Машиностроительный комплекс

• Введение
• 1. Отраслевая структура комплекса
• 2. Станкостроение
• 3. Основные технологические процессы, используемые на предприятиях машиностроительного комплекса
• 3.1 Обработка металлов давлением
• 3.2 Литейное производство
• 3.3 Обработка металлов резанием
• 3.4 Сварка, резка и пайка металлов
• 3.5 Сборочное производство
• Заключение
• Список использованной литературы

Машиностроение входит в состав промышленности под названием «Машиностроение и металлообработка». Машиностроение создает машины и оборудование, аппараты и приборы, различного рода механизмы для материального производства, науки, культуры, сферы услуг. Металлообработка занимается производством металлических изделий, ремонтом машин и оборудования. В настоящее время машиностроение России состоит из ряда самостоятельных отраслей, куда входят свыше 350 подотраслей и производств.

Машиностроение создает машины и оборудование, применяемые повсеместно: в промышленности, сельском хозяйстве, в быту, на транспорте. Следовательно, научно-технический прогресс во всех отраслях народного хозяйства материализуется через продукцию машиностроения, в особенности таких ее приоритетных отраслей как станкостроение, электротехническая и электронная промышленность, приборостроение, производство электронно-вычислительной техники. Машиностроение, таким образом, представляет собой катализатор научно-технического прогресса, на основе которого осуществляется техническое перевооружение всех отраслей народного хозяйства. Поэтому основное экономическое назначение продукции машиностроения — облегчить труд и повысить его производительность путем насыщения всех отраслей народного хозяйства основными фондами высокого технического уровня.

Этим и определяется актуальность темы данной работы.

Целью данной работы является подробное рассмотрение структуры машиностроительного комплекса, а также основных технологических процессов, используемых на предприятиях машиностроительного комплекса.

1. Отраслевая структура комплекса

Машиностроительный комплекс — это совокупность отраслей промышленности, производящих разнообразные машины. Он ведущий среди межотраслевых комплексов. Это обусловлено несколькими причинами. Во-первых, машиностроительный комплекс — крупнейший из промышленных комплексов, на его долю приходится почти 20% производимой продукции и всех работающих в хозяйстве России. Машиностроение и металлообработка характеризуются более крупными размерами предприятий, чем промышленность в целом (средний размер предприятия в отрасли составляет по численности рабочих около 1700 человек, по сравнению с менее чем 850 по промышленности в целом), большей фондоёмкостью, капиталоёмкостью и трудоёмкостью продукции; конструктивно-технологическая сложность продукции машиностроения требует разнообразной по профессиям и квалифицированной рабочей силы.

Современное машиностроение объединяет комплекс промышленных отраслей и является наиболее многопрофильным сек тором промышленности, причем процесс выделения и дифференциации новых машиностроительных производств продолжается Ведущими отраслями комплекса являются: общее машиностроение электротехника и радиоэлектроника, транспортное машиностроение, а также производство ЭВМ и конторского оборудования.

На современном этапе наибольшим динамизмом отличаются наукоемкие подотрасли машиностроительного комплекса производство ЭВМ (в том числе микропроцессоров, периферийного оборудования и программного обеспечения), телекоммуникационного оборудования, ракетно-космической техники, промышленных роботов и средств автоматизации. Именно эти производства определяют основные направления НТП не только в машиностроении, но и в промышленности в целом. Так, в течение последних лет на долю высоких технологий в США приходилось 27% прироста ВВП, в то время как на жилищное строительство — 14%, на автомобилестроение — лишь 4%. В промышленно развитых странах на долю машиностроения приходится более 1/3 общего объема промышленной продукции, например, в Японии — 50%, в Германии — 48, в Швеции — 42, в США — 40, во Франции — 38, в Великобритании — 36, в Италии, Швейцарии и Австрии — по 35%1, в то время как в отраслевой структуре промышленного производства России продукция машиностроения и металлообработки занимает порядка 22% (2004 г.).

Выпуск продукции машиностроительного комплекса достиг минимума в 1999 г. — 37% от 1990 г., затем объем стал расти и в 2004 г. составил 61%. Столь высокое падение производства в отрасли объясняется резким сокращением спроса на машиностроительную продукцию, разрывом технологических и хозяйственных связей после беловежских соглашений, вертикальной дезинтеграцией и дроблением предприятий, ростом цен на материалы и энергию после их либерализации, отсутствием средств на техническое перевооружение и рядом других причин, возникших в результате структурной перестройки экономики.

Количество предприятий в отрасли к 1998 г. выросло н 11 раз, затем стало уменьшаться и к 2004 г. составило 65% 01 1998 г. Дробление промышленных предприятий привело к распылению свободных средств, что стало одной из главных причин прекращения обновления оборудования. Накопление средств у новых мелких предприятий идет крайне медленно, что также тормозит воспроизводство оборудования.

2. Станкостроение

Важнейшей подотраслью общего машиностроения является станкостроение. В связи с общим спадом производства в станкостроительной промышленности сохраняется устойчивая тенденция снижения объемов выпуска практически всех видов продукции. В 2004 г. производство металлорежущих станков в натуральном выражении составило 7,3% относительно 1990 г., в т. ч. с ЧПУ — 0,6%; кузнечно-прессового оборудования — 4,4%, в том числе с ЧПУ не выпускалось. В результате Россия, еще несколько лет назад входившая в пятерку крупнейших производителей металлорежущего оборудования наряду с Японией, США, Германией и Италией, в 1994 г, заняла 17-е место, в 1995 г. — 20-е, а в 1996 г. — 23-е место из 35 государств — производителей станочного оборудования. По выпуску кузнечно-прессовых машин Россия в 1996 году стояла на 26-й строчке.

В результате экономических пертурбаций промышленность России переключилась на импортное оборудование 2003 г. было ввезено 128 тыс. станков.

Восстановление выпуска станочного оборудования тормозится рядом факторов финансово-экономического и организационно-технологического характера:

1. Спрос на металлорежущие станки может установиться только тогда, когда стабилизируется спрос на изготавливаемые для использования товары. Так как металлорежущие станки преимущественно используются не непосредственно для изготовлений потребительских товаров, а для производства различных видов отраслевого оборудования, то реальный рыночный спрос на них моя виться лишь тогда, когда (1) стабилизируется потребительский спрос, (2) стабилизируется спрос на отраслевое оборудования, (3) произойдет накопление капитала на покупку универсального станочного оборудования. Так как рынок потребительских товаров от 40 до 60% удовлетворяется за счет импорта, то в этой цепочке спроса металлорежущее оборудование оказалось на последнем месте и не имеет реального заказчика, кроме поставки на экспорт, Но российские станкостроительные предприятия не могут выйти на поставку комплектного оборудования на экспорт, так как по ряду, направлений, включая электронику и компьютерные системы, отечественное машиностроение отстало от промышленно развитых стран Запада и можно рассчитывать или на совместные предприятия, или на поставку за рубеж металло-, энергои трудоемких узлов, что практически и наблюдается.

2. Отсутствие у потенциальных покупателей средств, так как смена оборудования сопряжена с большими капитальными затратами и требует или накопления собственного капитала, или получения долгосрочного кредита, но он ограничивается высокой процентной ставкой, не гарантирующей окупаемость инвестиций

3. Низкий относительно стран Запада уровень технологического качества отечественного оборудования инициирует отечественных предпринимателей к покупке зарубежного оборудования, что наблюдается в добывающих отраслях и транспорте импорт машин, транспортных средств и вычислительной техники в 2002 г. составил 38,7% в общем объеме импорта.

Так как без развития станочного парка отечественная промышленность не выйдет из кризиса, то, вероятно, эта отрасль будет развиваться за счет централизованно управляемых и финансируемых программ, льгот и дотаций по мере стабилизации экономики Некоторое оживление производства в машиностроении практически не отразилось на повышении спроса на технологическое оборудование, так как его парк в настоящее время используется менее чем на половину. Следовательно, по мере увеличения производства продукции на предприятиях-потребителях будет первоначально повышаться загрузка уже имеющегося оборудования, идти накопление капитала и только затем может появиться перспектива технического перевооружения, а следовательно, приобретения нового оборудования.

машиностроительный комплекс станкостроение металл

3. Основные технологические процессы, используемые на предприятиях машиностроительного комплекса

Технологическую основу машиностроительного производства составляют различные виды обработки металлов и других инструкционных материалов — литье, ковка, обработка давлением и резанием, сварка и т. д. и сборочные процессы. Широкое применение в современных технологиях находит числовое программное управление (ЧПУ). Рассмотрим основные технологические процессы, применяемые при металлообработке.

3.1 Обработка металлов давлением

Прокаткой называется обработка металлов давлением путем обжатия слитка или заготовки между вращающимися валками прокатного стана для уменьшения их сечения и придания им заданной формы. Прокаткой получают изделия с постоянным по длине сечением (прутки, арматуру, трубы, балки, фасонный профиль, листы и т. д.) или периодически изменяющейся по длине формой. Прокатка — завершающая часть металлургического производства.

Прокатка осуществляется на прокатных станах Прокатываемый слиток увлекается силой трения, возникающей между валками и слитком, при этом валки обжимают слиток и придают ему соответствующую форму (профиль). Она подразделяется на горячую — с предварительным нагревом металла и холодную.

Валки подразделяются на листовые — для получения листов, и сортовые — для получения фасонного металлопроката — рельсов, балок и т. д.

Первичную прокатку делают на мощных станах — блюмингах для последующего проката заготовок в сортовой прокат и слябингах — для последующего получения листа. Соответственно, заготовки называются блюмы (сечением от 150 *150 до 450 * 450) и слябы (толстые плиты толщиной до 350 мм).

Станы для прокатки готовых изделий подразделяются на блюминговые (для получения сортового проката), листопрокатные, рельсобалочные, трубопрокатные и специального назначения.

Сортамент проката. Форма поперечного сечения проката называется профилем. Совокупность форм и размеров профилей называется сортаментом. Сортамент разделяется на 4 группы: сортовой, листовой, трубы и специальные виды проката. Сортовой прокат (рис. 4.14) делят на профили простой геометрической формы — квадрат (1), шестигранник (2), круг (3), прямоугольник и фасонные — швеллер, угловой и тавровый про кат, профили специального назначения для различных отраслей промышленности.

Листовая сталь делится на толстолистовую (4−160 мм), тонколистовую — до 4 мм и фольгу — толщиной менее 0,2 мм Листовой прокат из стали и цветных металлов в отдельных случаях подразделяют и называют по применению: автотракторная сталь, кровельная жесть, трансформаторная сталь и т. д. Применяют прокат с оловянным, цинковым, алюминиевым и пластмассовым покрытием. Листы, полученные холодной прокаткой, имеют более равномерную толщину и высокую чистоту поверхности.

Цветные металлы прокатывают преимущественно на простые профили — круглый, квадратный, прямоугольный и шестигранник. К специальным видам проката относятся вагонные колеса, шары, периодический прокат.

При холодной прокатке тонколистовой стали для снятия наклепа применяют промежуточный отжиг с последующим протравливанием поверхности для снятия окалины — такие листы называются декорированными. Они применяются для листовой штамповки деталей.

Оборудование — прокатные станы.

Рис. 1. Процесс производства сортамента

Рис. 2. Основные профили сортового проката

Диапазон размеров (толщин) прокатываемого металла довольно широк. От толстолистового проката (>200 мм) до фольги толщиной до 0,001 мм.

Если при прокатке в горячем состоянии точность составляет десятые доли мм, что соответствует 12−14 квалитетам точности, то при прокатке без нагрева точность может быть существенно выше и при прокатке фольги достигает тысячных долей миллиметра.

Шероховатость также зависит от наличия нагрева и при горячей прокатке шероховатость существенно выше (до Rz 320), при холодной же прокатке (фольга) может быть получена весьма низкая шероховатость (менее Ra 0,63).

Ковкой называется процесс горячей обработки металлов давлением, при котором на заготовку воздействуют ударами кувалды, бойка молота, нажатием бойка пресса или другим универсальным инструментом (рис.3).

Рис. 3. Основные операции ковки

Ковка — процесс деформирования нагретой заготовки последовательным ударным воздействием молота или закрепленного в нем инструмента.

Ковка бывает машинной (на молотах и прессах) или ручной. Изделие, полученное ковкой, называется поковкой. Поковки имеют разнообразную форму и по массе могут быть от нескольких граммов до 300 и более килограммов.

Самое сложное по форме металлическое изделие можно получить, выполняя в определенной последовательности основные операции ковки: осадку, вытяжку, рубку, прошивку, раскатку, разгонку, обкатку др.

Осадка — увеличение поперечного сечения за счет высоты ударом по верхней поверхности заготовки.

Вытяжка — удлинение заготовки ударами молота по ее поверхности с поворотом на 90° за счет уменьшения поперечного сечения.

Рубка — отделение части металла с помощью зубила или топора.

Прошивка (пробивка) отверстий с помощью прошвиня (пробойника) с установкой заготовки на приспособление в виде кольца.

Гибка — применяется для гибки заготовки

Раскатка — операция уменьшения толщины стенки цилиндра с помощью оправки или приспособления.

Имеется ряд других операций, сущность которых также заключается в изменении формы нагретой заготовки ударными воздействиями молота с применением различных инструментов.

Для ковки используются пневматические и паровоздушные молоты, молоты, работающие под воздействием пара и гидравлические прессы, где давление создается маслом, поступающим в рабочий цилиндр. Основной характеристикой молота является масса его падающих частей. Имеются молоты с весом падающих частей от 150 кг до 16 т.

Пневматический молот имеет два параллельных цилиндра — рабочий и компрессионный. В рабочем цилиндре движется поршень, связанный с бабой-бойком. Компрессионный поршень, приводимый в движение двигателем с кривошипно-шатунным механизмом, сжимает поочередно воздух в нижней и верхней полостях компрессорного цилиндра и направляет его по каналам, в результате чего происходит опускание (удар) и подъем молота. Для выпуска воздуха из цилиндра и его впуска используются краны, управляемые педалью. Пневматические молоты дают возможность делать отдельные удары автоматически и поддерживать молот в поднятом состоянии или прижимать его к заготовке. Вес падающей части пневматических молотов колеблется от 50 до 1000 кг.

Паро-воздушные молоты приводятся в движение паром или сжатым воздухом, поступающим под давлением 0,4 — 0,8 Мн/м2 (4−8 кГ/см2). Удар молота по заготовке происходит под действием его силы тяжести или под действием силы тяжести молота и давления пара. Действие пресса основано на законе Паскаля, согласно которому давление, производимое внешними силами на поверхность жидкости, одинаково передается по всем направлениям.

Объемная и листовая штамповка. Устройство штампов, технологический процесс и область применения. Оборудование.

Объемная штамповка — процесс изготовления поковки путем заполнения разогретым металлом полости штампа. Производительность штамповки в 50−100 раз выше, чем ковка, дает высокую точность, но требует изготовления дорогостоящих штампов, поэтому при меняется только в массовом и серийном производстве и при изготовлении деталей массой менее 10 кг.

Штамп представляет собой два стальных бруска, имеющих внутренние полости. Они выполнены точно по форме будущей детали и называются ручьями. Нагретая заготовка помещается в полость нижней части штампа. Под воздействием молота верхняя часть штампа выдавливает металл с заполнением ручьев штампа. Излишки металла (3) выдавливаются в кольцеобразную полость и обрезаются при последующей обработке.

Рис. 4. Процесс штамповки металла

Деформация всего объема заготовки требует, несмотря на ее нагрев, значительных усилий, действующих на штамп, поэтому габариты (масса) заготовок обычно ограничена (менее 250кг). Материал при высоких степенях пластической деформации также как и при ковке уплотняется, измельчается зерно, что приводит к улучшению механических свойств изделия. Поэтому процесс применяется при производстве заготовок весьма ответственных

изделий: валов, зубчатых колес, турбинных лопаток и т. д. Точность получаемых заготовок также значительно выше, чем при ковке и достигает 12 квалитета.

Шероховатость же поверхности, из-за наличия окалины на поверхности нагретой заготовки высока (100 — 500мкм).

Листовой штамповкой называется процесс изготовления деталей в штампе из листовой полосы или рулонного материала. Толщина деталей не превышает 10 мм. Она отличается высокой производительностью — до 40 тыс. деталей в смену, полученные детали не требуют дальнейшей доработки. В автомобильной промышленности штамповкой получают до 60% деталей, в приборостроении — до 70%, в ширпотребе — до 95%.

При штамповке вырубке (рис.5) происходит срез материала между краями сложноконтурного пуансона и эквидистантной к нему по контуру матрицей. Пуансон и матрица выполняются из материалов значительно более твердых, чем материал заготовки (закаленная сталь, металлокерамический твердый сплав).

Обычно тонколистовой материал (< 10мм) вырубают без подогрева заготовки, при большей же толщине требуется подогрев. Таким образом, производятся заготовки сложного контура из пластичных металлов.

Размеры заготовок определяются размерами штампов и обычно не превышают 1 м. Точность определяется точностью изготовления матрицы и может достигать 6−7 квалитетов. Шероховатость же поверхности среза в зоне разрушения материала высока, но может быть уменьшена с помощью специальных приемов (чистовая штамповка вырубка).

Рис. 5. Листовая штамповка вырубка, а также профили получаемых изделий

Штамповка вырубка широко применяется в машиностроении, радиоэлектронной промышленности, аэрокосмической промышленности.

Штамповка вытяжка (рис.6) позволяет создавать из плоского листа объемные детали за счет значительной пластической деформации, при которой происходит не только гибка, но и вытяжка материала со значительным изменением его толщины. Поэтому такой метод обработки позволяет обрабатывать только особо пластичные материалы (малоуглеродистая сталь <0,1%C, алюминиевые сплавы, латунь). Штамповке вытяжке обычно предшествует штамповка вырубка для получения контурной плоской заготовки. Как штамповка вытяжка, так и вырубка чрезвычайно производительные процессы (до нескольких сот заготовок в минуту). Поэтому они применяются в серийном и массовом производстве. Штамповкой вытяжкой получают детали кузова автомобиля, металлическую посуду, боеприпасы, консервные банки и многое другое.

Применение их в мелкосерийном и индивидуальном производстве экономически не целесообразно в связи со значительными затратами на подготовку производства (стоимость штампов).

Рис. 6. Штамповочная вытяжка

Прессование и волочение. Основные технологические процессы, область применения и виды продукции.

Прессованием называется процесс выдавливания металла из замкнутой полости (контейнера) через профильное отверстие матрицы (рис.7).

Рис. 7. Примеры профилей поперечных сечений прессованных изделий

Оборудование. Горизонтальные и вертикальные гидравлические прессы с усилием 300−25 000 тонн.

Матрицы, пуансоны для прессования изготавливают из особопрочных сталей и сплавов, так как давления при прессовании весьма велики. Поэтому таким методом получают в основном изделия из алюминиевых и медных сплавов. Форма получаемого профиля может быть весьма сложной, этот метод обеспечивает получение наиболее сложных профилей, таких как оребренные трубы для теплообменных аппаратов, строительные профили (профили рам из легких сплавов).

Точность и качество поверхности получаемых профилей также весьма высоки, так как практически определяются качеством матрицы, точность и шероховатость поверхностей которой может быть достигнута в процессе изготовления. Конечно, в процессе работы матрица изнашивается, что ухудшает вышеуказанные параметры изделия.

Волочение — процесс обжатия металла заготовки при протаскивании ее через волоку — инструмент с отверстием, сечение которого меньше исходного сечения заготовки (Рис.8).

Рис. 8. Схема волочильного стана

В результате процесса поперечное сечение заготовки уменьшается, а длина ее увеличивается. Волочение применяется без нагрева заготовки для получения тонкой проволоки (от 0,002 мм до 4 мм).

За один цикл обжатия в волоке нельзя значительно уменьшить сечение заготовки, так как усилие может быть приложено только к выходящему из волоки концу заготовки и, при чрезмерном усилии, проволока может просто порваться.

Волочением можно также калибровать (с целью повышения точности) прутки различного профиля, тонкостенные трубы и т. д.

Оборудованием являются специальные волочильные станы, на которых за один цикл проволока может получать несколько обжатий. Заготовками для волочения является продукция прокатного производства (проволока «катанка» диаметром 6мм).

Волочением получают всю проволоку для электротехнической и электронной промышленности, стальную проволоку для машиностроения, строительства и т. д.

Точность профиля достигает 6 квалитета, а шероховатость поверхности может быть обеспечена менее 0,32мкм. Волоки, работающие в чрезвычайно напряженном режиме и подвергающиеся интенсивному истиранию, выполняются из сверхтвердых металлокерамических сплавов и кристаллов (алмаз).

3.2 Литейное производство

Литейным производством называется процесс получения фасонных отливок путем заполнения жидким металлом изготовленных для этой цели форм, где залитый металл затвердевает.

Методом литья в зависимости от применяемой технологи можно получить законченные изделия или заготовки, которые затем подвергают механической обработке.

Отливки можно изготавливать из чугуна и стали, меди и алюминия, медных, алюминиевых и других сплавов цветных и мерных металлов. Литьем можно получить детали массой от нескольких граммов (например, детали приборов) до сотен тонн (например, станины крупных станков) с толщиной стенки от 0,5 до 100 мм и более самой сложной конфигурации.

В настоящее время мировое производство литья составляет более 8−107 т в год и охватывает более 1/3 всех операций изготовительного производства. В общем машиностроении оно (по массе) занимает более 60% производства всех деталей машин. Литьем получают как многие металлоемкие, сложные по форме, но малоответственные изделия вроде батарей отопления, так и весьма ответственные детали, какими являются автомобильные блоки цилиндров, поршни, турбинные лопатки, колеса, всевозможные станины, лопасти гидротурбин и другие изделия. Питейное производство широко используется в авиастроении, судостроении, приборостроении, радиоэлектронике, ракетостроении и атомной энергетике — при изготовлении отливок из тугоплавких сплавов. Большой спрос на литье наблюдается в химическом машиностроении, где широко используются трудно обрабатываемые жаропрочные и коррозионно-стойкие сплавы.

Наибольшее количество литья — около 70% от массы in ох отливок — производят из серого чугуна, далее идет стальное ии1ье (около 20%), литье из ковкого чугуна (около 8%), из медных, алюминиевых, титановых и цинковых сплавов.

Современное литейное производство использует около 50 Различных технологий, при этом наиболее часто применяемыми являются следующие виды литья: в песчано-глинистые формы, в металлические формы (кокиль), под давлением, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, центробежное литье, электрошлаковое литье, а также литье под низким давлением, вакуумным всасыванием, выжиманием, жидкой штамповкой.

Формы для заливки металлом применяются разовые (для одной заливки с последующим разрушением) и многоразовые. Рассмотрим основные виды литья.

Литье в песчано-глинистые формы находит широкое применение при производстве крупногабаритных заготовок преимущественно из чугуна и стали. Для его технологического обеспечения изготавливается модельный комплект — набор приспособлений и инструментов, необходимых для изготовления формы. В этот набор входят:

· модель отливки — деревянное изделие, полностью соответствующее по форме и размерам будущей отливке и предназначенное для получения в песчано-глинистой смеси соответствующей полости;

· стержневые ящики — для изготовления стержней, которые устанавливаются в форму с целью создания внутренних полостей или отверстий в отливке;

· модель литниковой системы — деревянное приспособление, предназначенное для образования в песчано-глинистой смеси системы каналов, подводящих расплав в полость формы и отводящих газы;

· опока — приспособление в виде жесткой рамы (открытого ящика), служащее для удержания в нем формовочной смеси при изготовлении форм, транспортирования и заливки металлом;

· подмодельная плита — приспособление, на котором монтируются рассмотренные выше элементы.

Операции могут выполняться вручную, механизированными и автоматизированными способами.

Модельная оснастка изготавливается из дерева, металл.), пластмасс, гипса и др. материалов. Выбор материала оснастки зависит от применяемой технологии литья и серийности производства отливок.

Приготовление формовочных и стержневых смесей состоит в подготовке и смешивании формовочных материалов, к которым относятся огнеупоры (кварцевый песок, шамот — огне упорный кирпич); связующие для придания смеси прочности (глина, смолы, жидкое стекло).

Технологический процесс литья состоит из следующих операций. На подмодельную плиту устанавливается опока, в нее — нижняя часть модели, затем все засыпается глинисто-песчаной смесью, утрамбовывается, и накалываются отверстия для выхода газов. Затем опока переворачивается, на нее устанавливается верхняя часть модели и вторая опока. Снова засыпается смесью, устанавливаются литниковые модели и делаются отверстия для выхода газов. Затем верхняя опока снимается, модель вынимается, вставляются стержни под будущие отверстия, форма собирается, сушится и поступает под заливку. Процессы формовки, как правило, механизированы.

После застывания металла форма разбивается, выбиваются стержни, отливка поступает на обрубку литника и выпора и на зачистку.

Литье в оболочковые формы применяют при массовом производстве отливок небольших размеров (до 1 м и массой до 200 кг), преимущественно тонкостенных. Формовочная смесь падает на нагретую модель, плавится, обволакивает тонким слоем модель и образует на ее поверхности пленку толщиной 6−8 мм. При обратном повороте бункера в нем остается избыток смеси, а на форме образуется оболочка. Для завершения реакции образования пленки оболочку вместе с плитой помещают на 30−40 сек. в печь, нагретую до 250−300°С. Затвердевшую оболочку снимают с плиты толкателем, спаривают с другой оболочкой (полуформой) зажимами или склеивают и получают форму.

Собранную форму помещают в металлический ящик, засыпают песком и заливают металлом. После затвердевания отливки легко освобождаются от оболочки. В оболочковые формы заливают чугун, сталь, а также сплавы цветных металлов.

Литье в оболочковые формы имеет ряд преимуществ: формовка легко автоматизируется с выдачей до 500 оболочек в час; точность отливок в оболочковые формы — 0,3−0,7 мм на 100 мм размера при высоком качестве поверхности, поэтому сокращается или отпадает необходимость механической обработки; расход формовочных материалов в сравнении с формовкой в опоках сокращается в 8−18 раз, отпадает необходимость в опоках.

Литье по выплавляемым (выжигаемым) моделям состоит в том, что модель изготавливается из легкоплавкого или сгораемого материала, выплавляющегося (или сгорающего) при заливке формы металлом.

Технологический процесс состоит из этапов:

1) изготовление пресс-формы для производства моделей деталей и литниковых систем;

2) изготовление выплавляемых моделей путем заполнения пресс-формы легкоплавким жидким или пастоообразным составом (чаще из смеси стеарина с парафином);

3) изготовление моделей литниковой системы того же состава;

4) сборка моделей и литниковой системы и покрытие их огнеупорным составом из порошкообразного кварцевого песка с

добавкой раствора этилсиликата или жидкого стекла в качестве связующего; этот облицовочный состав при прокаливании форм образует прочную оболочку и обеспечивает точность отливки;

5) сборка модели в опоке;

6) заливка металлом с выплавкой (или выжиганием) модели. Получаемые отливки отличаются точностью изготовления

и чистотой обработки. Изготавливают режущий инструмент, лопатки турбин и т. д.

Изготовление отливок центробежным литьем состоит в том, что жидкий металл заливают во вращающуюся литейную форму. Она вращается до застывания металла отливки. При этом металл центробежной силой прижимается к стенкам формы, что обеспечивает получение плотных, с повышенной прочностью отливок, так как газы и неметаллические включения, обладающие меньшей плотностью, вытесняются во внутренние полости отливки и затем их удаляют механической обработкой.

Ось вращения формы может быть горизонтальной, вертикальной и наклонной. Если диаметр отливки значительно меньше ее длины (трубы, гильзы, втулки), то ось вращения формы размещают горизонтально. Если же диаметр отливки больше, чем ее высота (колеса, шкивы, шестерни), то ось вращения располагают вертикально

Использование высокопроизводительных центробежных установок, отсутствие стержней и работ, связанных с их производством, намного повышают производительность труда, а отсутствие литниковой системы значительно экономит металл.

Центробежное литье применяют в массовом, серийном и индивидуальном производстве отливок из различных сплавов в металлических и песчаных формах. Этим способом отливают фановые трубы (рис. 4.8, в), цилиндровые втулки, шестерни, шкивы, орудийные стволы и т. д.

Изготовление отливок в металлических формах (кокилях) заключается в том, что вместо разовой песчано-глинистой формы используют металлическую форму, называемую кокилем. Обладая по сравнению с песчано-глинистыми формами приблизительно в 60 раз более высокой теплопроводностью, кокили обеспечивают мелкозернистую структуру отливок, что повышает их прочность. При кокильном литье отпадает необходимость в модельно-опочной оснастке, в формовочных и стержневых смесях, что дает большую экономию, повышает точность изготовления и чистоту поверхности. Обслуживание кокилей не требует высокой квалификации. Недостаток кокилей — их высокая стоимость, что позволяет применять их только в серийном и массовом производстве. Кроме того, при этом способе могут появляться трещины на отливке при ее остывании из-за неподатливости металлических пресс-форм. Литье в кокиль применяется при массовом производстве отливок из черных и цветных металлов.

Сущность литья под давлением состоит в том, что пресс-форма заливается жидким металлом под принудительным давлением. Литье под давлением применяют главным образом для алюминиевых, магниевых и цинковых сплавов. Давление обеспечивает быстрое и хорошее наполнение пресс-формы, высокую точность и малую шероховатость поверхности. Так как стоимость пресс-формы высокая, то литье под давлением применяют только в массовом производстве, когда в одной и той же форме можно получить до тысячи и более отливок. Производительность машин очень высокая — до 1000 отливок в час при работе в автоматическом режиме.

3.3 Обработка металлов резанием

Обработкой металлов резанием называется процесс, при котором режущим инструментом снимается слой материала заготовки для получения детали нужной формы, заданных размеров и шероховатости (чистоты обработки). На металлорежущих станках получают окончательно готовые, не требующие дальнейшей обработки детали. В качестве заготовок используются отливки, поковки, штамповка, сортовой прокат и другие материалы.

При обработке резанием заготовка и режущий инструмент совершают определенные движения. Они подразделяются на рабочие движения, в процессе которых происходит снятие стружки, и вспомогательные — для подготовки узлов станка к этому процессу. Рабочее движение подразделяется на главное — снятие стружки резцом и подачи — перемещение резца в направлении обработки заготовки. Например, при сверлении вращение сверла является главным движением, а перемещение сверла вдоль оси является движением подачи.

Оборудование для обработки резанием — металлорежущие станки, в зависимости от кинематики движения инструмента и заготовки подразделяется на 10 групп, среди которых основными являются:

токарные;

сверлильные и расточные;

фрезерные;

шлифовальные и заточные;

строгальные, долбежные и протяжные;

зубообрабатывающие;

Основное требование к станку — точность реализации заданной кинематики движений. Так как в процессе резания на инструмент и заготовку действуют значительные усилия, то станок должен обладать существенной жесткостью, иначе точность получаемой поверхности будет ухудшаться. Станки выполняются, поэтому достаточно массивной конструкции, а их подвижные элементы выполняются с высочайшей точностью.

Токарная обработка известна многие столетия, но образ токарного станка, в основном соответствующего сегодняшнему облику, появился в 18 веке. Токарные станки — самый распространенный тип металлорежущего оборудования, что связано с простотой их кинематики, заимствованной в древности, по-видимому, от гончарного круга.

Основным признаком этой схемы обработки является вращение заготовки при поступательном движении инструмента.

Кинематической особенностью фрезерования является вращение инструмента и поступательное или сложное движение заготовки. При фрезеровании происходит прерывистое нагружение лезвий инструмента, что приводит к значительным динамическим усилиям и является причиной возникновения вибраций. Поэтому при фрезеровании сечение среза одним лезвием инструмента существенно меньше, чем при точении. При фрезеровании в большей степени, чем при точении, геометрия обработанной поверхности зависит от формы инструмента. Типаж фрез очень широк, а кинематика процесса позволяет получать сколь угодно сложные поверхности.

Для реализации различных схем шлифования существует широкий типаж шлифовальных станков, определяемых обычно по виду получаемых поверхностей (плоскошлифовальные, круглошлифовальные, внутришлифовальные, зубошлифовальные, заточные и др. шлифовальные станки). Характерной особенностью процессов шлифования является высокая скорость главного движения Dг (обычно 30−80м/с, иногда до 300м/с). Глубина же резания и подача обычно не велики и действующие на заготовку и инструмент силы незначительны. Поэтому шлифованием можно получить наиболее высокую точность обработки при минимальной шероховатости поверхности (до 3−4 квалитета точности, Ra до 0,1мкм).

Строганием и долблением обрабатывают плоские поверхности, а также различные пазы и канавки. Особенность строгальных станков состоит в том, что главное движение у них прямолинейное возвратно — поступательное, а движение подачи совершается периодически только к моменту начала очередного рабочего хода ползуна или стола.

Строгальные станки подразделяются на поперечно — строгальные, продольно — строгальные и долбежные. Долбежные станки выпускаются с наибольшим ходом ползуна от 160 до 1000 мм. В отличие от поперечно — строгального станка у долбежного ползун с резцом движется в вертикальном, а не в горизонтальном направлении.

Протягиванием обрабатывают различные формы: сквозные отверстия, сквозные пазы и полуоткрытые отверстия, наружные поверхности разнообразного контура, тела вращения. Протяжные станки бывают вертикальные и горизонтальные и разделяются на станки для внутреннего и наружного протягивания. Для наружного протягивания обычно применяют вертикальные станки.

Сверлильные и расточные станки применяются для сверления. Рассверливания, растачивания и развертывания отверстий, а также для подрезания бобышек и плоскостей, нарезания резьбы и пр. Основными инструментами, используемыми на сверлильных станках, являются сверла, зенкеры, развертки и метчики, а на расточных ещё резцы.

Наиболее широкое применение получили токарные, фрезерные и многоцелевые станки с ЧПУ. Подготовка процесса обработки состоит из следующих основных этапов: разработки технологического процесса; расчета управляющей программы: вычерчивания эскиза расчетно-технологической карты; присвоения геометрическим элементам контура или траектории перемещения инструмента обозначений, принятых для данной системы автоматизации подготовки управляющих программ (САП); записи программы расчета на языке САП; расчета управляющей программы на ЭВМ; контроля управляющей программы на координатографе и внесения необходимых исправлений; пробной обработки детали на станке с ЧПУ; контроля обработанной детали и внесения исправлений в программу расчета, в технологический процесс и т. д.; обработки партии деталей.

3.4 Сварка, резка и пайка металлов

Электродуговая сварка и резка металлов. Электрическая контактная сварка. Газовая сварка и резка. Сварка давлением. Лазерная и плазменная сварка и резка металлов. Другие виды сварки. Пайка металлов.

Сварка металлов — это технологический процесс получения неразъемных соединений за счет создания межатомных связей.

Сварка плавлением. Основная проблема при сварке плавлением — обеспечить расплавление локальных зон соединяемых частей при сохранении формы и свойств материала основной (большей) части заготовок. Для обеспечения этого условия необходим мощный локальный источник нагрева в качестве которого может выступать электрическая дуга, плазменная струя, лазерный луч и поток электронов.

Электродуговая сварка. Разработана русскими учеными Бенардосом Н. Н., Петровым В. В. Применяется в двух видах: сварка неплавящимся электродом и сварка плавящимся электродом (рис.9).

Рис. 9. Электродуговая сварка

Сварка плавлением обычно возможна только в тех случаях, когда свариваемые металлы образуют при расплавлении единую сварочную ванну, т. е. растворяются друг в друге в жидком состоянии. Поэтому применяется для сварки однородных металлов. Такая сварка применяется в основном в индивидуальном производстве, при ремонте и сварке малоуглеродистых сталей в полевых условиях.

Автоматическая сварка под слоем флюса позволяет значительно увеличить мощность сварочной дуги, что позволяет за один проход сваривать стальные листы толщиной до 25 мм (рис.10). Горение дуги под слоем флюса позволяет защитить свариваемый металл от окисления. Такая сварка может быть полностью автоматизирована. При этом перемещение сварочной дуги (всего аппарата относительно заготовки, перемещение проволоки в зону дуги) обеспечивается специальными следящими системами. Применяется при сварке стальных конструкций (корпуса химических агрегатов, цистерны, корпуса судов и т. д.).

Установка движется относительно детали со скоростью образования сварного шва. Проволока, являющаяся плавящимся электродом, подается со скоростью ее плавления, таким образом, чтобы длина электрической дуги оставалась постоянной.

Рис. 10. Автоматическая сварка под слоем флюса

Электродуговая сварка в защитном газе применяется в тех случаях, когда свариваемые металлы очень активны химически и при высокой температуре интенсивно взаимодействуют с кислородом воздуха (окисляются или даже сгорают) (рис.11). К таким металлам относятся сплавы на основе алюминия, титана и ряда других, редко применяемых в технике. При этом виде сварки поток защитного газа должен омывать нагретые участки сварного шва и зону горения сварочной дуги, так как в ней непосредственно происходит плавление присадочной проволоки, выполненной из того же, что и свариваемые заготовки, материала.

Рис. 11. Электродуговая сварка в защитном газе

В качестве защитных применяются обычно инертные газы (аргон, гелий). При сварке стали высокой эффективностью в качестве защитного обладает углекислый газ. Расход защитного газа существенно удорожает получение сварных конструкций этим методом. Такой вид сварки широко применяется в судостроении, машиностроении, аэрокосмической промышленности.

Газовая сварка. Расплавить металл в зоне сварного шва можно не только электрической дугой, но и пламенем, образующимся при сгорании некоторых газов в кислороде. Так при горении в кислороде водорода, ацетилена и ряда других, реже используемых газов, температура пламени превышает 3000 °C (рис.12). Однако пламя, конечно, является менее концентрированным источником энергии, поэтому таким методом можно сваривать только тонкие заготовки (< 5мм). Применяется такая сварка весьма ограниченно: в полевых условиях, где отсутствуют источники электрического тока, в строительстве (сварка трубопроводов в труднодоступных местах) и т. д.

Рис. 12. Газовая сварка

Кислород и ацетилен обычно поступают из баллонов, которые транспортируются к месту сварки.

Применение современных концентрированных источников тепловой энергии позволило разработать новые виды сварки, электроннолучевую и лазерную, отличающиеся локальностью воздействия на обрабатываемый материал, позволяющие сваривать зачастую разнородные металлы с высокой производительностью. При этом зона расплавления может быть значительно меньше, что повышает качество соединения.

Применяются данные виды сварки в аэрокосмической, судостроительной промышленности, в атомном и общем машиностроении.

Пайка — это технологический процесс получения неразъемных соединений металлов нагревом до расплавления более легкоплавкого присадочного металла — припоя, заполняющего зазор между соединяемыми деталями; основной металл при пайке не плавится, а нагревается до температуры расплавления припоя. В качестве источников тепла при пайке используют газокислородное и газовоздушное пламя, электронагрев, индукционный нагрев, паяльники. К преимуществам пайки относятся отсутствие расплавления и незначительный нагрев основного металла. Эти преимущества позволяют получать высококачественные соединения не только однородных металлов, но и разнородных металлов и сплавов.

Дуговую резку металлов проводят угольными и металлическими электродами путем выплавления расплавленного металла дугой в месте реза. Резку угольным электродом производят постоянным током при прямой полярности. При резке угольными электродами получаются неровные края, натеки, большая ширина реза и пр., поэтому они применяются при разборке старых металлоконструкций, удалении литников и прибылей в отливках.

При помощи газовой резки можно быстро резать стальной материал любой толщины. В машиностроении ею пользуются для раскроя листового материала, для вырезки отверстий и др. Газовая резка дает возможность получать в некоторых случаях заготовки путем вырезки их из блюмов или толстых листов.

3.5 Сборочное производство

Основные понятия о точности изготовления, взаимозаменяемости, допусках, посадках и шероховатости поверхности. Унификация и взаимозаменяемость деталей и узлов. Виды соединений элементов при сборке (разъемные, неразъемные, подвижные, неподвижные — сварка, склеивание, болтовое, шплинтовое и шлицевое соединение и др.). Стационарная и подвижная (конвейерная) сборка. Технологический процесс сборки: стадии, операции, переходы.

Взаимозаменяемость — это свойство независимо изготовленных деталей и сборочных единиц машин и приборов обеспечивать беспригоночную сборку сопрягаемых деталей в сборочные единицы, а сборочных единиц — в изделия при соблюдении предъявляемых к ним требований.

Унификация — это установление минимально — необходимого, но достаточного числа типов, видов, типов размера изделий, сборочных единиц и деталей, обладающих высокими показателями качества и полной взаимозаменяемости.

Допуск — разность между наибольшим и наименьшим предельными размерами или алгебраическая разность между верхним и нижним отклонениями.

Две детали, частично или полностью входящие одна в другую, образуют соединение. Характер соединения определяется посадкой. Посадки бывают с зазором, с натягом и переходные. Если диаметр вала до сборки меньше, чем диаметр отверстия, то посадка получается с зазором. Если диаметр вала до сборки больше, чем диаметр отверстия, то посадка получается с натягом. Переходная посадка характеризуется тем, что в зависимости от действительных размеров сопрягаемых деталей возможно получение как посадки с натягом, так и с зазором.

В машиностроении — совокупность микронеровностей обработанной поверхности. Шероховатость поверхности описывается набором параметров, характеризующих среднюю и максимальную высоты неровностей и их ширины, средние расстояния между ними и т. д. Значения параметров для различных типов изделий и условий их эксплуатации устанавливаются стандартами.

К основным формам сборки машин относятся стационарная (стендовая) и подвижная. Стационарная сборка характеризуется тем, что все детали и узлы подаются на собираемый пост (стенд). При подвижной сборке собираемые узлы машины последовательно перемещаются по всем постам в определенный промежуток времени. При этом каждый пост оснащен специальным оборудованием и инструментом, которые необходимы для выполнения собираемых работ на рабочем посту.

Стационарную сборку можно производить двумя способами:

а) концентрированным (без расчленения сборочных работ) и

б) дифференцированным (по методу расчленения).

В технологических процессах сборочных работ существуют два вида соединений: а) подвижные; б) неподвижные, которые делятся на разъемные и неразъемные.

Разъемные соединения получают путем применения тугих, глухих, напряженных и плотных посадок, винтовых и клиновых соединений и конических посадок.

Неразъемные соединения можно получить сваркой, клепкой, папкой, горячей прессовой посадкой, заливкой металлом и склеиванием карбонильным клеем и т. д.

Подвижные соединения образуются подвижными (скользящими) посадками.

Посадкой, как уже известно, называют соединения деталей, входящих одна в другую с определенным зазором или натягом. Посадки с зазором относят к подвижным, а посадки с натягом к неподвижным соединениям.

Сборку подвижных и неподвижных соединений производят строго, но технологическому процессу и узловому чертежу машины.

При разработке технологического процесса составляют схему сборки, которая необходима для указания последовательности постановки деталей, групп и подгрупп в собираемых узлах машины. Как правило, схему сборки составляют в соответствии со сборочным чертежом и спецификацией деталей машины.

В схеме технологического процесса производят указания методов соединения деталей в узле машины, например, запрессовать, сварить, склепать, смазать, зашплинтовать и т. д.

Технологический процесс — часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда.

Технологическая операция — законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем.

Рабочее место — это зона, оснащенная необходимыми технологическими средствами, в которой совершается трудовая деятельность исполнителя или группы исполнителей (ГОСТ 19 605−11).

Технологический переход — законченная часть технологической операции, выполняемая одними и теми же средствами технологического оснащения при постоянных технологических режимах и установке.

Вспомогательный переход — законченная часть технологической операции, состоящая из действия человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением свойств предметов труда, но необходимы для выполнения технологического перехода.

Заключение

Неотложные нужды народного хозяйства, вызванные необходимостью ходя бы минимальной поддержки технологического уровня в машиностроительном комплексе, определяют приоритеты структурно-инвестиционной политики в машиностроении. Требуется нормализовать инвестиционный процесс путем восстановления спроса на оборудования и межрегиональных кооперационных связей. Особенно важно возродить спрос на оборудования в базовых, жизнеобеспечивающих отраслях народного хозяйства.

В условиях спада производства в отраслях машиностроения целесообразно ограничить закупки за рубежом техники, аналоги которой выпускаются или могут выпускаться в России. Это позволит повысить загрузку производственных мощностей и может, в связи с поставкой ряда видов комплектующих деталей и оборудования, восстановить разорванные производственно-кооперационные связи со странами ближнего зарубежья и бывшими странами СЭВ. Вместе с тем необходима государственная поддержка тех подотраслей машиностроительного комплекса (прежде всего оборонных), чьи производственные мощности позволяют провести техническое перевооружение производственного аппарата страны.

Для реализации структурно-инвестиционной политики страны необходимо сконцентрировать на приоритетных направлениях значительные средства. Одним из дополнительных источников капиталовложений в отечественное машиностроение являются частные инвестиции. Вместе с тем масштабное привлечение средств частных (отечественных и зарубежных) инвесторов в такие подотрасли, как сельскохозяйственное машиностроение и машиностроение для переработки сельскохозяйственной продукции в ближайшее время вообще маловероятно.

Поэтому основная нагрузка по поддержанию жизнеспособности машиностроения для базовых отраслей народного хозяйства ложится на плечи государства.

1. «География России; население и хозяйство: учебник для общеобразовательных учебных заведений.» В. Я. Ром, В. П. Дронов. — М., 2005.

2. «Размещение производительных сил. «/ Под общ. Ред.В. В. Кистанов, Н. В. Копылов, А. Т. Хрущев, М., 2004 год.