цветных металлов и сплавов получают прессованием, при котором нагретый слиток, помещенный в контейнер, продавливается пуансоном  через матрицу  на мощном горизонтальном гидравлическом прессе; поскольку пример относится к прессованию трубы, то пуансс несет иглу  для оформления отверстия. Точность и шерохов.

При волочении заготовка 1 протаскивается через фильеру 2 в холодном состоянии, приобретая гладкую поверхность (Ra =1,6 мкм) и высокую точность поперечного размера (точность круглого калиброванного волочением проката находится в переделах 8-13 квалитета). Калиброванные (холоднотянутые) прудки и трубы служат заготовкой при точной штамповке и при изготовлении деталей резанием на токарных автоматах. Волочение является исключительным методом для производства очень тонкой проволоки. Проволоку получают на барабанных волочильных станах непрерывного действия, профили — на станах периодического действия. При волочении твердость и предел текучести материала увеличиваются за счет наклепа (упрочнения)- Машиностроение — это отрасль промышленности, поставляющая машины и механизмы всем другим отраслям, определяющая технический прогресс страны. Технология машиностроительного производства это процесс изготовления машин необходимого качества, в установленной производственной программой количестве и в заданные cpoки при минимуме себестоимости.

 В технологии машиностроения технические проблемы изготовления машин требуемого качества решаются в тесной связи с вопросами экономики, планирования и организации производства. Технологами разрабатываются и внедряются высокоэффективные технологические процессы изготовления машин и средства их технологического оснащения: оборудование, приспособления и инструменты. Объектами производства — изделиями машиностроительного предприятия являются машины, их составные части, комплекты и комплексы машин. По назначению различают следующие виды изделий. Изделия основного производства для поставки заказчику (потребителю) предприятием-изготовителем, а также для собственных нужд предприятия. Например, для станкостроительного завода изделиями основного производства являются металлорежущие станки или автоматические линии станков.

3.Изделия вспомогательного производства

Изделия вспомогательного производства обычно используются только для собственных нужд предприятия-изготовителя. Например, это специальные металлорежущие инструменты и приспособления для закрепления заготовок на станках, изготовленные в инструментальном цехе. Если в изделии отсутствуют составные части, то его называют неспецифицированным (деталь), а специфицированным является изделие, состоящее из нескольких составных частей (сборочные единицы, комплекты, комплексы). Различают также следующие виды изделий. Деталь — это изделие, изготовленное из однородного по наименованию и марке материала без сборочных операций (например, литая крышка подшипника, штампованное зубчатое колесо, вал из одного куска металла и т. п.). Деталями являются также указанные выше изделия с покрытием (защитным или декоративным) независимо от его вида, толщины и назначения (например, хромированный винт), или изделия, изготовленные с применением местной сварки, пайки, склейки и т. п. (например, трубка, спаянная из одного куска листового металла).

Сборочная единица (узел) — изделие, составные части которого соединяются сборочными операциями (свинчиванием, запрессовкой, сваркой, пайкой, склеиванием и т. п.) на предприятии-изготовителе. Например, редуктор, станок, сварной корпус, автомобиль и т. п. Собранное изделие, можно считать сборочной единицей нулевого порядка. Сборочные единицы, непосредственно входящие в изделие в процессе общей сборки, называются сборочными единицами первого порядка, а сборочные единицы, входящие в них — сборочными единицами второго порядка и т. д. Детали могут входить в сборочные единицы любого порядка. Комплекс — это два и более изделия, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, предназначенные для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций. Каждое из входящих в комплекс специфицированных изделий предназначено для выполнения одной или нескольких основных функций (например, автоматическая линия станков, зенитно-ракетный комплекс и т. п.). Комплект — это два и более изделия, не соединенные на предприятии-изготовителе сборочными операциями, которые имеют общее эксплуатационное назначение (например, комплекты запасных частей; инструмента и принадлежностей, измерительной аппаратуры; упаковочной тары и т. д.). Комплектующим является изделие предприятия-поставщика (сборка или деталь), применяемое как составная часть изделия, выпускаемого предприятием-изготовителем. К покупному относят изделие (составную часть изделия), получаемое предприятием в готовом виде и изготовленное по конструкторской документации предприятия поставщика. Кооперированное изделие — это изделие (составная часть изделия), получаемое предприятием в готовом виде и изготовленное по его конструкторской документации, но на другом предприятии.

 Производственный процесс представляет собой совокупность всех действий людей и орудий производства, необходимых на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий. В производственный процесс входят основные процессы, связанные с изготовлением заготовок деталей машин, их обработкой и сборкой сборочных единиц и машины в целом, а также вспомогательные процессы, обеспечивающие возможность изготовления продукции (контроль ее качества, транспортирование материалов, заготовок, деталей и оснастки, изготовление приспособлений и инструментов, ремонт оборудования, энергообеспечение производства и т. п.). Кроме того, производственный процесс включает все действия по организации снабжения и обслуживания цехов, участков и отдельных рабочих мест, управления всеми подразделениями производства и организацию технической подготовки производства.

На машиностроительном предприятии производственный процесс осуществляется с применением методов технологии машиностроения при выпуске изделий. Производственная структура предприятия включает состав цехов и служб с указанием связей между ними. Основной производственной единицей машиностроительного предприятия, обособленной в административном и территориальном отношении, является цех — совокупность производственных участков. Для изготовления продукции, выпускаемой предприятием, предназначены основные цехи (например, механический, сборочный, кузнечный, литейный, термический).

4.Вспомогательные цехи

Вспомогательные цехи обслуживают основное производство (инструментальные, ремонтные, модельные и т. п.). Обслуживанием также занимаются различные службы: транспортные, санитарно-технические, энергетические, склады и т. п. Подсобные цехи выпускают продукцию, как правило, из отходов производства, используемую основными цехами (например, тару для упаковки основной продукции). Производственный участок — это группа рабочих мест, организованных по технологическому, предметному или предметно-технологическим признакам. Рабочее место представляет собой элементарную структурную единицу предприятия, где размещены исполнители работы, обслуживаемое ими технологическое оборудование, часть конвейера на ограниченное время, оснастка и предметы труда. Для рациональной организации производственного процесса необходима тщательная техническая подготовка производства. Техническая подготовка производства включает три основные группы мероприятий. Конструкторская подготовка, т. е. все работы по проектированию и конструированию изделия с созданием сборочных чертежей изделия и отдельных сборочных единиц и чертежей деталей, необходимых спецификаций и других конструкторских документов. Технологическая подготовка — совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства: обеспечение технологичности конструкции изделия, разработка и применение технологических процессов и средств технологического оснащения, применение средств механизации и автоматизации инженерно-технических работ, организация и управление процессом технологической подготовки производства в соответствии со стандартами. Календарное планирование процесса изготовления изделия. Технологическое проектирование требует больших затрат труда, его трудоемкость составляет 30-60 % от общей трудоемкости технической подготовки производства (меньшее значение соответствует мелкосерийному, а большее — массовому производству). Технологический процесс представляет собой часть производственного процесса, содержащего целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда (заготовок или изделий). Заготовка представляет собой предмет труда, из которого изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или методам обработки, формообразования и сборки. В составе производственного процесса технологические процессы располагаются в следующей последовательности. Технологические процессы заготовительного производства: литье, обработка металлов давлением, порошковая металлургия, первичная обработка проката разных профилей и другие. Основная задача — максимальное приближение формы заготовки к форме детали. Технологические процессы обработки заготовок: резание, поверхностное пластическое деформирование, электрофизическая и электрохимическая, термическая и химикотермическая, нанесение покрытий и др. Основные задачи: коррекция формы, обеспечение точности и качества деталей. Технологические процессы сборки: пригонка, соединение (сварка, пайка, склеивание, клепка и др.) регулировка и контроль. Основные задачи: сборка машины и обеспечение ее качества. В соответствии с указанной последовательностью технологических процессов, а также с учетом вспомогательных процессов, производственная структура машиностроительного предприятия включает следующие объекты: заготовительные цехи (литейные, кузнечно-сварочные, штамповочные и т. д.); обрабатывающие цехи (механические, термические, металлопокрытий, сборочные и т. д.); вспомогательные цехи (инструментальные, ремонтно-механические, электроремонтные, испытательные, энергоцехи, транспортные и др.); складские помещения (для материалов инструмента, готовых изделий); общезаводские подразделения (центральная лаборатория, узел связи, главная контора, столовая и т. д.).

5.Вспомогательные цехи

Вспомогательные цехи обслуживают основное производство (инструментальные, ремонтные, модельные и т. п.). Обслуживанием также занимаются различные службы: транспортные, санитарно-технические, энергетические, склады и т. п. Подсобные цехи выпускают продукцию, как правило, из отходов производства, используемую основными цехами (например, тару для упаковки основной продукции). Производственный участок — это группа рабочих мест, организованных по технологическому, предметному или предметно-технологическим признакам. Рабочее место представляет собой элементарную структурную единицу предприятия, где размещены исполнители работы, обслуживаемое ими технологическое оборудование, часть конвейера на ограниченное время, оснастка и предметы труда. Для рациональной организации производственного процесса необходима тщательная техническая подготовка производства. Техническая подготовка производства включает три основные группы мероприятий. Конструкторская подготовка, т. е. все работы по проектированию и конструированию изделия с созданием сборочных чертежей изделия и отдельных сборочных единиц и чертежей деталей, необходимых спецификаций и других конструкторских документов. Технологическая подготовка — совокупность мероприятий, обеспечивающих технологическую готовность производства: обеспечение технологичности конструкции изделия, разработка и применение технологических процессов и средств технологического оснащения, применение средств механизации и автоматизации инженерно-технических работ, организация и управление процессом технологической подготовки производства в соответствии со стандартами. Календарное планирование процесса изготовления изделия. Технологическое проектирование требует больших затрат труда, его трудоемкость составляет 30-60 % от общей трудоемкости технической подготовки производства (меньшее значение соответствует мелкосерийному, а большее — массовому производству). Технологический процесс представляет собой часть производственного процесса, содержащего целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда (заготовок или изделий). Заготовка представляет собой предмет труда, из которого изготовляют деталь или неразъемную сборочную единицу. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или методам обработки, формообразования и сборки. В составе производственного процесса технологические процессы располагаются в следующей последовательности. Технологические процессы заготовительного производства: литье, обработка металлов давлением, порошковая металлургия, первичная обработка проката разных профилей и другие. Основная задача — максимальное приближение формы заготовки к форме детали. Технологические процессы обработки заготовок: резание, поверхностное пластическое деформирование, электрофизическая и электрохимическая, термическая и химикотермическая, нанесение покрытий и др. Основные задачи: коррекция формы, обеспечение точности и качества деталей. Технологические процессы сборки: пригонка, соединение (сварка, пайка, склеивание, клепка и др.) регулировка и контроль. Основные задачи: сборка машины и обеспечение ее качества. В соответствии с указанной последовательностью технологических процессов, а также с учетом вспомогательных процессов, производственная структура машиностроительного предприятия включает следующие объекты: заготовительные цехи (литейные, кузнечно-сварочные, штамповочные и т. д.); обрабатывающие цехи (механические, термические, металлопокрытий, сборочные и т. д.); вспомогательные цехи (инструментальные, ремонтно-механические, электроремонтные, испытательные, энергоцехи, транспортные и др.); складские помещения (для материалов инструмента, готовых изделий); общезаводские подразделения (центральная лаборатория, узел связи, главная контора, столовая и т. д.).

6.Отдельные технологические методы

 Технологические процессы могут быть классифицированы по разным признакам. Согласно ГОСТ 3.1109-82, технологический процесс может быть отнесен к методам обработки формообразования и сборки. Поэтому технологические процессы можно классифицировать по отдельным технологическим методам выполнения: литье, обработка давлением, резание, поверхностно-пластическое деформирование, термообработка, электрофизическая и электрохимическая обработка, нанесение покрытий, пригонка и образование соединений при сборке и др. По степени унификации (количество изделий, охватываемых процессом) технологические процессы делят на единичные и унифицированные . При единичном технологическом процессе происходит изготовление или ремонт изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Такие процессы разрабатываются для оригинальных изделий. При унифицированном технологическом процессе (типовом и групповом) изготавливают группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. При типовом технологическом процессе изготавливают группы изделий с общими конструктивными и технологическими признаками. Типовой технологический процесс состоит из типовых технологических операций, характеризуемых единством содержания и последовательности технологического процесса для группы изделий с общими конструктивными и технологическим признаками. Например, валы — это класс цилиндрических деталей, у которых длина больше чем в два раза превышает диаметр. Групповой технологический процесс — это процесс изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. В групповой технологический процесс входят групповые операции совместного изготовления группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Групповые операции расположены в последовательности технологического маршрута изготовления этой группы изделий. Группирование деталей разной конфигурации может производиться по преобладающим видам обработки (определяемых общностью обрабатываемых поверхностей), единству технологического оснащения и общности наладки станка. Групповая технологическая операция выполняется на специализированных рабочих местах, предназначенных для изготовления или ремонта одного изделия или группы изделий при одной наладке и отдельных подналадок (для разных деталей группы) в течение длительного периода времени. Наладка — это подготовка технологического оборудования и технологической оснастки к выполнению технологической операции. Например, устанавливается приспособление, переключается скорость или подача, настраивается заданная температура и т. д. Подналадка — это дополнительные регулировки технологического оборудования и (или) технологической оснастки при выполнении технологической операции для восстановления достигнутых при наладке значений параметров. По уровню достижений науки и техники различают перспективные и рабочие технологические процессы. Перспективный процесс соответствует современным достижениям науки и техники, методы и средства осуществления которого полностью или частично предстоит освоить на предприятии. Рабочий процесс выполняется по рабочей (имеющейся на предприятии) технологической и (или) конструкторской документации. По стадии разработки, состоянию технологической подготовки производства (ТПП) и стандартизации технологические процессы подразделяются на проектные, временные и стандартные. Проектный процесс выполняется по предварительному проекту технологической документации и разрабатывается для проверки способов изготовления деталей, которые нужно поставить на производство в перспективе. Временный процесс применяется на предприятии в течение ограниченного промежутка времени из-за отсутствия надлежащего оборудования или в связи с аварией до замены на более современный. Стандартный процесс устанавливается стандартом. По содержанию операций перемещения заготовок различают комплексный и некомплексный технологические процессы. Комплексный процесс кроме технологических операций содержит комплекс операций погрузки-разгрузки, перемещения, контроля и очистки обрабатываемых заготовок по ходу технологического процесса. Комплексные технологические процессы применяются на автоматических линиях. Некомплексный процесс включает в основном технологические операции. По детализации описания технологические процессы бывают с маршрутным, маршрутно-операционным и операционным описанием.

7.Маршрутное описание ТП

Маршрутное описание технологического процесса — это сокращенное описание всех технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения без указания переходов и технологических режимов. Маршрутно-операционное описание технологического процесса — это сокращенное описание технологических операций в маршрутной карте в последовательности их выполнения с полным описанием отдельных операций в других технологических документах. Операционное описание технологического процесса — это полное описание всех технологических операций в последовательности их выполнения с указанием переходов и технологических режимов. Применительно к условиям машиностроительного производства технологический процесс — это часть производственного процесса, включающая в себя последовательное изменение размеров, формы, внешнего вида или внутренних свойств предмета производства и их контроль.

 В общем случае технологический процесс состоит из технологических и вспомогательных операций. Технологическая операция выполняется на одном рабочем месте и является законченной частью технологического процесса. Применительно к механосборочному производству: техноло- гическая операция — это часть технологического процесса, выполняемая непрерывно на одном рабочем месте над одним или несколькими одновременно обрабатываемыми или собираемыми изделиями, одним или несколькими рабочими. Под непрерывностью понимают то, что после обработки одной заготовки в партии переход к обработке следующей заготовки происходит только после выполнения всего объема работ, предусмотренных над первой заготовкой. Например, при обработке пластины можно за одну операцию отфрезеровать верхнюю плоскость, затем переустановить заготовку и обработать нижнюю плоскость; потом в такой же последовательности обработать другие заготовки в партии. В другом варианте сначала все заготовки фрезеруют с одной стороны — первая операция, а затем их обрабатывают с другой стороны — вторая операция. Выбор концентрированного первого варианта операции или дифференцированного второго производят на основе экономического расчета или необходимой производительности с учетом условий организации производства.

  Технологическая операция — основная составная часть производственного планирования и учета, в течение которой происходит определение следующих показаний: определение трудоемкости изготовления изделий; установление нормы времени и расценки; определение количества рабочих и средств технологического оснащения; себестоимости обработки изделий; календарное планирование производства; контроль качества и сроков выполнения работ. Если рассматривать автоматическую линию, например, из станков, связанных автоматическими транспортными и загрузочными устройствами, то тут понятие рабочее место заменяется понятием автоматическая линия. Тогда технологическая операция — часть технологического процесса, выполняемого непрерывно на автоматической линии. Вспомогательные операции — это части технологического процесса, которые не изменяют формы, внешнего вида или свойств предмета труда, но необходимы для выполнения технологических операций. Они входят в состав технологического процесса в некоторых случаях, например, в гибких автоматических линиях. Это контрольные, маркировочные, транспортные операции, а также по удалению стружки и др. В состав технологической операции входят установы, позиции, технологические и вспомогательные переходы, рабочие и вспомогательные ходы, приемы. Установка — это часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы.

Позиция — это фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования при выполнении определенной части операции. Основное отличие установа от позиции состоит в следующем. При новом установе нужно открепить заготовку и при переустановке изменить ее положение относительно инструмента. При новой же позиции заготовка не открепляется, а изменение ее положения относительно инструмента происходит с помощью механизма приспособления или подвижного органа стенки. Например, при фрезеровании шести граней болта его заготовку, закрепленную в делительной головке, поворачивают на шесть позиций относительно фрезы. При обработке заготовки на одном установе ее нужно сначала базировать, а затем закрепить. Базирование — это придание заготовке или изделию требуемого положения относительно выбранной системы координат. Закрепление — приложение сил к предмету труда для обеспечения постоянства его положения, достигнутого при базировании. Технологический переход — это законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установе.

8.Шероховатость поверхности

Шероховатость поверхности — совокупность периодически встречающихся микронеровностей с высотой Н на участке базовой длины (шага) I, где 1-Н 50. Волнистость — совокупность неровностей с отношением шага 1В к высоте неровности Нв (1В-НВ = 50+1000). Высокой точности всегда соответствует малая шероховатость и волнистость поверхности. Шероховатость поверхности детали чаще всего характеризуется параметрами высоты неровностей Ra и Rz, где Ra — среднее арифметическое отклонение профиля в мкм, Rz — высота неровностей профиля, определяемая по десяти точкам в мкм. У готовой детали качество обработанных поверхностей в основном обеспечивается при окончательной обработке. Предшествующая обработка, а также заготовительные процессы оказывают определенное влияние в силу технологической наследственности. Качество поверхности влияет на эксплуатационные свойства деталей машин: износ рабочих поверхностей, контактную жесткость стыков, усталостную прочность, коррозионную стойкость и др. Определяемое условиями эксплуатации качество поверхностей деталей машин задается конструктором и обеспечивается технологическим процессом, разработанным технологом. К основным экономическим характеристикам технологического процесса относится: технологическая производительность, трудоемкость, себестоимость, материалоемкость, энергоемкость. Трудоемкость определяется продолжительностью изготовления изделий при нормальной интенсивности труда в часах и может оцениваться для технологической операции нормой штучно-калькуляционного времени Тшк. Станкоемкость характеризуется продолжительностью времени, в течение которого заняты станки и другое технологическое оборудование, и может оцениваться машинным временем Гм.. Цеховая себестоимость на изготовление детали в одном цехе на одной технологической операции складывается из затрат на материалы См и технологической себестоимости Ст. Снизить материалоемкость изделия и затраты на материалы можно при следующих условиях: уменьшить массу готовой детали при ее конструировании, например, применив более легкий материал и изменив конфигурацию детали при сохранении прочности и т. д.; уменьшить коэффициент потерь материала (при нагреве заготовки в вакууме); уменьшить коэффициент использования материала снижением массы заготовки (литье под давлением вместо литья в пес-чано-глинистых формах). С помощью рационально разработанной технологической операции можно снизить технологическую себестоимость, уменьшив норму штучно-калькуляционного времени; составляющие затрат, связанные с технологией на энергию силовую; ремонт и заточку режущего инструмента; амортизацию и ремонт универсальных приспособлений, измерительного инструмента и др. Заготовки, из которых изготавливаются детали в основном обработкой резанием, имеют большое значение в производстве машин. Тип заготовки, а значит ее конфигурация и размеры, определяют материалоемкость производства, оцениваются, в частности, коэффициентом использования металла (КИМ) — отношением масс детали и заготовки. Известно, что заготовка отличается от детали припусками на обрабатываемые поверхности и напусками. Припуск — это слой металла, который удаляется с заготовки, для получения заданных чертежом формы, размера и шероховатости поверхности детали. Напуск — это слой металла, который назначается сверх припуска, как, например, штамповочные или литейные уклоны, применяемые для облегчения извлечения штампованной поковки из штампа и отливки или модели из литейной формы. Напуск применяется и для упрощения конфигурации поковки или отливки. Так в поковках и отливках не выполняются мелкие отверстия, упрощается ступенчатая поверхность вала или значительного по размерам отверстия. Таким образом, упрощается конфигурация заготовки, удешевляется ее изготовление. Однако это приводит к увеличению массы заготовки и трудоемкости последующей механической обработки. Даже в случае применения таких прогрессивных заготовок, как кокильная отливка или штампованная поковка, КИМ не превышает обычно 0,5-0,6. Необходимо отметить, что отходы в виде стружки обычно составляют 0,5-0,4 от массы заготовки. В случае продажи отходов они стоят, в зависимости от материала, от 4-6 % для углеродистых сталей, до 12-15 % — для быстрорежущей стали и меди от стоимости исходного материала. Понятно стремление производителей стружки превращать ее из отходов в оборотный металл методами переплавки или прямой утилизации. Важным является и то обстоятельство, что кроме случаев применения окончательной (чистовой) термообработки структура и свойства материала детали тоже определяются заготовкой. Так при изготовлении отливок, поковок, сварных заготовок, как правило, применяют предварительную термическую обработку — отжиг, нормализацию, высокотемпературный отпуск для снятия остаточных напряжений, в некоторых случаях термическое улучшение — закалку с высоким отпуском. Тогда структура и свойства детали окончательно формируются в заготовке. Основными видами заготовок являются прокат, прессованные и волоченные профили, отливки, поковки и сварные.

9.Прокат

Прокат поставляется металлургическими заводами в виде товарных заготовок, сортовых и фасонных профилей общего, отраслевого и специального назначения, труб, гнутых и периодических профилей. Товарные заготовки — это обжатые квадратные болванки (блюмы), которые применяются для ковки заготовок крупных валов, рычагов, тяг и т. п. Простые сортовые профили общего назначения, круглые, квадратные, шестигранные и полосовые, используются для ковки и штамповки мелких и средних заготовок, а также для изготовления методами обработки резанием гладких и ступенчатых валов с небольшим перепадом диаметров ступеней, стаканов, втулок, рычагов, клиньев, фланцев. Фасонные профили проката общего назначения — это сталь угловая равно- и неравнополочная, швеллеры и балки двутавровые, применяются для изготовления металлоконструкций (рам, плит, кронштейнов и др.). Фасонные профили проката отраслевого и специального назначения применяются для вагоностроения, автопромышленности, сельхозмашиностроения, электротехнической промышленности и др. Стальные бесшовные горячекатаные, холоднотянутые и холоднокатаные трубы применяются для изготовления трубопроводов высокого давления и в качестве заготовок для цилиндров, втулок, гильз, шпинделей, пустотелых валов и т. д.

Сварные трубы применяются для изготовления трубопроводов низкого и среднего давления (водопровода, воздухопровода, газо- и нефтепроводов). Гнутые профили проката, уголки, швеллеры, С-образные, Z-образные, гофрированные листы и др., применяются для изготовления различных конструкций — оснований, кронштейнов, в том числе рам и кузовов транспортных устройств. Горячепрессованные профили сложной формы сечения — полузамкнутые, пустотелые трубы — изготовляются на гидравлических прутковых или прутково-профильных прессах чаще из алюминиевых и медных сплавов. Эти профили применяются для изготовления конструкций, направляющих элементов, скоб, прижимов, корпусов, трубопроводов, оконных переплетов. Периодические профили проката представляют собой заготовки деталей для крупносерийного и массового производства. Профили продольной прокатки служат для изготовления балок передних осей грузовых автомобилей, лопаток, осей; поперечно-винтовой прокатки — для шпинделей машин, осей рычагов; поперечно-клиновой прокатки — для валов электродвигателей, валов коробки передач автомобилей и других деталей типа тел вращения; поперечно-винтовой прокатки — для изготовления шариков и роликов подшипников качения, профилированных трубчатых деталей (втулок). Точность горячекатаного проката ориентировочно соответствует 12-14 квалитетам.

Для повышения точности размеров поперечного сечения и уменьшения шероховатости поверхности прокат дополнительно подвергают волочению. Точность профилей после волочения через фильеру (волоку, волочильную матрицу) достигает 11-12, а через роликовую волоку — 9-11 квалитета. Кроме того, только волочением изготовляют тонкую проволоку, в том числе из меди, алюминия и биметаллов типа медь—сталь, а также специальные профили, например, для изготовления шплинтов. Отливки изготовляются путем заливки жидкого металла в подготовленную литейную форму с последующей кристаллизацией, охлаждения его до безопасной температуры, удаления из формы, очистки, отделения литниковой системы (обрубки), зачистки, термообработки и очистки от окалины. Отливки могут быть изготовлены практически из всех металлических материалов различных размеров от миллиметров до метров и соответствующих масс. Методами литья изготовляются самые сложные по конфигурации заготовки. Стоимость литых заготовок минимальна по сравнению с другими. Поковки изготовляются методами ковки или горячей объемной штамповки (ГОШ) из проката или слитков, нагретых до ковочных температур. Для снижения потребного усилия поковки могут быть из любых металлических материалов, обладающих достаточной пластичностью в указанном интервале температур. Если литые заготовки не могут обладать высоким комплексом физико-механических свойств из-за неоднородности структуры, присущей литому металлу, то при горячей обработке давлением происходит радикальное изменение структуры и свойств материала.

 При деформировании металла протекают сложные процессы, которые, в конечном счете, приводят к дроблению зерен литой структуры. При высоких температурах деформирования одновременно протекают процессы разупрочнения, полигонизации и рекристаллизации. Это приводит, в конечном счете, к образованию при определенной степени деформации мелкозернистой полиэдрической структуры горячедеформированного металла. Повышается плотность металла, незначительно повышается прочность, существенно повышается пластичность и особенно — относительная ударная вязкость — основной критерий надежности работы металла в условиях действия динамических и переменных нагрузок. Поэтому заготовки ответственных деталей, особенно тех, от которых зависит безопасность людей, изготовляют только горячей обработкой давлением — ковкой, штамповкой, прокаткой. Сварные заготовки изготовляются различными способами сварки из сортового, фасонного и листового проката, отливок, поковок или любой их комбинации. Они применяются в случаях, когда необходимо рационально распределить материал в конструкции. В этом смысле сварные заготовки стоят вне конкуренции. Так кованые и штампованные заготовки компактны и имеют сравнительно простые формы. Литые заготовки могут иметь более сложную и рациональную пространственную конфигурацию, но ограничены по минимальной толщине стенки. Сварные заготовки не имеют этого ограничения, например, может быть использован лист самой малой толщины, заданной конструктором. Они широко применяются при изготовлении рам, станин, оснований, ползунов, кронштейнов, конструкций вагонов, автомобилей и других транспортных средств, подъемных кранов. Сваркой изготовляются баки, цистерны и другие сосуды, работающие под низким и высоким давлением, корпусы химических аппаратов различного назначения и др.

Список использованных источников и литературы

  1. Анчишкин А.И. Наука-техника-экономика., М.: «Экономика», 2004г.
  2. Васильева И.Н. Экономические основы технологического развития: Учебное пособие для студентов ВУЗов. - М.: Банки и биржи, изд. Объединение «ЮНИТИ», 2005г.
  3. Волков М.И., Борщ И.М., Грушко И.М., Королев И.В. Дорожно-строительные материалы, М.: «Транспорт», 5издание, 2005г.
  4. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия М.:«Металлургия», 4издание, 2005г.
  5. Воскобойников В.Г., Макаров Л.П. Технология и экономика переработки железных руд, М.: «Металлургия», 2007г., 255с.
  6. Дворин М.Д., Дмитриенко В.В., Крутикова Л.В. и др. Системы технологий
  7. отраслей народного хозяйства: Учебное пособие. Хабаровск: Изд-во ХПИ, 2001г.
  8. Кудрин В.А. Металлургия стали М.: «Металлургия», 2001г., 485с.