Виды машиностроительных производств

Машиностроение, как уже отмечено, выпускает самую разнообразную продукцию, начиная от простейших орудий и предметов и кончая сложными автоматическими линиями, авиационной, космической техникой, электронно-вычислительными машинами. Оно обеспечивает все отрасли хозяйства орудиями труда и является основным потребителем металла, пластмасс, а также использует продукцию деревообрабатывающей, легкой, стекольной и других отраслей промышленности. В машиностроении сильно развиты специализация и кооперирование предприятий, что существенно влияет на его размещение.

Для всех машиностроительных производств (предприятий) характерно наличие заготовительных производств (получение литья, поковок, штамповок), которые выделяются в отдельные цехи, обрабатывающих производств (цехов), где осуществляется механическая, термическая, электрохимическая и другие виды обработки деталей, сборочных производств где из поступающих деталей собирают готовое изделие, вспомогательных производств (цехов), которые включают инструментальные, ремонтно-механические, модельные, энергетические, тарные, транспортные и другие цехи. Вспомогательные цехи обеспечивают нормальную работу основных цехов, обеспечивая их инструментом, тарой, энергией, моделями и т. п., своевременно ремонтируя оборудование. Отдельные производства (цехи) в составе предприятия могут отсутствовать, если завод, кооперируясь с другими предприятиями, получает заготовки, тару и т. п.

Производимая машиностроительными заводами продукция может быть массовой, а может быть единичной. В зависимости от количества изготавливаемой продукции все производства делятся на три вида: единичное, серийное и массовое.

При единичном производстве изделие изготовляется в одном экземпляре.

Серийное производство имеет дело с изготовлением изделий партиями или сериями, которые единообразны по размерам и конструкции. Количество деталей в партии или количество машин в серии может быть различным. Массовым производством называют такое, в котором при большом количестве одинаковых изделий производство их ведется непрерывно. При этом виде производства за каждым станком закреплена одна операция, отсутствуют переналадки станка для других операций, станки расположены по технологическому процессу. Оборудование можно применять специальное, широко используют специальный режущий и измерительный инструмент, можно ввести автоматическое транспортирование деталей.

Машины и механизмы состоят из соединенных между собой деталей. Деталь—это составная простейшая часть машины. Отдельные машины, например самолет, имеют более 100 тыс. деталей. Детали различаются по форме, размеру, назначению и материалу. К каждой детали предъявляются требования по надежности и долговечности. По своему назначению детали машин подразделяются на: корпусные,— это рамы, стойки, станины, коробки и др., детали для передачи движения —.валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, шатуны, муфты и другие, крепежные детали — болты, гайки, шурупы, шпонки и т.п. Применяются также поддерживающие детали — кронштейны, упоры, стойки.

Литейное производство — процесс получения деталей или заготовки путем заливки жидкого металла в соответствующие, заранее приготовленные формы, соответствующие нужной заготовке иди детали. Полученная деталь, называется отливкой.

Большинство литых деталей получают из серого чугуна благодаря его высоким литейным качествам. Применяется также стальное литье и цветное литье. В литейном производстве применяют три рода форм: разовые, полупостоянные и постоянные.

Разовые формы изготовляют из формовочных песчано-глинистых смесей. Чтобы освободить застывшую готовую отливку, такие формы разрушают после каждой заливки. Полупостоянные формы — керамические — применяют при отливке изложниц, плит и других деталей простой конфигурации. Они выдерживают от 5 до 100 заливок металла.

Постоянные формы — из чугуна или стали — используют для изготовления нескольких сот тысяч отливок простой и средней конфигурации из чугуна, стали и цветных металлов.

Кроме отливки. в земляные формы, получили распространение другие способы литья; а) литье в металлические формы (кокили), б) литье под давлением, в) центробежное литье, г) точное, или так называемое прецизионное, литье и др.

В разовых земляных формах отливается до 90% литых заготовок. Для производства отливок земляных формах необходима модель изделия. Модели изготавливают из дерева, металла и других материалов. Учитывая усадку заливаемого металла, модель делают больше, чем должна быть отливка (на 1—2%).

Стержневой ящик — форма для изготовления литейных стержней, создающих внутреннюю полость отливки. Стержневые ящики — деревянные или металлические — обычно делают из двух половин, в разъеме который; создается внутренний профиль детали, увеличенный с учетом усадки металла.

Опоки — бездонные ящики (рамки), в которых создается. форма. Делают их из дерева, иногда из чугуна или алюминиевый сплавов. Для удержания смеси у больших опок внутри делают вспомогательные ребра.

Формовочные и стержневые смеси, необходимые для изготовления разовых форм и стержней, состоят из смеси песка и глины. Для связи смесей добавляют спиртосульфидную барду, минеральные и растительные масла, цемент и другие крепители. Расход формовочных смесей в 4—8 раз превышает объем отливок. В целях экономии расхода свежего песка и глины в большом количестве используют старую землю из выбитых форм. Формовку производят ручным или машинным способом. Машинная формовка применяется главным образом при массовом и серийном литье. При этом механизируют в основном две операции: 1) заполнение и уплотнение смесей в опоках, 2) извлечение моделей из форм.

Изготовление стержней можно производить ручным или машинным способом. Для прочности стержни снабжают металлическими каркасами. Установку стержней в форму производят после удаления моделей. Литниковая система, т. е. каналы, по которым расплавленный металл будет поступать в форму, создается специальными моделями при формовке.

Для получения хорошей отливки исходный материал должен обладать текучестью, т. е. расплавленный металл должен хорошо заполнять литейную форму, малой усадкой — большая усадка металла дает в отливке раковины, трещины, т.е. приводит к браку, легкоплавкостью — чем меньше температура плавления металла или сплава, тем легче получить отливку.

Чугун занимает первое место среди литейных материалов. Серый чугун — самый дешевый из применяемых в литейном производстве металлов и сплавов.

Стальное литье занимает второе место в литейном производстве. Литейные свойства стали уступают литейным свойствам чугуна (температура плавления — около 1500°, меньшая текучесть, усадка — до 2,5 %), Но стальные отливки имеют высокую прочность и вязкость.

Для производства отливок из цветных металлов применяют главным образом сплавы алюминия, магния и меди. Невысокая температура плавления, большая текучесть сплавов цветных металлов являются их отличительными особенностями.

Кокильное литье представляет собой литье в постоянные металлические формы. Заполнение металла происходит под действием его силы тяжести. Получаемые отливки имеют чистую нарушенную поверхность, большую точность размеров, идентичность деталей, залитых в одну и ту же форму.

Литье под давлением является разновидностью кокильного литья. Этот способ обеспечивает большую точность размеров отливок, в большинстве своем не требующих дальнейшей, механической обработки. В ряде случаев применяют вакуумное литье, выкачивая из формы воздух.

При центробежном литье залитый в форму металл подвергают действию центробежных сил вследствие вращения формы вокруг своей оси. Отливки, полученные этим способом, имеют большую плотность и высокое качество.

Литье по выплавляемым моделям применяется для мелких деталей и режущего инструмента. Модель изготавливают из легкоплавкого материала (воск, парафин, стеарин и др.) в гипсовых или металлических формах.

Прогрессивной формой литья является литье в оболочковые (корковые) формы. Они состоят из двух тонкостенных оболочек, скрепленных между собой. Технологический процесс сводится к следующему. Металлическую плиту с закрепленной на ней половинкой металлической модели нагревают до 220—280°, смазывают ее эмульсией, чтобы не пристыла формовочная масса, и засыпают формовочной смесью (песок со смолой).

Соприкасаясь с горячей моделью, смола, оплавляясь, обволакивает песчинки, и смесь становится пластичной, тестообразной. При дальнейшем нагреве в печи до 250—380° слой смеси затвердевает, смола переходит в неплавкое состояние. Обе полуформы скрепляют и устанавливают для заливки. После затвердевания металлокорковая форма разрушается, а отливка освобождается. Применение коркового литья в 10 раз сокращает расход формовочной смеси.

Кузнечно-штамповочное производствоВ машиностроении много деталей получают давлением — ковкой, штамповкой и прессованием. Результат ковки — металлическая заготовка нужной формы, которая называется поковкой. Основными операциями свободной ковки (свободная ковка — изготовление одиночных поковок) являются: осадка, вытяжка, прошивка, рубка, изгибание, закручивание, кузнечная сварка.

При осадке уменьшается длина заготовки, а поперечное сечение увеличивается. Если осадка производится на одном участке заготовки, то ее называют высадкой. Вытяжка увеличивает длину поковки за счет уменьшения поперечного сечения. Прошивкой получают сквозные отверстия в заготовке. Рубкой отделяют от заготовки часть металла. Изгибанием (гибкой) заготовку изгибают под необходимым углом. Закручиванием изгибают часть заготовки по отношению к другой вокруг общей оси. Кузнечной сваркой соединяют в одно целое куски металла или концы заготовки. В месте соединения производят нагрев до пластического состояния, затем ударами молота или давлением соединяют свариваемые концы.

Горячая штамповка (штамповка — обработка материалов давлением с помощью специальных штампов) более целесообразна при серийном и массовом производстве. Штамповка в десятки раз производительнее свободной ковки. Стоимость же штампов окупается в короткий срок. Штамповку с предварительным подогревом называют горячей штамповкой. Холодная штамповка производится без подогрева. При штамповке заготовка изменяет форму при сдавливании ее между нижним и верхним штампами, в которых вырезана обратная копия готовой поковки. Течение металла здесь ограничено рабочей поверхностью полости (ручья) штампа. Такую штамповку называют объемной в отличие от листовой, где исходный материал — прокатанные листы, полосы или свернутые в рулоны ленты. Холодная объемная штамповка (холодная высадка или выдавливание) применяется для изготовления мелких металлических изделий: заклепок, болтов, гаек, шурупов, шплинтов, железнодорожных костылей, шариков и роликов подшипников качения, гвоздей, колец, пробок и т. д. Исходными материалами при этом являются проволока и калиброванные прутки из стали, цветных металлов и их сплавов.

Холодную высадку производят в основном на кузнечно-высадочных автоматах, дающих точность, близкую к точности деталей, изготовленных на металлорежущих станках. Листовая штамповка дает большую точность размеров поковки и почти не нуждается в дальнейшей механической обработке.

Штампы для листовой штамповки имеют две основные части: нижнюю неподвижную часть — матрицу, которая крепится к основанию штампа, и пуансон — подвижную часть штампа. Для отделки поверхности поковки, повышения точности ее размеров и получения точного веса применяют чеканку (калибровку), являющуюся отделочной операцией. Чеканку выполняют в специальных штампах с ручьями, форма которых соответствует конфигурации поковки и требуемым размерам.

Кузнечнопрессовое оборудование включает молоты и прессы. Молот — машина ударного действия, деформирующая металл. Мощность молота определяется весом падающих частей. В зависимости от способа подъема падающих частей молоты делят на пневматические, паровоздушные и рычажные (штамповочные — паровоздушные, фрикционные и винтовые). Кроме того, молоты подразделяют на молоты простого и молоты двойного действия. Первые производят удар только за счет веса падающих частей, а вторые, кроме энергии падающих: частей, имеют дополнительные усилия (пара, воздуха).

Прессы воздействуют на поковку не ударом, а давлением. При работе они не вызывают сотрясения почвы и более глубоко деформируют металл, чем при ковке. К ним относятся гидравлические прессы, парогидравлические, фрикционные, винтовые.