Технологические процессы в литейном производстве

Содержание

1 Производство и применение полимерных металлов и пластмассы в народном хозяйстве

2 Анализ и экономическая оценка технологических процессов в литейном производстве

3 Точность размеров и шероховатость поверхностей, их оптимизация, шлифовка и полировка поверхности, значение и область применения

4 Стадии технологической подготовки производства на машиностроительном предприятии

Список использованных источников

1 Производство и применение полимерных металлов и пластмассы в народном хозяйстве

Полимерами называются продукты химического соединения одинаковых молекул в виде многократно повторяющихся звеньев. Молекулы полимеров состоят из десятков и сотен тысяч атомов. К полимерам относятся: целлюлоза, каучуки, пластмассы, химические волокна, лаки клеи, пленки, различные смолы и др.

По своему происхождению полимерные материалы делятся на природные и синтетические. К природным относятся: крахмал, канифоли белки, натуральный каучук и др. Основную массу полимерных материалов, применяемых в современной промышленности, составляют синтетические полимеры. Они получаются с помощью реакций полимеризации (без образования побочных продуктов), например, получение полиэтилена, и поликонденсации (с образованием побочных продуктов), например, получение фенолформальдегидных смол.

Получение полимеров по реакции полимеризации осуществляется следующим процессом. В реакцию полимеризации вступают органические вещества, содержащие в молекуле двойные связи (например, этилен СН2 = СН2). Под воздействием света, тепла, давления или в присутствии катализаторов молекулы веществ за счет раскрытия двойных связей соединяются друг с другом, образуя полимер, химический состав которого, в случае полимеризации этилена, может быть выражен формулой:

(- СН2 - СН2)n, где n - степень полимеризации, т.е. число, показывающее, сколько молекул мономера объединилось при полимеризации в молекулы полимера.

При получении полимеров по реакции поликонденсации в реакцию вступают два мономерных продукта с образованием полимера и образованием побочного продукта.

Среди полимерных материалов особое место принадлежит пластмассам. Это материал, в состав которого в качестве основного компонента входят высокомолекулярные синтетические смолы. Их получают путем химического синтеза простейших веществ, извлекаемых из столь доступного сырья, как уголь, известь, воздух, нефть, природные газы.

Главное преимущество использования пластмасс по сравнению с другими материалами - это простота переработки их в изделия. Присущие им пластические свойства позволяют с помощью пресс-автоматов, автоматов для литья и др. изготавливать в час сотни деталей сложных конфигураций. При этом расход материалов минимальный (практически нет отходов), уменьшается количество станков и обслуживающего персонала, сокращается расход электроэнергии. Ввиду этого требуется значительно меньше капиталовложений в организацию производства изделий из пластмасс.

Все вышеперечисленные достоинства пластмасс определили высокую технико-экономическую эффективность их использования и способствовали тому, чтобы в современном производстве эти материалы тали не только заменителями дорогостоящих металлов и сплавов, но и состоятельными уникальными конструкционными материалами.

Пластмассы широко применяются в народном хозяйстве: в машиностроении, приборостроении, электро- и радиотехнике, быту и т.п. Они сочетают в себе ряд ценных свойств: являются хорошими диэлектриками, теплоизоляционными материалами, могут быть оптически- и радиопрозрачными, упругими или эластичными. Они имеют низкую плотность, высокую коррозионную стойкость, легко формуются в изделия, могут заменять металлы и сплавы, имеют невысокую стоимость.

Методы переработки пластмасс и изготовления пластмассовых изделий зависят от отношения пластмасс к температуре. Выделяют термопластичные и термореактивные пластмассы.

К термореактивным относятся пластмассы, которые при нагревании до определенной температуры размягчаются, а затем переходят необратимо в неплавкое и нерастворимое состояние. Этот переход обусловлен химическими превращениями, происходящими в пластмассе при нагревании. Термореактивные пластмассы после отвердевания не могут быть переработаны повторно и поэтому называются необратимыми. Примером термореактивных пластмасс могут служить фенопласты.

Изделия из термореактивной пластмассы получают методом прессования на механических или гидравлических прессах в специальных пресс-формах. Последние имеют внутреннюю полость, соответствующую форме и размерам будущего изделия, и обычно состоят из двух разъемных частей - матрицы и пуансона. Матрица укрепляется на нижней плите пресса, пуансон - на подвижном ползуне пресса. Отмеренное количество пресс-порошка, нагретого до 90-120 °С, подается в матрицу, имеющую температуру, необходимую для прессования. Под воздействием тепла от нагретой матрицы полимер размягчается и приобретает необходимую пластичность. Под действием пуансона размягченный материал заполняет полость пресс-формы. При этом в термореактивной смоле проходят сложные химические превращения, приводящие к образованию неплавкого материала. Затвердевание изделия происходит в форме, находящейся под давлением. После определенной выдержки изделие извлекается из пресс-формы. Температура, давление и время прессования определяются свойствами прессуемых материалов. Кроме того, для переработки термореактивных пластмасс применяют и метод выдавливания, или экструзию. Этим методом получают изделия плоской (листы, пленки) или цилиндрической (стержни, трубы) формы.

Чтобы лучше представить себе некоторые механические свойства пластмасс, сравним эти свойства с аналогичными свойствами некоторых металлов. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см3; имеются особые типы пластмасс (пенопласты) с плотностью 0,02 - 0,1 г/см3. В среднем пластмассы примерно в 2 раза легче алюминия и в 5-8 раз легче стали, меди и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более чем в 10 раз легче пробки. Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др.

По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи.

Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.

В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.

По своим антифрикционным свойствам многие пластмассы значительно превосходят лучшие антифрикционные сплавы металлов. Многие типы пластмасс при использовании их для подшипников не требуют смазки, другие же могут «смазываться» просто водой.

Наряду с большой механической прочностью некоторые виды пластмасс обладают прекрасными оптическими свойствами.

Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность, не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.

По методам переработки пластмассы имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.

Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.).

Перечислим лишь основные отрасли промышленности, в которых в широких масштабах применяются пластические массы.

В электротехнической и радиотехнической промышленности пластмассы используются в качестве конструкционных и изоляционных материалов при производстве электродвигателей, трансформаторов, электрических кабелей и проводов, радиоаппаратуры, телевизоров, печатных схем и др. В машиностроении пластмассы применяют для производства конструкционных элементов машин и механизмов, бесшумно трущихся частей машин, самосмазывающихся подшипников, многих деталей станков и машин, подвергающихся в процессе работы истиранию.

Некоторые виды пластмасс, обладающие высокой стойкостью в агрессивных средах, используются в химическом и нефтяном машиностроении и др.

Особенно высокий экономический эффект дает применение пластмасс в тяжелом, энергетическом, транспортном и химическом машиностроении, автомобиле- и приборостроении. Широкое применение пластмассы находят также в строительстве. Из них изготавливают высококачественные термо- , гидро- и звукоизоляционные материалы, арматуру, санитарно-техническое оборудование и др.

Подсчитано, что суммарный экономический эффект от использования пластмасс в народном хозяйстве за седьмую и восьмую пятилетки составил более 3,6 трлн. руб.

2 Анализ и экономическая оценка технологических процессов в литейном производстве

Литейное производство изготавливает достаточно большой ассортимент различных заготовок из черных и цветных металлов и сплавов. Характерной особенностью способа получения заготовок литьем является техническая и экономическая целесообразность его применения при индивидуальном, серийном и массовом производстве, причем масса отливок может лежать в широком диапазоне.

Сущность способа литья заготовок заключается в том, что приготовленный по специальной технологии расплав металла определенного состава разливают в литейные формы, где он, застывая, приобретает соответствующие размеры и форму. В зависимости от вида литейной формы разливают литье в разовые и постоянные (многоразовые) формы. Наибольшее количество отливок (до 80 %) получают литьем в песчаные (земляно-песчаные) формы, так как этот метод является универсальным применительно к литейным материалам, типу производства, к массе и габаритам отливок. Этим способом отливают: станины и корпуса машин, шкивы, диски, кольца, секции отопительных радиаторов, головки и блоки цилиндров двигателей, люки и плиты, зубчатые колеса и т.д.

Многоразовые формы изготавливают из металлических сплавов (чугун, сталь, алюминиевые сплавы и т. д.), гипса, глины, графита, керамических и металлокерамических материалов, бетона. Метод литья в многоразовые формы не может быть применен в индивидуальном и мелкосерийном производстве, поскольку изготовление постоянной литейной формы - дорогостоящий процесс по сравнению с производством песчаной формы. Литье в металлические формы получило название как литье в кокиль. Распространен метод литья в металлические формы под давлением, который позволяет получить отливки с более плотной структурой при минимальном количестве внутренних пустот.

При разработке и реализации технологического процесса изготовления литья важным является получить плавку сплава нужного химсостава и отлить из него качественное литье без внутренних и внешних дефектов. Вторая задача решается выбором соответствующей литейной формы и конструированием литниковой системы, которая обеспечивает качественное заполнение всех элементов формы и получение плотной структуры металла отливки.

Технологичность конструкции отливки характеризуется условиями формовки песчаной формы, заливки ее жидким металлом, остывания расплава, извлечения отливки из формы (выбивки), удаления стержней, формирующих внутренние полости заготовки, отделения литниковой системы от отливки, обрубки заусенцев.

При изготовлении литейной песчаной формы применяют металлические опоки, а также деревянные или металлические модели. Формовку осуществляют на специальных формовочных вибрационных машинах, которые уплотняют формовочную смесь вокруг модели и позволяют получить достаточную прочность ее сцепления со стенками опоки, представляющей собой ящик без дна. После уплотнения смеси опоку поднимают над плитой и моделью и совмещают со второй соответствующей опокой, оформляющей вторую половину отливки. В одной из опок формируют литник и литниковую систему, по которой расплавленный металл поступает в полость формы. При наличии в отливке внутренних полостей, например, в секции отопительного радиатора, в одну из опок устанавливают так называемые стержни, выполненные из специальной смеси, которая должна после затвердевания металла легко удаляться механическим разрушением.

Для массовой отливки мелких и средних заготовок применяют метод литья в оболочковые формы (литье по выплавляемым, растворяемым, замораживаемым моделям и т. п.), суть которого заключается в том, что модель изготавливается из легкоплавкого (технический воск) или растворяемого материала. Эту модель путем погружения, например, в жидкостекольный раствор, покрывают тонким слоем твердеющего при повышенной температуре специального состава. При затвердевании оболочки сама модель расплавляется и удаляется. Оболочки объединяются литниковой системой. Этот способ позволяет получить высококачественное и точное литье с низкой шероховатостью поверхности. Таким образом, получают лопатки турбин, шестерни, детали машин и приборов.

Плавку чугуна осуществляют в вагранках, затем жидким расплавом заполняют специальные разливочные ковши. Сталь и цветные металлы плавят в электродуговых и индукционных печах, используя металлолом или специальные чушки, поступающие из металлургических предприятий. При выплавке чугуна в относительно небольших объемах применяют также электродуговые и индукционные установки.

Обычно литейный цех состоит из участков: подготовки шихты (исходных материалов для загрузки их в плавильные установки), плавки металла, подготовки формовочной смеси, стержней, формовки, заливки, выбивки отливок, термообработки и отделки. Учитывая специфику литейного производства, требующего высокой квалификации металлургов, производство литья целесообразно выполнять на специализированных предприятиях, получивших наименование "цетролиты". Они способны обеспечить высококачественным литьем предприятия, относящиеся к различным типам производства и отраслям.

Заготовки в виде литья могут быть успешно использованы для изготовления деталей, не испытывающих ударных нагрузок, не рассчитываемых на прочность, с размерами, определяемыми конструктивными технологическими соображениями. Детали ответственного назначения, особенно такие, которые обеспечивают безопасность функционирования устройства машины или механизма, например детали рулевого механизма автомобиля, не могут быть изготовлены из отливок.

3 Точность размеров и шероховатость поверхностей, их оптимизация, шлифовка и полировка поверхности, значение и область применения

Процесс обработки материалов резанием получил большое распространение во всех отраслях производства для формоизменения и придания соответствующих размеров заготовкам из различных материалов: дерева, природного камня, металлов и сплавов, пластмасс, стекла, керамических материалов. Сущность процесса заключается в том, что с помощью режущего инструмента с заготовки удаляют в определенных местах так называемый припуск, последовательно приближая ее форму и размеры к требуемым, превращая ее в готовое изделие. Обработку резанием можно производить вручную и с помощью станков. При ручной обработке в качестве инструмента используют зубчатую пилу (ножовку), стамеску и долото, топор, рубанок и фуганок, резец, сверло, рашпиль и напильник, зубило, надфиль, метчик и плашку, абразивный брусок или наждачную бумагу; при станочной обработке - резец, фрезу, ножовку, ленточную или дисковую зубчатую пилу, сверло, протяжку и долбяк, метчик и плашку, абразивный круг и др.

Преимуществом обработки материалов резанием является возможность получения геометрической формы точных размеров с низкой шероховатостью поверхности при различном типе производства. Резанием обрабатывают различные материалы, свойства которых лежат в широком диапазоне: это пластичные и хрупкие материалы, металлические и неметаллические, природные и искусственные, твердые и мягкие. В подавляющем большинстве случаев, чтобы обеспечить требуемую точность размеров и формы, расположения поверхностей детали, необходимо на заключительной стадии изготовления деталей применять обработку резанием. Выполненные при обработке размеры, форма и расположение поверхностей и их шероховатость определяют фактические зазоры и натяги в соединениях деталей машин и механизмов, влияющие на их качество, технические и экономические показатели продукции.

Для нормирования точности изготовления изделий установлены степени точности - квалитеты. Квалитет - это совокупность допусков, соответствующих одинаковой степени точности для номинальных размеров. В соответствии с действующим стандартом установлено 19 квалитетов точности: 01, 0, 1, 2, 3, ... ,17. Самый точный - 01, самый грубый - 17-й квалитет. Допуск квалитета обозначают буквами IT и цифрой квалитета. Номинальный размер - размер, который служит началом отсчета отклонения и относительно определяет предельные допустимые размеры (наибольший и наименьший). Допуск - это разница между наибольшим и наименьшим предельными размерами. На чертеже детали указывают номинальный размер и отклонения (верхнее и нижнее).

Для измерения и контроля размеров применяют мерительный инструмент и приборы. Простейшими и наиболее часто применяемыми инструментами являются: линейка, угломер, штангенциркуль, микрометр, глубиномер, нутромер, предназначенный для измерения внутренних, размеров.

Шероховатость поверхности - это совокупность неровностей, образующих рельеф поверхности детали или заготовки, рассматриваемый в пределах базовой длины. Для численного определения величины шероховатости поверхности используют базовую линию, которая представляет собой среднюю линию профиля неровностей, относительно которой рассматривают и измеряют высоту выступов и глубину впадин. Для характеристики шероховатости часто используют параметр Ra - среднее арифметическое отклонение профиля в пределах базовой длины. Величина Ra может быть в пределах от 0,008 до 100 мкм; наименьшее значение шероховатости можно получить при полировке, наибольшее - при строгании. При измерении шероховатости грубо обработанных поверхностей применяют параметр Rz - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины. Величина Rz может лежать в пределах от 0,025 до 1600 мкм.

Параметры шероховатости поверхности измеряют контактными методами с помощью щуповых приборов (профилографы, профилометры), приборов светового сечения, теневого сечения, растровых микроскопов, микроинтерферометров.

Наибольшее распространение получили следующие способы обработки материалов резанием: точение и растачивание, фрезерование, сверление, строгание, шлифование, протягивание, нарезка внутренней и внешней резьбы, полирование. Для выполнения рабочих операций обработки резанием применяют универсальное (токарный, фрезерный или сверлильный станок), специализированное (долбежный станок) и специальное (резьбошлифовальный или зубофрезерный станок) оборудование.

Для изготовления металлоизделий резанием чаще всего используются штучные заготовки, которые получают в заготовительных цехах (литейных, кузнечных, штамповочных), или разделением сортовых профилей. На автоматах используют многоштучные заготовки в виде прутков, труб, бухты проволоки, которые подаются на рабочее место в состоянии поставки из металлургического предприятия. Часто обработка резанием деталей машин протекает в два этапа: обработка до операций металлоупрочнения (закалка, улучшение, хромирование) и абразивная обработка, с помощью которой достигают требуемой точности размеров и шероховатости поверхности.

Качество и производительность обработки материалов резанием во многом зависит от применяемого инструмента, материала конструкции режущей кромки резца, фрезы, сверла. Известно, что наивысшее качество обработки поверхностей обеспечивают твердосплавные, керамические и алмазные инструменты.

4 Стадии технологической подготовки производства на машиностроительном предприятии

Развитие технологии машиностроения на отдельных этапах характеризовалась до недавнего прошлого глубокой индивидуализацией, как конструктивных форм деталей машин, так и методов их изготовление, что заставляло решать в процессе производства ряд весьма сложных технологических задач. До начала XIX в. производство значительного числа машиностроительных заводов носило индивидуальный и мелкосерийный характер. Только на отдельных, главным образом военных, заводах имело место серийное, а в ряде случаев и массовое производство в совместном понимании. Технико-организационная особенность завода этого типа, отличающая их от заводов мелкосерийного, а тем более индивидуального производства, состояла и состоит в резком разграничении во времени процессов подготовки производства и процессов производства. На заводах индивидуального и мелкосерийного производства эти процессы, напротив, либо недостаточно четко разграничены во времени, либо даже совпадают, т.е. подготовка осуществляется в процессе производства.

Технологическая подготовка производства (ТПП) - это совокупность работ, определяющих последовательность выполнения производственного процесса нового изделия наиболее; рациональными способами с учетом конкретных условий производства данного предприятия. Основная задача технологической подготовки производства - обеспечить высокое качество изготовления изделия и создать условия для соблюдения принципов рациональной организации производственных процессов, улучшения использования оборудования и производственных площадей, роста производительности труда, снижения расхода материалов и энергоресурсов.

Согласно Единой системе технологической документации (EСТД) технологическая подготовка производства должна включать следующие стадии:

1) технологический анализ рабочих чертежей и их контроль на предмет технологичности конструкции деталей и сборочных единиц;

2) разработку прогрессивных технологических процессов;

3) проектирование специальных инструментов, технологической оснастки и оборудования для изготовления нового изделия;

4) выполнение планировок цехов и производственных участков с расстановкой оборудования согласно разработанным технологическим маршрутам;

5) выверку, отладку и внедрение технологических процессов;

6) расчеты производственной мощности предприятия, нормативов расхода материалов и энергоресурсов.

В ОГТ все рабочие чертежи деталей подвергается технологическому анализу в соответствии с требованиями стандартов, который включает контроль на предмет их технологичности и возможности изготовления в условиях производства данного предприятия. Для его проведения и сокращения сроков проектирования приглашаются технологи в ОГК ; для участия в конструкторской подготовке. При анализе выявляются и предусматриваются возможности использования типовых технологических процессов, стандартной оснастки, средств механизации и автоматизации, имеющегося оборудовании и производственной мощности предприятия. Процесс согласования чертежей имеет психологический аспект и проходит неравнозначно. Изменения в рабочих чертежах деталей оформляются актом согласования между работниками ОГК и ОГТ.

Разработка прогрессивных технологических процессов начинается с определения технологических маршрутов движения деталей и сборочных единиц в цехах и между цехами при их изготовлении и сборке. Затем разрабатываются технологические процессы получения заготовок, их обработки, сборки узлов, агрегатов и изделия в целом.

На каждую деталь составляется технологическая карта, в которой последовательно указываются операции, переходы и проходы, тип и модель применяемого на каждой операции оборудования (характеристика, технологическая оснастка), виды режущего (обрабатывающего) и контрольного (измерительного) инструментов, режимы резания (число оборотов, глубина резания, величина подачи и др.), разряд работы и нормы времени.

Одновременно с разработкой технологических процессов решаются вопросы и о методах организации производства. На основании технологических процессов возникает необходимость проектирования специальных инструментов, оснастки и оборудования и их изготовления на предприятии. При этом предусматривается максимально использовать имеющиеся оборудование с необходимой его модернизацией, оснастку и инструмент. На крупных машиностроительных предприятиях проектирование и изготовление специального оборудования выполняется отделами станкостроения с их производственными подразделениями.

По разработанным технологическим маршрутам движения деталей составляется планировка цехов и производственных участков, на которых показаны в масштабе площади помещений, расставленное оборудование с учетом его условной конфигурации и спецификации (номер, тип, модель, характеристика). При необходимости в соответствии с этими планировками производятся перестановка оборудования с его наладкой на новые операции, реконструкция цехов и строительство новых объектов.

После расстановки оборудования в цехах выполняются выверка, отладка и внедрение технологических процессов непосредственно на рабочих местах. Технологический процесс считается внедренным, если изготовление деталей, сборка узлов и изделия в целом осуществляются в соответствии с изложенными в нем требованиями и запроектированными нормами времени. Это оформляется актом внедрения технологического процесса, после чего цех полностью отвечает за соблюдение технологической дисциплины.

Следует учитывать, что технологическая подготовка производства осуществляется уже при изготовлении опытного образца, установочной партии и по мере освоения серийного выпуска новых изделий.

Изготовление опытного образца в экспериментальном цехе позволяет технологам проверить технологичность каждой детали и пригодность оснастки и инструмента, хотя такой контроль является неполным и ориентировочным из-за единичного типа производства. Установочная партия изделий обычно изготавливается в цехах основного производства с серийным или массовым типом производства, что позволяет; более качественно осуществлять анализ технологичности деталей. При организации поточного производства в этот период осуществляется окончательная синхронизация операций технологического процесса.

По каждому технологическому процессу на все операции рассчитывают нормы времени, нормативы расхода материальных и энергетических ресурсов, что выполняют бюро нормативов ОГТ. Технологи устанавливают "узкие" места и "ведущие группы оборудования" и согласно методике рассчитывают производственную мощность предприятия и цехов. Другие подразделения ОГТ запрашивают в отделе материально-технологического обеспечения (ОМТО) готовность к поставке материалов, планируют изготовление и создание заделов, разрабатывают графики технологической подготовки производства по цехам предприятия, осуществляют экономическую оценку и выбор технологических процессов, составляют карты раскроя для расчета материальных нормативов и графики ввода оборудования в учет, хранение, размножение и выдачу технологической документации, и другие работы.

Совершенствование технологической подготовки производства связано с проведением научно-исследовательских и экспериментальных работ по внедрению перспективной, энергосберегающей, безотходной технологии, с разработкой унифицированных (типовых и групповых) технологических процессов, с осуществлением унификации технологической оснастки, нестандартного оборудования и нестандартной измерительной аппаратуры.

Список использованных источников

1. Золотогоров В.Г. Организация и планирование производства. Практическое пособие. - Мн.: ФУАинформ, 2001. - 528 с.

2. Раицкий К.А. Экономика предприятия: Учебник для вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: «Дашков и К», 2002. - 1012 с.

3. Синица Л.М. Организация производства: Учеб. пособие для студентов вузов. - 2- изд., перераб и доп. - Мн.: УП «ИВЦ Минфина», 2004. - 521 с.

4. Сычев Н.Г., Хмель С.А. Производственные технологии: Тексты лекций. Мн.: НО ООО «БИП-С», 2002. - 128 с.