Масса деталей из поковок составляет большой процент в общей массе современных машин. Например, масса штампованных деталей в автомобилях доходит до 80 %, в самолетах - до 85 %.

Современные прогрессивные технологические методы обработки металлов давлением позволяют быстро и дешево получать поковки с достаточно точными размерами и малой шероховатостью поверхностей. К таким прогрессивным технологическим методам относятся: штамповка, точная прокатка, штамповка жидкого металла, раскатка роликами, выдавливание, штамповка взрывом.

Получение поковок, размеры которых приближаются к размерам деталей после окончательной обработки, приводит к экономии металла и затрат на последующую механическую обработку. Поэтому некоторое увеличение затрат, связанное, с изготовлением технологического оснащения или применением более дорогого оборудования для изготовления точных поковок, как правило перекрывается экономией затрат на материалы и механическую обработку.

Наибольший эффект достигается при изготовлении поковок в крупных кузнечных цехах, оснащенных современным оборудованием с высокой степенью механизации и автоматизации всех технологических процессов. В связи с этим дальнейшее развитие кузнечных цехов должно идти по линии создания крупных и средних цехов при некоторых машиностроительных заводах или специальных кузнечных заводов.

Все кузнечные цеха делятся на кузнечные, кузнечно-прессовые, кузнечно-штамповочные и специализированные кузнечно-штамповочные.

Для правильной организации ковки необходимо соблюдать два условия:

1) ковка должна выполняться сразу же после окончания нагрева каждой заготовки;

2) ковка или работа на этой стадии должна быть непрерывной.

Соблюдение этих условий достигается загрузкой заготовок в нагревательные печи в определенном количестве и через строго определенные промежутки времени. Ковка может осуществляться как при одном, так и при нескольких нагревах заготовки.

Производственная структура кузнечных цехов характеризуется тем, что в большинстве случаев основные участки организуются либо по технологической однородности оборудования, либо по принципу однородности размеров оборудования.

При технологической специализации кузнечный цех обычно состоит из следующих основных участков: заготовительного, кузнечных, термического, очистки поковок.

Предметная специализация в кузнечных цехах достигается обычно организацией поточных и автоматических линий.

4. Технология термического производства

2) каждая операция с точки зрения структуры и организации является несложной;

Сборочные цеха в большинстве машиностроительных предприятий завершают процесс изготовления изделия. Их продукцией являются готовые изделия. Процесс сборки состоит в соединении и обеспечении правильного взаиморасположения и взаимодействия деталей, сборочных единиц и механизмов изделия.

Технологический процесс сборки определяется объемами производства, технологической сложностью и степенью технологичности конструкции изделия. Сборочные процессы с технологической точкой зрения имеют много общего, что позволяет использовать универсальную технологическую оснастку, типовые технологические процессы и формы организации сборочных процессов.

Сборочные процессы характеризуются высоким удельным весом ручных работ и применением несложного технологического оборудования. Поэтому дифференциация сборочного процесса и синхронизация операций практически неограниченны, что создает благоприятные условия для внедрения поточных методов производства.

Для сборочных процессов характерным является полное отсутствие окончательного брака. Однако в сборочных цехах довольно высоки потери от исправления дефектов предметов труда.

Различают сборочные цеха массового, серийного и единичного производства.

В цехах массового производства технологические процессы максимально дифференцируются и синхронизируются, широко применяется прогрессивная технология и средства механизации и автоматизации, организуются поточные и автоматические линии, оснащенные высокопроизводительным оборудованием и транспортными средствами.

В цехах серийного производства процесс сборки дифференцируется, поэтому возможна специализация рабочих мест. При сборке предметов труда используются поточные методы или их элементы. Доделочные и пригоночные работы сводятся к минимуму.

Производство пластических масс по своему типу относится к типу массового химико-технологического производства. Специализация предприятий по производству пластических масс и высокая степень непрерывности технологического процесса обусловили применение автоматизированного непрерывного технологического потока.

К пластмассам относят обширную группу материалов, составной частью которых являются природные или синтетические высокомолекулярные соединения, способные при повышенной температуре и давлении переходить в пластическое состояние, формироваться под воздействием внешних сил и затем после охлаждения или отверждения устойчиво сохранять приданную форму.

Применение пластмасс очень выгодно. Так 1 т пластмассы заменяет 3 т цветных металлов, а детали из пластмассы в 10 раз дешевле бронзовых и в 15 раз бабитовых. Пластмассовые изделия снижают трудоемкость обработки в 7,5-10 раз по сравнению с обработкой металлов.

Источниками сырья для изготовления пластмасс служат природный газ, нефть, уголь и воздух.

В состав большинства пластмасс, кроме полимерного связующего могут входить наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, стабилизаторы, смазывающие вещества и другие добавки.

Пластмассы могут состоять из одного или нескольких веществ, в зависимости от этого они делятся на простые и сложные.

Простые пластмассы состоят в основном из одного вещества, например из чистых связующих смол, без наполнителя. К простым относятся акрилат (органическое стекло), полистирол и др.

В состав сложных пластмасс, кроме связующих веществ, входят наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, стабилизаторы, красители и специальные вещества. Наиболее распространенными пластмассами этой группы являются фенолопласты, получаемые на основе фенолоформальдегидной смолы, этролы из эфиров целлюлозы и др.

Связующие смолы делятся на искусственные и природные. К искусственным связующими смолам относятся фенолформальдегидная, мочевиноформальдегидная (амидо- и аминоформальдегидные) и др. К связующим смолам природного происхождения относятся янтарь, шеллак, асфальты, канифоль и др.

Наполнители - твердые вещества, которые вводятся для придания или усиления в пластической массе определенных физических свойств: прочности, теплостойкости, негорючести, водостойкости, улучшает внешний вид и повышает диэлектрические свойства. Наполнители разделяются на органические и минеральные, а по строению - на порошкообразные, волокнистые и слоистые.

Пластификаторы - малолетучие, большей частью жидкие вещества придают пластмассе пластичность и гибкость и уменьшают ее хрупкость. Наиболее распространенными пластификаторами являются камфара, дибутилфталат и др.

Красители придают пластмассам необходимую окраску.

В пластмассы часто вводят в небольших количествах и другие добавки: ускорители, обеспечивающие отверждение с нужной скоростью при более низкой температуре; стабилизаторы, способствующие длительному сохранению пластмассой своих первоначальных свойств; смазки, обеспечивающей прессование; светящиеся составы; антисептики против разрушающего воздействия плесени.

Соотношение основных составных частей пластмасс обычно изменяется в следующих пределах: связующая смола - 30-60 %, наполнитель - 40-70 %, смазывающие вещества - 1-2 %, краситель - 1-1,5 %, пластификаторы и другие вещества составляют менее 1 %.

В зависимости от химической природы применяемой смолы и сырья, применяемого для ее производства, пластмассы разделяются на классы, которые подразделяются на группы применительно к химической структуре этих смол (полимеров). Каждая группа в свою очередь распределяется на виды в зависимости от химических и технических наименований пластмасс.

1. Класс А. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией. Пластмассы класса А подразделяются на 9 групп: полимеры этилена, полимеры галоидопроизводных этилена, полимеры алкилпроизводных этилена и т.д. Данные группы в свою очередь подразделяются на 35 видов (этиленолоид, этиленолит, хлорвинилоид, хлорвинилит, изобутиленпласт и др.).

2. Класс Б. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией. Пластмассы класса Б подразделяются на 7 групп: фенопласты (феноло-формальдегидные смолы), аминопласты (амидо- и аминоформальдегидные смолы, кремнийорганические полимеры, полиэфиры и др. Эти группы включают 32 вида пластмасс (фенолит, фенодреволит, резорцинпоасболит, осминоцеллолит, глифталь-слюдослой и т.п.).

3. Класс В. Пластмассы на основе природных химических модифицированных полимеров. В класс В входят 3 группы полимеров пластмассы на основе простых и сложных эфиров целлюлозы и белковых веществ (например галалит). Данные группы полимеров разделяются на 7 видов: метилцеллопленка, этилцеллолит, целлулоид, целлон, этролы и др.

4. Класс Г. Пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов, а также смол, получаемых переработкой различных органических веществ. Этот класс состоит из 3 видов пластмасс: битумоцеллолит, пекоасбослой, битуминолит.

Высокополимерные (высокомолекулярные) вещества получают из низкомолекулярных с помощью реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация - процесс соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ в одну молекулу. При этом выделения какого-либо побочного низкомолекулярного продукта не происходит.

Поликонденсация - процесс образования высокомолекулярного вещества в результате соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ, происходящий с одновременным выделением побочных низкомолекулярных продуктов.

Из полимеризационных смол наиболее широко применяются полиэтилен, полистирол, полимеры и сополимеры хлористого винила, полимеры фторпроизводных этилена, полиакрилаты, полипропилен, поливинилацетат, полиизобутилен, полиформальдегид и некоторые другие. Пластмассы на основе перечисленных смол термопластичны, выпускаются без наполнителя, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, высокой ударной вязкостью, но у большинства из них низкая теплостойкость.

Технологию получения полимеризационных смол можно рассмотреть на примере получения полиэтилена ( - СН₂ - СН₂ - )_n . Полиэтилен получают тремя способами.

Полимеризация под давлением 10⁷-20⁷ Н/м² при температуре 180-220 ^оС с использованием в качестве инициатора небольших количеств кислорода (0,05-0,1 %);

Полимеризация при атмосферном или небольшом давлении (2-10⁵-6-10⁵ Н/м²) и невысокой температуре (60-80 ^оС) в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов в среде нефтяного углеводорода при полном отсутствии влаги и кислорода;

Полимеризация при давлении (25-10⁵-70-10⁵ Н\м²) на окисных катализаторах (Cr₂O₃; CrO₃ и др.) при температуре 130-140 ^оС.

Полиэтилен, полученный последними двумя способами (полиэтилен низкого давления), имеет строго линейное строение, более высокий молекулярный вес (до 70 000) и температуру плавления на 20 ^оС выше, чем полиэтилен высокого давления с разветвленной структурой. Полимеризация этилена при высоком давлении представляет собой цепную реакцию, протекающую по радикальному механизму с выделением большого количества тепла

nC2H4 (- C₂H₄ - )_n + 3650 кДж/кг , (14)

Поэтому для нормального хода процесса важен систематический отвод тепла и строгое регулирование температуры. Скорость процесса полимеризации и выход полимера зависят от степени чистоты исходного газа, количества инициатора, температуры и давления.

Полимеризация полиэтилена под давлением осуществляется или в аппаратах трубчатого типа, или в реакторах с мешалкой. Этилен с необходимым количеством кислорода из газгольдера поступает в компрессор, где сжимается до давления 12-10⁷ Н\м² , а затем в смазкоотделитель. Процесс блочной полимеризации идет в реакторе при 200-250 ^оС. Аппарат, работающий в режиме, близком к идеальному вытеснению, представляет систему толстостенных наклонно расположенных труб с внутренним диаметром до 25 мм в виде длинного змеевика (300-400 м). Полученная смесь расплавленного полиэтилена и непрореагировшего этилена поступает в газоотделитель (давление 25-10⁶ - 30-10⁶ Н/м²), затем в разделитель-приемник (давление 1-10⁵ - 3-10⁵ Н/м²). После снижения давления газ отделяется от полимера, направляемого на стабилизацию, окрашивание и грануляцию. Из ловушки этилен идет на промывку. Суммарное превращение этилена в результате неоднократной циркуляции достигает 95-97 %. Так как трубчатый реактор громоздкий, то применяют и другие типы полимеризаторов. Реактор для полимеризации этилена при высоком давлении с быстроходной мешалкой представляет собой толстостенный сосуд с толщиной стенок 125-150 мм и длиной 5-6 м. В таком аппарате конверсия этилена в полиэтилен идет полнее, но остановка мешалки приводит к полному нарушению процесса, вплоть до взрыва.

Изделия из полиэтилена высокого давления во избежание деформации можно использовать только при температурах не выше 80 ^оС. Такой полиэтилен обладает отличными электроизоляционными свойствами, эластичностью (гибкость сохраняется даже при -60 ^оС), высокой химической стойкостью к различным агрессивным средам.

К поликонденсационным смолам относятся феноло-альдегидные, амино-формальдегидные, полиэфирные и др. Часть из них термопластична, но большая часть термореактивна. Изделия на основе этих смол после отверждения могут эксплуатироваться длительное время и более широком интервале температур и при повышении температуры они меньше меняют свои физико-механические свойства, чем изделия из большинства полимеризационных смол. В то же время смолы этого класса более хрупкие, чем полимеризационные.

Феноло-альдегидные смолы получают в результате реакции поликонденсации фенолов или родственных соединений с альдегидами (формальдегид, фурфурол и т.п.) в присутствии катализаторов (кислых или щелочных). В ходе реакции получаются промежуточные продукты, способные к дальнейшему взаимодействию, с образованием более сложных продуктов конденсации.

В результате поликонденсации получают смолы двух типов: термопластичные (меняющие форму при сильном нагревании) и термореактивные (не меняющие форму даже при сильном нагревании).

Термопластичные смолы, известные под названием новолачных, образуются при избытке фенола в исходной смеси (на 7 молей фенола 6 молей формальдегида) и применением кислых катализаторов.

Термореактивные смолы, называемые резольными, получаются при избытке формальдегида (на 6 молей фенола 7 и более молей формальдегида) и в присутствии щелочного катализатора.

Российская промышленность выпускает новолачные и резольные смолы в сухом и жидком состоянии, а также в виде эмульсий и лаков. Технологический процесс состоит из следующих основных операций:

1) подготовка сырья (плавка фенола, подготовка формалина);

2) дозировка и загрузка сырья в реактор;

3) конденсация (варка) смолы;

4) сушка и слив смолы;

5) охлаждение готовой смолы и ее дальнейшая переработка.

Производство феноло-формальдегидных смол осуществляется периодическим и непрерывным методом. В периодическом методе в качестве варочного котла (реактора) применяется цилиндрический аппарат, изготовленный из легированной стали емкостью 5-15 м³. Аппарат имеет сферическое дно и сливной штуцер с краном и запорным устройством для выпуска готовой смолы. Работающий в близком к полному смешению режиме реактор снабжен мешалкой якорного типа и водяной рубашкой для охлаждения (нагрева) реакционной смеси.

Для непрерывной поликонденсации используются реакторы, состоящие из секций полного смешения. Аппарат представляет собой колонну, состоящую из расположенных одна над другой секций. Мешалки всех секций имеют общий вал и приводятся в движение от одного двигателя. Все исходные вещества поступают в колонну смешения при атмосферном давлении и температуре 95-98 ^оС. Образовавшаяся смола отделяется от надсмольной воды в сепараторе и направляется на сушку, а затем в смолоприемник на охлаждение.

Феноло-формальдегидные смолы используются в различных видах:

- без наполнителей (литые резиты);

- в виде прессовочных материалов (наполнитель порошкообразный или волокнистый);

- как связующее для слоистых пластиков;

- в виде клеев и лаков для покрытий по металлу или дереву;

- для изготовления поропластов.

Характерной особенностью свеклосахарного производства является небольшое количество выпускаемых изделий (сахар-песок, сахар-рафинад), что обуславливает высокую степень специализации производства и постоянную структуру производственных процессов в течение всего технологического периода. В связи с этим свеклосахарное производство относится к типу массового химико-технологического производства. Специализация сахарных заводов и высокая степень непрерывности технологического процесса обусловили применение механизированного ритмичного непрерывного потока.

В качестве типовой технологической схемы сахарного производства в РФ принята схеме с тремя утфелями (трехпродуктовая), эта схема обеспечивает получение сахара высокого качества.

Технологический процесс включает следующие операции: мойка свеклы, взвешивание, получение стружки, диффузия, дефекация, 1-я сатурация, фильтрование, 2-я сатурация, фильтрование, сульфитация, выпаривание, промывание и пробеливание сахара, сушка сахара, упаковка.

Свекла подается на завод по гидротранспортеру, в котором свекла моется и от нее отделяются легкие и тяжелые примеси, после водоотделителя вторая мойка свеклы осуществляется в трехкамерном моечном агрегате (на 1 кг свеклы расходуется около 600 кг воды).

Для получения стружки чистая свекла через систему автоматических весов подается на центробежную свеклорезку (ЦБС-500, ЦБС-800), производительность которой 500-800 кг/час. В зависимости от конфигурации свеклорезных ножей получают стружку пластинчатой или желобчатой формы толщиной от 0,5 до 1,5 мм и шириной 3-5мм, длиной от 1 до 5см.

Свекловичная стружка от свеклорезок направляется при помощи грабельного транспортера в диффузионный аппарат для извлечения из нее сахара экстрагентом - горячей водой. В настоящее время применяются различные диффузионные аппараты, но принцип их действия одинаков - противоточный, т. е. свекловичная стружка и экстрагент перемещаются навстречу друг другу. В нашей стране используются колонные (КДА) и наклонные (С-17) диффузионные аппараты.

Для извлечения сахара необходимо свекловичную стружку нагреть перед поступлением в аппарат. Подогрев осуществляют в специальном ошпаривателе или в самом диффузионном аппарате при помощи греющих камер или путем подачи подогретого рециркуляционного сока. Обычно в аппаратах непрерывного действия этот процесс ведут при температуре 72-75 ^оС.

Аппараты непрерывного действия отличаются друг от друга расположением корпуса и конструкцией транспортирующих устройств.

Независимо от конструкции аппарата эффективность его работы определяется, исходя из закона Фика, поверхностью контакта фаз, разностью концентраций сахара в клетках свекловичной стружки и в диффузионном соке и временем процесса диффузии и температурой ошпаривания стружки.

Средние величины этих параметров определены практикой и находятся в следующих пределах: длина 100 г стружки равна 8-20 м; отбор диффузионного сока из аппарата - 110-130 % к массе стружки; температура - 72-75 ^оС и время диффузионного процесса - 60-90 мин.

Продуктами диффузионного процесса являются диффузионный сок и жом. Диффузионный сок содержит в среднем 15 % сахара по отношению к массе свеклы, а также растворимые пектиновые вещества и другие несахара. Диффузионный сок имеет темный цвет и пенящуюся консистенцию, поэтому он поступает на очистку.

В первую очередь сок очищают от содержащейся мезги, т. е. мелких кусочков свекловичной стружки, проходящей через отверстия сит диффузионных аппаратов. Такую очистку осуществляют на мезголовушках непрерывного действия. Эта операция необходима, так как мезга содержит протопектин, который в щелочной среде переходит в раствор и на следующей стадии очистки с известью может образовывать осадок, затрудняющий фильтрацию.

Схема очистки включает: дефекацию, состоящую из преддефекации и основной дефекации, 1-ю сатурацию, фильтрацию, 2-ю сатурацию и сульфитацию.

Обычно дефекация проводится в два приема. Сначала на предварительную дефекацию подают 0,2-0,3 % извести к массе свеклы, а затем около 2,5 % на основную дефекацию. Общее количество извести, идущее на дефекацию, зависит от качества перерабатываемой свеклы.

Цель дефекации состоит в том, чтобы воздействием извести нейтрализовать свободные кислоты диффузионного сока, скоагулировать значительную часть коллоидных веществ и осадить другие несахара. Процесс преддефикации проводят в течение 3-5 мин, процесс основной дефекации - 8-10 мин. Аппараты дефекации представляют собой цилиндрические емкости с мешалкой непрерывного действия.

После дефекации сок самотеком поступает в сатуратор непрерывного действия. Там он обрабатывается сатурационным газом, содержащим 28-32 % СО₂. Сатурационный газ подается в сатуратор при помощи специального газового насоса. Температура сока после дефекации должна быть 82-84 %, а щелочность 1,7-2,0 %.

В результате взаимодействия углекислоты сатурационного газа на свободную известь щелочность сока на 1-й сатурации понижается. При этом происходит нейтрализация извести с образованием мелкокристаллического осадка СаСО₃. Очистка сока протекает тем полнее, чем больше поверхность контакта твердой и жидкой фаз.

В процессе 1-й сатурации сок немного остывает, перед фильтрацией его нагревают до температуры 100 ^оС. Фильтрацию осуществляют в дисковых или патронных фильтрах.

Цель 2-й сатурации состоит в уменьшении содержания извести, солей кальция и других химических и механических примесей в соке до минимального предела. Адсорбирующее действие выпадающего мелко кристаллического осадка обеспечивает дальнейшее повышение частоты сока и снижение его цветности. При нормальном режиме 2-ой сатурации содержание кальциевых солей в соке не должно превышать 0,002 % СаО.

Фильтрованный сок второй сатурации направляют на следующую стадию очистки - сульфитацию.

Цель сульфитации заключается в осветлении сока путем превращения красящих веществ в бесцветные, а также снижение его вязкости для улучшения условий фильтрации и стерилизации.

При сульфитации сок обрабатывается сернистым газом, содержащим 12-15 % сернистого ангидрида (SО₂). Перед сульфитацией сок нагревается до температуры 85-90 ^оС. При пропускании сернистого газа через слой сока в растворе получается сернистая кислота (H₂SO₃), которая является сильным восстановителем.

После сульфитации сок имеет слабую щелочную реакцию. Время сульфитации в сульфитаторах со слоем сока составляет 5 мин, а в оросительных сульфитаторах практически процесс протекает быстротечно.

Выпаривание воды из сока производится всегда в два этапа: на выпарных аппаратах и в вакуум-выпарных аппаратах. На выпарных многокорпусных установках удаляется большая часть воды, примерно 90-95 % по отношению к массе свеклы, что составляет для завода со средней производительностью 3000 т свеклы в сутки около 125 т/ч. Применение многокорпусных выпарных установок позволяет последовательно многократно использовать пар, поступающий на первый корпус.

На выпарной установке очищенный сок концентрируется с 14-15 % до 65-70 % сухих веществ и превращается в сироп.

Затем из сиропа в вакуум-аппаратах выпаривается еще 15-20 % воды, при этом образуется густая масса, называемая утфелем.

Утфель после очистки и отбеливания направляется на следующую стадию - получение кристаллов. Процесс получения кристаллов осуществляется в цилиндрическом сосуде с мешалкой - утфелемешалке. Для образования кристаллов в утфелемешалку вводят сахарную пудру, на кристаллах которой происходит наращивание кристаллов сахара. Процесс кристаллообразования заканчивается при получении около 55 % кристаллов и межкристаллической жидкости.

Для отделения кристаллов сахара (с содержанием сахарозы 92,5-93 %) от межкристаллической жидкости используют центрифуги. Типовой является подвесная автоматическая центрифуга циклического действия АПН-1250.

При максимальной частоте вращения ротора (около 1500 об/мин) отделяется межкристаллическая жидкость (зеленый оттек), однако кристаллы сахара имеют желтоватый цвет, так как на их поверхности еще удерживается тонкий слой межкристаллической жидкости. Для удаления этого слоя кристаллы сахара пробеливают, для этого их промывают теплой водой при температуре около 50 ^оС. Процесс пробеливания осуществляется 4-5 раз.

После пробеливания сахар выгружается из центрифуги, имея температуру около 70 ^оС и влажность около 0,5 %. Такой сахар высушивается до влажности 0,05-0,1 % в воздушных сушилках непрерывного действия.

Полученный сахар-песок, первого выхода имеет следующие показатели:

Влажность, не более 0,12 %,

Содержание сахарозы, на СВ, не менее 99,75 %,

Содержание редуцирующих веществ, на СВ, не более 0,05 %,

Содержание углекислой золы, на СВ, не более 0,03 %,

Цветность на 100 частей СВ, не более 0,8 град

2. Технология кондитерского производства

Контрольные вопросы