Технологические процессы получения заготовок

9. Технологические процессы получения деталей – П.Р. №7.

10. Тенденции развития машиностроения – САМ.РАБ.

 

       1. Металлургия – отрасль промышленности, которая охватывает про­цессы добычи металлов из руд и других материалов, изменения их хими­че­ского состава, структуры и свойств, придания металлу определенной формы (слитка или заготовки);  исторически сложилось|состоит| разделение металлургии на черную и цвет­ную.

       Металлур­гия во многом определяет специализацию и экономический|экономичный| по­тенциал промышленности любого|какого-нибудь| развитого государства и предопреде­ляет развитие| всех отраслей промышленности, сельского хозяйства, транс­порта и строительства. |да|

       В настоящее время черная металлургия обеспечивает получе­ние свыше 25 % вало­вого внут­реннего| продукта и около |порядка| 43 % валют­ных поступлений в|до| Украину|страна-участнице|; является наиболее экспортоориентированной отрас­лью промышленно­сти Украины.

       2. Основным исходным материалом для производства большинства металлов является  руда; также для реализации металлургических процессов необходимы энергия и огнеупорные материалы.

       Основные способы производства металлов:

       1).Пирометаллургический (огневой) – чугун, сталь, медь.

       2). Электрометаллургический – алюминий, сталь.

       3). Гидрометаллургический – кобальт, хром, золото, серебро.

       4). Химико-металлургический – титан.

5). Порошковая металлургия и т.д.

 

3. Ядром металлургии является черная металлургия (90 % всей ме­таллопродук­ции)– основа раз­вития машиностроения, строительства, обо­ронной промышленности, про­изводства предметов потребления; сложная и многогранная отрасль на­родного хозяй­ства.

Основной продукцией черной металлургии являются: чугун (пе­ре­дельный, основной сырьевой ма­териал при производстве стали и литейный, ис­пользуемый как конструкци­онный материал в машиностроении), сталь в виде слитков, загото­вок и неко­торых изделий, ферросплавы, порошки железа и его сплавов.

 Чугун и сталь – сложные сплавы железа с углеродом, а также дру­гими элемен­тами, – Si, Mn, S, P.

В настоящее время в мировой практике в черной металлургии наиболее распро­странена следующая схема производства: железная руда Þ чугун Þ сталь.

Чугун выплавляют пирометаллургическим способом в доменных пе­чах (печах шахтного типа). Сырьем для выплавки чугуна яв­ляется же­лезная руда, топливо (кокс) и флюсы (известняк, доломит).

В результате сложных высокотемпературных химических процессов в доменной печи получают жидкий|редкий| чугун. Кроме основных продуктов – чугуна, ферросплавов в ре-зультате доменного производства получают также побочные продукты – шлак (исполь­зу-ется в строительстве, а также для производства минеральных удобре­ний); доменный газ (приме-няется как теплоно­ситель – для нагревания воздуха в различных процессах металлургиче­ского производства).

Для оценки эффективности процесса производства чугуна (т.е. работы доменной печи) используют различные тех­нико-экономические показа­тели:

¨ производительность доменной печи – количество выплавленного чу­гуна за сутки Р (месяц, год);

¨ коэффициент использования полезного объема (КИПО) – отноше­ние полезного объема V к средней выплавке чугуна за сутки P (V/P);

¨ расходные коэффициенты, например, удельный расход топлива К.

       Производство стали. Сталь отличается от чугуна меньшим содержа­нием углерода и примесей, потому сутью передела чугуна в сталь является уменьшение содержания уг­лерода и примесей в сталепла­вильных агрегатах (путем окисления) и перевода их в шлаки или газы.

       По химическому составу стали делят на углеродистые (90 % всей стали, которая выплавляется) и легированные (содержат легирующие эле­ме­нты, которые специально вводят для улучшения свойств).

       Основнымсырьем для производства стали является передельный чу­гун; также используется скрап (стальной или чугунный лом – от­ходы, полученные в результате дру­гих производств), флюсы, окис­ли­тели, леги­рующие элементы, раскислители (ферроспла-вы).

       Основными способами производства стали в Украине являются:

       1. Кислородно-конвертерный способ (высокие температуры обеспечиваются экзотер­мическими химическими реакциями окисления углерода и примесей при продувке жидкого чугуна кислородом)– наиболее производительный, с низкой метал­лоемкостью, отсутствием топлива, снижением потребностей в электро­энергии по сравне­нию с другими способами, пониженными капитальными расходами на строи­тельство и обслуживание, достаточно низкой по срав­нению с другими спосо­бами себестоимостью стали.

       2. Мартеновский способ – получение стали осуществляется за счет использова­ния топлива (в основном, газообразного). Метод универсален, однако имеет существенные недостатки по срав­нению с кисло­родно-конвертерным способом, прежде всего, невысо­кую производитель­ность, большие рас­ходы топлива.

       3. Производство стали в электропечах (электродуговой и индукцион­ный способы) – прогресивный способ получения стали, основанный на использовании электроэнер­гии; получают стали с мини­мальным содержанием вредных примесей, с оптимальным соотношением компонентов, высокого качества   и со специ­альными свой­ствами.

В современной технике также используется около|порядка| 70 цветных металлов

и более|более| 10 тыс. сплавов на их основе|основании|.

Среди всех цветных металлов наибольшее применение в промыш­ленности в каче­стве конструкционных| нашли сплавы алюминия, меди, титана и магния.      

Это обусловлено благоприятным сочетанием свойств, а также до­ста­точными запа­сами|припасом| большинства из|с| указанных металлов в земной коре, до­ступностю| и рентабельностью их производства.

  В структуре цветной металлургии Украины традиционно выделяю­тся производ­ство алюминия, меди, титаномагниевой продукции, никеля, свинца, цинка.

 

       6.  Уровень развития машиностроительной отрасли любой страны опре­деляет состоя­ние всех других отраслей промышленности и в целом всего экономического со­стояния государства.

       Машиностроительный комплекс является одним из основных источни­ков формирова­ния прибыльной части бюджетов всех уровней.

       В Украине удельный вес продукции комплекса в общем объеме про­дук­ции промышлен­ности составляет 20 %.

       Машиностроительный комплекс Украины – это сложные, взаимосвя­занные и много­профильные производства, которые специализируются на вы­пуске машин и обору­дования, приборов и средств вычислительной тех­ники, запасных частей, технологиче­ского оснащения и т.д.

       Сырьем для машиностроения является продукция металлургии.

       Продукцией машиностроения являются машины, их составляющие, инструменты.

       Машиной называют механическое устройство с согласованно рабо­таю­щими час­тями (деталями – первичными неделимыми элементами машины, узлами, механизмами), которые совершают опре­деленные и целесообразные перемещения для преобразования энер­гии, ма­териалов или информации.

Рисунок 1 – Классификация машин

 Выделяют следующие этапы изготовления любой машины: · получение заготовок; · получение деталей; · сборка машин.

       7. Основными технико-экономическими показателями машин явля­ются следую­щие: производительность, долговечность, КПД, экономичность, степень авто­матизации, надежность, технологичность конструкции, р емонтопригодность, себе­стоимость.

 

       8. Основные методы заготовительного производства: литейное произ­водство, обработка металлов давлением, сварочное производство.

       Литейным производством называется отрасль машиностроения, зани­мающаяся изготовлением фасонных (т.е. сложных по форме) заготовок или деталей путем за­ливки расплавленного металла в форму (разовую или многократного использ­ования), полость которой имеет конфигурацию за­готовки (детали).

       В машинах и промыш­ленном оборудовании около 50 % всех деталей изготов­лено литьем; при этом их стоимость составляет около 15 % от общей стоимости машины.

       Достоинствами литья перед другими технологиями заготовитель­ного производ­ства являются широкий диапазон размеров и массы получае­мых заготовок, воз­можность получения сложных по конфигурации заготовок из большинства типов конст­рукционных материалов, высокий коэффициент использо­вания металла; относительно низкая себестоимость отливок по сравнению с заготов­ками, полученными другими тех­нологиями.

       Основные методы литейной технологии:

1.Литье в песчано-глинистые разовые формы, которые являются разовыми, т.е. разру­шаются при извлечении отливки. Благодаря универ­сальности и относительной дешевизне этот способ наиболее распростра­нен в промышленности.

2.Специальные способы литья позволяют получить более качествен­ные отливки (с меньшим количеством дефектов), с большей точностью размеров и мень­шим объемом последующей механической обработки; с большей экономией металла; данные методы также более экологичны. В сравнении с отливками, изготовленными литьем в песчано- глини­стые формы, отливки, полученные специальными методами, имеют боль­шую се­бестоимость. К специальным методам относят литье в кокиль (литье в «посто­янные» металлические формы); литье по выплавляемым (газифицируемым) моделям, ли­тье под давлением, позволяющие получать готовые детали (методы точного литья), центробежное литье и т.д.

       Другой технологией заготовительного производства (ЗП)  является обработка давлением.

К способам обработки материалов давлением (ОМД) относят технологиче­ские процессы получения заготовок, полуфабрикатов и готовых изделий (де­талей) путем де­формирования материалов в горячем или холодном со­стоя­нии.

           Основными достоинствами ОМД по сравнению с другими техноло­гиями заготови­тельного производства являются повышение п роизводитель­ности труда и высо­кие механические свойства получаемых заготовок.

       По сравнению с литьем методы ОМД характеризуются менее рациональным расхо­дом металла, ограничением сложности формы заготовок, а также ограничение номенк­латуры обраба­тываемых материалов.

ОМД подвергают около 90% всей выплавляемой стали и свыше 50% цветных метал­лов и сплавов.

Удельный вес заготовок и деталей в машиностроении, полученных такими мето­дами ОМД, как ковка и штамповка, составляет ~ 50…60 %, а иногда и выше.

       Все методы ОМД делят на две группы:

       1) методы получения машиностроительных штучных заготовок – ковка, штам­повка.         

       Получаемые штамповкой изделия отличаются большей стабильно­стью размеров и формы, большей точностью, более высоким качеством по­верхности по сравнению с изделиями ковки. Процесс штамповки также более производителен, отличается более ра­цио­нальным расходом металла, возмож­ностью получения изделий сложной формы; во многих случаях получают го­товые детал и. При этом по сравнению с ковкой масса полу­чаемых изделий меньше и требуются большие усилия на проведение деформации.

       2) Методы получения машиностроительных профилей (длинномер­ных заго­то­вок) – прокатка, прессование, волочение.

Наиболее распространенный вид ОМД – прокатка, в результате ко­торой полу­чают профили различного сечения, листовой металл, трубы, спе­циальные виды проката – рельсы, зубчатые колеса и т.д.           

К методам ЗП относится также сварка – технологиче­ский процесс получения неразъемного соеди­нения з а счет установления ме­жатомных или межмолекулярных свя­зей между поверхностными атомами соединяемых заготовок.

Основными до­стоинствами сварки являются следующие: возможность реали­зации процесса в различных пространственных положениях и средах; возможность по­лучения неразъем­ных соединений однородных, разноро­дных металлов и сплавов, металлов с неметаллами, неметалли­ческих, биологических материалов;широкий диапа­зон разме­ров и массы получаемых изделий;изготовление принципиально но­вых конструкций и т.д.

  Существует более 70-ти различных сварочных процес­сов, которые классифици­руют по фи­зическим, техническим, технологическим признакам. Согласно одному из важнейших физических признаков - форме энергии, используемой для обра­зования сварного соединения, – все способы сварки разделяют на три класса: термический, тер­момеханический, механический.

В настоящее время около 70 % сварочных работ выполняется терми­ческими спо­собами сварки. Наиболее распространенными источниками те­п-ла для сварки в про­мыш­ленных условиях являются: электрическая дуга, га­зовое пламя, элек­трошлаковый нагрев, лучевые источники – плазма, элек­тронный луч, ла­зерное излучение.

Основной объем сварочных работ в экономике промышленно развитых стран (бо­лее 50 % по массе и по протяженности сварных швов) приходится на дуговую сварку.

Для производства крупногабаритных сварно-литых и сварно-кованых конструкций в тяжелом машиностроении (котлы высокого давления, станины прокатных станов) ис­пользуют электрошлаковую сварку. Соединяемые тол­щины – до 3 м.

Для изготовления и ремонта изделий из тонколистовой стали и цветных металлов (1..3 мм), сварки стальных труб малого диаметра, ремонта двигате­лей автомобилей ис­пользуют газовую сварку.

Для сварки ответственных изделий в машиностроении, радиоэлектро­нике, прибо­ростроении, космической промышленности, в т.ч. из плохо сва­риваемых материалов ис­пользуют лучевые способы сварки – электронно-луче­вую, лазерную, которые, к тому же, можно применить и для механически об­работанных заготовок, т.к. они обеспечивают вы­сокое качество сварного шва, оказывают незначительное тепловое воздействие на металл, практически не оказывают деформирующего воздейст­ви и не нарушают точность; сварной шов имеет хороший товар­ный вид. Основной недостаток – высокая себестоимость свар­ного шва.

 

ЛЕКЦИЯ № 7,8

СИСТЕМЫ ВЫСОКИХ ТЕХНОЛОГИЙ