Обробка металів тиском

Всі процеси з виготовлення й обробки заготовок, засновані на застосуванні тиску – кування і пресування, концентрують у ковальсько-пресовому цеху. Для полегшення такої обробки металу (особливо при виготовлені великих деталей) надають пластичність через нагрівання.

Ковальсько-пресовий цех обладнаний механічними молотами, що діють динамічно (ударом), і пресами, що розвивають статичне зусилля (безударний тиск). Зусилля механічного молота визначається вагою падаючого бійка, що досягає 3-5 т. Значно більші зусилля розвивають сучасні преси – до 10 000 т і більше. У різних випадках застосовують або метод вільного кування (одиночні поковки), або масове кування у визначених формах. При вільному куванні потрібний бік оброблюваної заготовки підставляють під удари механічного молота. Таке кування потребує високої майстерності, і його застосовують при виготовленні невеличкої кількості поковок.

При масовому виробництві поковок застосовують більш ефективний метод штампування, тобто кування деталей у формах. Такі форми називають штампами. При штампуванні деталі набувають дуже точних розмірів і при цьому економніше витрачається метал.

Для кування метал нагрівають до температури близько 1100ºС. Якщо ж у процесі кування метал ще і зварюють, то температуру його підвищують до 1300ºС. Для нагрівання застосовують горни (для дрібних деталей) і спеціальні печі (для великих поковок). Використовують також і особливі печі для термічної обробки (загартування, відпуск) деталей або поковок. Обробка металу куванням і штампуванням вигідніша, ніж обробка різанням (див. нижче). Поряд із різким збільшенням продуктивності праці застосування кування і штампування покращує якість виробів і дозволяє одержати велику економію металу.

Завдяки перевагам обробки металу і виготовлення деталей машин методом тиску у машинобудівному виробництві усе ширше застосовують кування й особливо штампування. Чимало складних машин збирають переважно зі штампованих деталей. Наприклад, у сучасному автомобілі штамповані деталі складають 80% від загальної ваги, у тракторі – 70%. Максимальна заміна обробки металу різанням на метод штампування дає значну економію металу.

5.3. Обробка металів різанням

Обробка металів різанням буває механічною, здійснюваною на різних металорізальних верстатах, і ручною, яку інакше називають слюсарною.

Зняття стружки відбувається в результаті відносного переміщення відповідного різця й оброблюваної деталі. Швидкість зняття стружки залежить від твердості й форми різця, твердості оброблюваного металу, конструкції і потужності металообробного верстата.

Для закріплення оброблюваних виробів і ріжучих інструментів, а також для їхнього відносного переміщення служать робочі органи металорізальних верстатів. Робочі органи верстатів виконують як основні рухи, так і допоміжні. Основними рухами називають ті, за допомогою яких відбувається процес різання, тобто зняття стружки. Рухи з підводу і відводу різців або оброблюваних виробів називають допоміжними, тому що приїх здійсненні різання безпосередньо не виконується.

Основні рухи робочих органів верстатів у свою чергу підрозділяють на головний рух і рух подачі. Кожний з них може здійснюватися залежно від характеру ріжучого інструмента і конструкції верстата як ріжучим інструментом, так і оброблюваним виробом. Різання, тобто зняття стружки, відбувається тільки при сполученні головного руху і руху подачі.

Класифікація металорізальних верстатів. У машинобудівній промисловості застосовують сотні різноманітних видів металорізальних верстатів. Окремі види об’єднують у групи на підставі деяких найважливіших, властивих верстатам, особливостей. При цьому враховують, по-перше, характер головного руху, що може бути обертальним (наприклад, токарський верстат) або поступальним (стругальний верстат); по-друге, розподіл головного руху і руху подачі між ріжучим інструментом і оброблюваним виробом. Наприклад, на звичайному токарському верстаті головний рух здійснюється оброблюваним виробом, а рух подачі – різцем; на свердлильному верстаті обидва основних рухи чинить ріжучий інструмент (свердло), у той час як оброблюваний виріб у процесі обробки залишається нерухомим.

При угрупованні металорізальних верстатів враховують і вид застосовуваних інструментів (різець, фреза, свердло, точильний або шліфувальний круг і т.д.). Виділяють декілька груп верстатів.

Токарські верстати. У звичайних типах токарських верстатів оброблюваний виріб набуває обертального руху, а стружку знімають різцем, закріпленим у супорті, що рухається разом із супортом паралельно або перпендикулярно осі обертання виробу. Зняття стружки на токарських верстатах можливе як із зовнішньої, так і з внутрішньої поверхні оброблюваного виробу.

Свердлильні й розточні верстати. Свердлильні верстати служать для свердління отворів, розточні – для їхнього розширення. Як ріжучі інструменти застосовують свердла і фрези, що виконують як головний рух, так і рух подачі.

Фрезерні верстати. На цих верстатах різноманітні операції з обробки виробів виконують спеціальними ріжучими інструментами – фрезами. Фреза – складний ріжучий інструмент, що має цілий ряд різців, розташованих за колом сталевого диска або циліндра. Кожний різець обертової фрези знімає з поверхні оброблюваного виробу коротку стружку. При високих швидкостях обертання фрези оброблювана поверхня стає рівною і достатньо гладкою.

Головний рух на фрезерних верстатах виконує фреза, рух подачі може здійснювати як фреза, так і оброблюваний виріб.

Стругальні верстати. Зняття стружки з оброблюваного на стругальних верстатах виробу здійснюється в результаті поступального руху різця або виробу (головний рух) і періодичної (після кожного головного руху) подачі виробу або різця.

Шліфувальні верстати. На цих верстатах виконують шліфовку поверхонь оброблюваних виробів. Як робочий інструмент на шліфувальних верстатах застосовують обертове коло з наждакового каменю, із шерсті й інших матеріалів. Головний рух виконують шліфувальні круги, а рух подачі може здійснюватися або шліфувальним кругом, або оброблюваним виробом.

Крім зазначених основних груп є багато інших, більш спеціалізованих.

Автоматизація процесів у дрібносерійному й індивідуальному машинобудівному виробництві здійснюється на основі впровадження верстатів із програмним управлінням. Такі верстати автоматично виконують необхідні операції за програмою, записаною на магнітній або перфорованій стрічці; за допомогою лічильно-вирішувальних пристроїв вони контролюють і регулюють процес. Продуктивність і точність роботи верстатів із програмним управлінням дуже високі.

Поточний метод виробництва. У машинобудуванні, особливо на підприємствах, що випускають масову продукцію, широко застосовують поточний метод виробництва. Головною особливістю поточного методу є безперервність процесу виготовлення деталей, вузлів, готових машин. Оброблювані деталі рівномірно переміщають від верстата до верстата, від одного робочого місця до іншого. При цьому верстати і робочі місця розташовані в порядку послідовності виконуваних операцій. Виробничих потоків на підприємстві може бути багато. Кожний із них діє як злагоджений механізм і потребує чіткості виконання кожної операції. Вінцем поточного методу виробництва є автоматичні лінії, автоматично діючі цехи й цілі підприємства, на яких весь виробничий процес здійснюється як єдиний потік.

5.4. маловідхідні фізико-хімічні методи обробки металів

Крім зазначених вище методів обробки металів і виготовлення заготовок і деталей машин застосовують й інші – порівняно нові і дуже прогресивні.

Зварювання металу. Зварне з’єднання надійніше, легше, виконується швидше і дозволяє заощаджувати метал. Зварні роботи потребують меншої витрати робочої сили. Зварюванням можна також з’єднувати частини поламаних деталей, і шляхом наварки металу відновлювати зношені деталі машин.

Існують два способи зварювання: газове (автогенне) – за допомогою пального газу (суміш ацетилену і кисню), що дає дуже гаряче полум’я (понад 3000оС), і електрозварювання, при якому метал плавиться електричною дугою (температура до 6000°С).

До нових методів обробки металів належать хімічні, електричні, плазмовно-лазерні, ультразвукові та гідропластичні.

При хімічній обробці використовується хімічна енергія. Зняття визначеного прошарку металу здійснюється в хімічно активному середовищі (хімічне фрезерування). Воно полягає в регульованому за часом і місцем розчиненні металу з поверхні заготовок шляхом їх травлення у кислотних і лужних ваннах. У той же час поверхні, що не підлягають обробці, захищають хімічно стійкими покриттями (лаки, фарби та ін.). Постійність швидкості травлення підтримується за рахунок незмінної концентрації розчину.

Хімічними методами обробки одержують місцеві витончення на нежорстких заготовках, ребра жорсткості; звивисті канавки й щілини; “вафельні” поверхні; обробляють поверхні, важкодоступні для ріжучого інструмента.

При електричному методі електрична енергія перетворюється на теплову, хімічну й інші види енергії безпосередньо в процесі видалення заданого прошарку. Відповідно до цього електричні методи обробки розділяють на електрохімічні, електроерозійні, електротермічні й електромеханічні.

Електрохімічна обробка заснована на законах анодного розчинення металу при електролізі. При проходженні постійного струму через електроліт на поверхні заготівлі, яка включена в електричну мережу і є анодом, відбувається хімічна реакція й утворюється з’єднання, що переходить у розчин або легко видаляється механічним способом. Електро­хімічну обробку застосовують при поліруванні, розмірній обробці, хонингуванні, шліфуванні, очищенні металів від оксидів та іржі.

Анодно-механічна обробка сполучає електротермічні й електромеханічні процеси і посідає проміжне місце між електрохімічним і електро­ерозійним методами. Оброблювану заготовку підключають до анода, а інструмент – до катода. Як інструмент використовують металеві диски, циліндри, стрічки, дроти. Обробку ведуть у середовищі електроліту. Заготовці й інструменту задають такі ж рухи, як при звичайних методах механічної обробки.

При пропусканні через електроліт постійного струму відбувається процес анодного розчинення металу як при електрохімічній обробці. При зіткненні інструмента (катода) з мікронерівностями оброблюваної поверхні заготовки (анода) відбувається процес електроерозії, властивий електроіскровій обробці. Продукти електроерозії й анодного розчинення видаляються з оброблюваної під час руху інструмента і заготовки.

Електроерозійна обробка заснована на законах ерозії (руйнації) електродів із провідних матеріалів при пропусканні між ними імпульсного електричного струму. Вона застосовується для прошивання порожнин і отворів будь-якої форми, розрізування, шліфування, гравіювання, заточування і зміцнення інструмента. Залежно від параметрів імпульсів і виду застосовуваних для їхнього одержання генераторів електроерозійна обробка розділяється на електроіскрову, електроімпульсну і електроконтактну.

Електроіскрову обробку застосовують для виготовлення штампів, прес-форм, ріжучого інструмента і для зміцнення поверхневого прошарку деталей.

Електроімпульсна обробка використовується як попередня при виготовленні штампів, турбінних лопаток, поверхонь фасонних отворів у деталях із жароміцних сталей. У цьому процесі швидкість знімання металу приблизно в десять разів більша, ніж при електроіскровій обробці.

Електроконтактна обробка заснована на локальному нагріванні заготовки в місці контакту з електродом (інструментом) і видаленні з оброблюваної зони розплавленого металу механічним способом. Метод не забезпечує високої точності і якості поверхні деталей, але дає високу швидкість знімання металу, тому використовується при зачищенні відливок або прокату зі спеціальних сплавів, шліфуванні (чорновому) корпусних деталей машин із важкооброблюваних сплавів.

Електромеханічна обробка пов’язана з механічною дією електричного струму. На цьому заснована, наприклад, електро­гідравлічна обробка, що використовує дію ударних хвиль, які виникають у результаті імпульсного пробою рідкого середовища.

Ультразвукова обробка металів – різновид механічної обробки – заснована на руйнації оброблюваного матеріалу абразивними зернами під ударами інструмента, що коливається з ультразвуковою частотою. Джерелом енергії служать електрозвукові генератори струму з частотою 1630 кГц. Робочий інструмент пуансон закріплюють на хвилеводі генератора струму. Під пуансоном встановлюють заготовку, і в зону обробки надходить суспензія з води й абразивного матеріалу. Процес оброб­ки полягає в тому, що інструмент, що коливається з ультра­звуковою частотою, ударяє по зернах абразиву, що сколюють частки матеріалу заготовки. Ультразвукова обробка використовується для одержання твердосплавних вкладишів, матриць і пуансонів, вирізання фігурних порожнин і отворів у деталях, прошивки отворів із криволінійними вісями, гравіювання, нарізування, різьблення, розрізування заготівель на частини й ін.

Плазмо-лазерні методи обробки засновані на використанні сфокусованого променя (електронного, когерентного, іонного) із дуже високою щільністю енергії. Промінь лазера використовується як для нагрівання і пом’якшення металу попереду різця, так і для виконання безпосереднього процесу різання при прошивці отворів, фрезеруванні і різанні листового металу, пластмас та інших матеріалів.

Процес різання відбувається без утворення стружки, а випаровуваний за рахунок високих температур метал, видаляється стиснутим повітрям. Лазери застосовують для зварювання, наплавлення і розрізування в тих випадках, коли до якості цих операцій висуваються підвищені вимоги. Наприклад, лазерним променем крають надтверді сплави, титанові панелі в ракетобудуванні, вироби з нейлону й ін.

Гідропластична обробка металів застосовується при виготовленні пустотілих деталей із гладкою поверхнею і малими допусками (гідроциліндри, плунжери, вагонні осі, корпуси електродвигунів та ін.). Пустотілу циліндричну заготовку, нагріту до температури пластичної деформації, поміщають у масивну роз’єму матрицю, зроблену за формою деталі, що виготовляється, і закачують в неї під тиском воду. Заготовка розширюється і набирає форми матриці. Деталі, виготовлені в ций спосіб, мають більшу довговічність роботи.

Нові способи обробки металів виводять технологію виготовлення деталей на якісно висощий рівень у порівнянні з традиційною технологією.

Змістовий модуль 6. Система технологій в хімічній

промисловості

Хімія, хімічне виробництво завжди відігравало найважливішу роль у розвитку продуктивних сил, у забезпеченні життєвих потреб людини.

Аналіз розвитку економіки промислових країн світу показує, що з підвищенням технічного рівня всіх галузей матеріального виробництва швидко росте і ступінь їхньої хімізації. Ця тенденція посилюється внаслідок високої ефективності виробництв, заснованої на хімічних процесах, і високої продуктивності праці в них, безупинного росту потреб народного господарства в матеріалах із новими, унікальними властивостями.

З іншого боку, якщо масштаби хімічного виробництва великі, то високі й викиди в повітряний і водяний басейни, що завдають збитку здоров’ю людей і природі. Боротьба зі шкідливими викидами – найважливіша соціальна і господарська проблема.

6.1. Коксохімічне виробництво

Кокс – твердий матово-чорний пористий продукт. З 1 т сухої шихти одержують 650-750 кг коксу. Він використовується головним чином у чорній і кольоровій металургії, ливарному виробництві, а також для газифікації, виробництва карбіда кальцію, електродів, як реагент і паливо в ряді галузей хімічної промисловості. Кокс необхідно мати достатню механічну тривкість, тому що він може руйнуватися в металургійних печах під тиском стовпа шихти, що порушує їхню нормальну роботу, знижує продуктивність і т. ін.; його теплотворна спроможність має становити 31,4-33,5 МДж/кг. Кокс одержують на коксохімічних заводах шляхом розкладання коксівного вугілля без до­ступу повітря.

Сировиною для коксування служить спікливе вугілля, що дає тривкий і пористий металургійний кокс, наприклад, коксівне вугілля марки К. У промисловій практиці звичайно складається суміш - шихта, що складається не тільки з коксівного вугілля, але й з вугілля інших марок. Це дозволяє розширити сировинну базу коксохімічної промисловості, одержати якісний кокс і забезпечити високий вихід смоли, сирого бензолу і коксового газу. У вугіллі, що використовується для коксування, кількість вологи має бути в межах 5...9%, золи – до 7%, сірки – до 2%.

Устрій і робота коксових печей – апаратів непрямого нагрівання, в яких тепло від гріючих газів до коксівного вугілля передається через стінку. Основним чинником, що визначає протікання процесу коксування, є підвищення температури, що необхідно для нагрівання шихти до температури сухої перегонки і проведення ендотермічних реакцій коксування. Межа підвищення температури обмежується зниженням виходу смоли і сирого бензолу, зміною складу продуктів коксування, порушенням тривкості вогнетривких матеріалів, використовуваних для кладки печей.

Коксова піч або батарея складається з 61-69 паралельно працюючих камер 11, що являють собою довгі, вузькі канали прямокутного перетину, викладені з вогнетривкої цегли (динасу). Кожна камера вміщує від 15 до 23 т шихти, має передню й задню знімні двері, що у момент завантаження камери щільно закриті, а знімаються при розвантаженні коксу. У склепінні камери є завантажувальні люки, що відчиняються при завантаженні вугілля і закриваються на період коксування. Рейковим шляхом, розташованим над коксовими камерами, переміщується завантажувальний вагон, який через завантажувальні люки подає шихту в коксові камери. Уздовж одного із боків батареї рейковим шляхам переміщується коксовиштовхувач – машина, що після закінчення процесу коксування розкриває двері камери і виштовхує кокс. З іншого боку рейковим шляхом переміщується гасильний вагон, що приймає розпечений кокс, транспортує його під вежу гасіння і потім вивантажує на рампу. Нагрівання вугілля в камері відбувається через стінки камери димовими газами, що проходять обігрівальними простінками, розташованими між камерами.

Вивантажений кокс піддається гасінню, через те, що при зіткненні з повітрям він загоряється.

Гасильний вагон доставляє його у вежу, де кокс після гасіння водою висипається на рампу, остигає протягом 20 хв. Остиглий кокс транспортується на сортування.

Вихід продуктів із 1 т шихти, %,

Дата добавления: 2014-01-04