...
Забруднення довкілля підприємствами машинобудівної промисловості PDF Печать E-mail

Забруднення довкілля підприємствами машинобудівної промисловості

Загальні відомості з основ ливарного виробництва
Суть ливарного виробництва полягає в отриманні виливків - литих металевих виробів шляхом заливу розплавленого металу або сплаву у ливарну форму.
Значення ливарного виробництва дуже велике. Не існує жодної галузі машинобудування та приладобудування, де не використовували б виливані деталі. В машинобудуванні близько 50% маси машин та механізмів складають виливки, у верстатобудуванні - біля 80%. Це пояснюється рядом переваг ливарного виробництва у порівнянні з іншими способами отримання заготовок або готових виробів. Литтям отримують заготовки як простої, так і дуже складної форми з внутрішніми порожнинами, які неможливо або дуже важко виготовити іншими способами. В багатьох випадках це найбільш простий та дешевий спосіб отримання виробів. Маса деталей коливається від декількох грамів до декількох сотень тонн.
Деякі спеціальні способи лиття дозволяють отримати виливки з високою чистотою поверхні та точністю за розмірами, що зменшує або зовсім виключає їх наступну механічну обробку. Спеціальні способи лиття дозволяють частково, а іноді й повністю відмовитись від використання формувальних та стержневих сумішей, провести комплексну механізацію та автоматизацію всього процесу. Тому велику роль у покращенні умов праці в ливарних цехах та у зменшенні забруднення довкілля належить спеціальним способам лиття [11].
Класифікація способів виготовлення виливків. Способи виготовлення виливків класифікують: за кількістю заливань розплавів у ливарну форму (разові та багаторазові); за конструкцією ливарних форм (роз'ємні та нероз'ємні); за матеріалом, з якого виготовляють форми (піщано-глиняні, піщані, графітові, керамічні, металеві тощо); за тиском, під яким перебуває рідкий метал у формі (атмосферний, низький, високий, вакуум); за способом подавання розтоплених стоків у форми (вільне лиття, вакуумне лиття, лиття за допомогою вібрації, ультразвуку, електромагнітних полів тощо).
На практиці також застосовують комбіновані способи, тому часто спосіб виготовлення виливка одночасно належить до різних класифікаційних груп. У літературі можна зустріти поділ способів виготовлення виливків на звичайні, тобто поширені, та спеціальні. Спеціальні дають змогу виготовлення виливків вищої якості, точності розмірів, чистоти поверхні.
Перед вивченням різних способів виготовлення виливків треба відзначити, що їхнє розповсюдження визначається насамперед технічно-економічною доцільністю виготовлення заготовок [2].
Розглянемо основні способи виготовлення виливків і коротку характеристику технологічних процесів, їх структури, основних переваг та недоліків різних способів з точки зору впливу на екологію.
Лиття в одноразові та напівсталі форми
А) Лиття у піщано-глиняні форми
Лиття у піщано-глиняні форми (в земляні форми) (мал. 3.1) - найбільш універсальний та розповсюджений спосіб виготовлення заготовок. Він використовується в одиничному, серійному й навіть у масовому виробництві. Литтям у земляні форми звичайно виготовляють великі та середньогабаритні заготовки простої та складної форми в одиничному та дрібносерійному виробництві.
Береться модель, яку треба відлити, ставиться в опоку, туди додається суміш і ущільнюється. Потім дві половинки складають і заливають рідкий метал.

Мал. 3.1. Схема формовки у двох опоках за роз'ємною моделлю:
а - модель; б, в - виготовлення нижньої і верхньої напівформ; г - зібрана форма; 1 - вентиляційні наколи; 2 нижня опока; 3 нижня половина моделі;
4 підмодельний щиток: 5 модель стояка; 6 моделі випарів;
7 - верхня половина моделі; 8 верхня опока; 9 стержень
Механізоване та автоматизоване машинне формування опок сумішшю, її ущільнення, виймання моделей з форми, складання, фарбування, сушіння та транспортування форм використовується в серійному та масовому виробництвах. Застосування роботизованих та автоматизованих ліній з програмним управлінням виробничого процесу забезпечує високу якість заготовок, поліпшені умови праці та високу продуктивність устаткування.
Розрізняють такі способи виготовлення форм для лиття заготовок: у двох, трьох і більше опоках; за роз'ємними та нероз'ємними моделями; за моделями з віднімними частинами; з перекидною колодою; за шаблонами; за скелетною моделлю; у грунті; у стержнях.
Форми за станом перед їх заливанням є сирі, напівсухі хімічнотвердіючі і самотвердіючі. Останні забезпечують можливість організації автоматизованого та екологічно чистого виробництва.
Застосовують також лиття за газифікованими моделями. Суть його полягає в тому, що рідкий метал заливають через ливникову систему беспосередньо на заформовану в наповнювальну суміш пінополістиролову модель, яка під дією тепла рідкого металу згоряє і газифікується, звільняючи порожнину форми для заповнення її металом. Особливістю цього способу є використання невиймальної перед заливанням форми разової пінополістиролової моделі, відсутність стержнів та площини рознімання форми. Все це дає змогу розширити можливості процесу лиття в піщано-глиняні форми, отримати виливки складної конфігурації, сприяє підвищенню їх якості.
Для виготовлення моделей використовують бук, березу, клен, сосну чи ялицю. Для машинного формування моделі виготовляють з металу [2]. Переваги дерев'яних моделей -- їх низька ціна, простота виготовлення; при великих розмірах - невелика маса; але недоліком є недовготривалість, зміна розмірів відповідно до вологовмісту. Металеві моделі мають більшу довготривалість, високу точність та чисту робочу поверхню. Існують ще моделі із пластмас [11].
Розрізняють такі формувальні суміші: наповнювальні, облицювальні та універсальні. Основні вимоги, яким вони повинні відповідати: вогнетривкість, пластичність, міцність, газопроникність, податливість, непригоряння, негігроскопічність, довговічність, дешевизна, недефіцитність. Для приготування формувальних сумішей використовують як наповнювачі глину та кварцовий порошок; як протипригарні елементи - кам'яновугільний пил, тальк і графіт; як барвники - маршальт, магнезит і цирконій. У шишкових сумішах замість глини застосовують оксоль, рідке скло, смоли, декотрий, патоку з додаванням дерев'яного трачиння та торфу, які, вигоряючи, підвищують пористість і податливість сумішей.
Для підвищення якості виливків формувальні суміші у формах пресують на гідравлічних пресових машинах або на машинах з гумовою діафрагмою під тиском 2-4 МПа.
Шишкові форми складають із сухих шишок у спеціальних металевих опоках. У масовому виробництві використовують оболонкові шишки, які виготовляють піскодувним способом у нагрітій металевій формі. Часто великі шишки роблять порожнистими, що дає змогу економити матеріал для виготовлення сумішей.
Б) Лиття у вакуумнно-плівкові форми
Суть способу полягає в тому, що на газопроникний модельний комплект накладають попередньо нагріту синтетичну плівку й за допомогою вакуумного пристрою створюють вакуум між плівкою та модельним комплектом. Завдяки цьому плівка щільно прилягає до поверхні моделі. На такий модельний комплект накладають опоку, засипають сухим піском, трамбують, покривають плівкою та створюють вакуум всередині опоки. Після відключення від вакуумного пристрою з готової напівформи знімають модельний комплект. Таким чином виготовляють усі частини ливарної форми. У процесі подальшого складання ливарної форми, заливання її металом і охолодження виливка форма (чи її складові частини) перебувають під дією вакууму. Після охолодження виливка відключають вакуумний пристрій, внаслідок чого знімається вакуум і пісок вільно висипається з форми. Виливок легко відокремлюється від форми, а пісок транспортується для повторного використання після відповідного його очищення від пороху та бруду.
Таким способом виготовляють виливки практично з усіх ливарних металів та їх стопів в умовах одиничного, серійного та масового виробництва, масою від 1 до 10000 кг з габаритами до кількох метрів. Розміри виливків обмежуються тільки розмірами опок і продуктивністю вакуумних пристроїв. Форма та конфігурація виливків визначається властивостями та товщиною використовуваної плівки. Найбільшого розповсюдження набула облицювальна плівка з сополімеру етилену та вінілацетату товщиною 0,05-0,10 мм. Плівка з поліетилену низького тиску добре витягується, але для цього потрібні значні зусилля. Плівки з поліпропілену мають добру пластичність, але в обмеженому температурному діапазоні. Полівінілхлоридна плівка під термічною дією виділяє хлор, який є токсичною речовиною. Застосовують плівки з різними доповнювачами, що підвищують їх пластичність та термостійкість, а також плівки, які можна напилювати в рідкому стані. Щоб уникнути прилипання плівки та піску до виливків, поверхню плівки покривають безводними фарбами, виготовленими на основі графіту, тальку тощо.
Ступінь розрідження повітря у формі повинен бути достатнім, щоб форма не руйнувалася, але не дуже високим, щоб не сприяти процесу пригоряння металу. Здебільшого форми перед заливанням і під час заливання перебувають у вакуумі. Транспортують готові ливарні форми чи їх частини разом з автономним вакуумним пристроєм.
Заливання форми слід виконувати швидко, щоб уникнути передчасного їх руйнування від втрати герметичності під час вигоряння плівки. Для виходу газів з форми передбачені спеціальні отвори. Ливникову систему роблять відкритою. Часто її виготовляють з газифікованих матеріалів (пінополістиролу), що вигоряють під час заливання металу.
Використання сухого піску замість формувальних сумішей дає змогу обходитись без складного устаткування для їх виготовлення, зменшуються капітальні витрати та вартість виливків. Кількість формувальних матеріалів зменшується порівняно зі звичайним литтям у піщано-глиняні форми приблизно на 40%, а витрата піску на один цикл виливання не перевищує 3%.
Відсутність зв'язувальних матеріалів та різних домішок, які вводять у формувальні суміші для поліпшення їх податливості, газопроникності, дає змогу знизити забруднення повітря.
В) Лиття у напівсталі форми
Напівсталі форми залежно від матеріалу та рідкого стопу витримують до кількох сот заливань. Наприклад, графітові форми, які використовують для виготовлення заготовок з жароміцних чавунів, сталей, молібденових, вольфрамових, вольфрамокобальтових та інших стопів з високою температурою плавлення, витримують до 300 заливань. Графітові форми виготовляють з брикетованого графіту за допомогою обробки різанням. Шамотні, гіпсові та металокерамічні форми залежно від вмісту металевого порошку дають змогу керувати швидкістю охолодження виливка та напрямком твердіння його стінок.
Керамічні форми виготовляють з рідкої хімічної суміші, яку додатково обпалюють. Застосовують керамічні форми з пластичних та сипких сумішей, що виготовляються пресуванням. У керамічних формах утворюються виливки масою від 0,2 до 10000 кг із різних матеріалів, з точністю розмірів виливків до 11 квалітету та чистоти поверхонь до 5 мкм за параметром Ra. Це дає змогу отримувати фасонні виливки для ковальського, пресового та різального інструменту, лопаток турбін, арматури високого тиску з легованих сталей тощо. Виливки з деяких стопів нікелю та титану отримують тільки способом лиття у керамічні форми.
Для виготовлення графітових форм застосовують природний або штучний графіт, пірографіт, інші вуглецеві матеріали. Ці форми практично незамінні для виготовлення виливків з хімічно активних тугоплавких стопів на основі титану, урану, ніобію, вольфраму тощо. У виробництві використовують як чисто графітові форми, так і форми, покриті вуглецевими композиціями, оболонкові вуглецеві та форми, виготовлені з вуглецевих сумішей за виплавлюваними моделями.
Останнім часом все частіше застосовують одноразові форми, що тверднуть у спорядженні (на моделі, у формі). Спільним для них є використання синтетичних зв'язувальних матеріалів, які за відповідних умов безповоротно тверднуть. Виливки, отримані в цих формах, відзначаються великою точністю розмірів, якістю поверхонь, малими припусками на обробку різанням. Технологічні процеси легко механізуються та автоматизуються.
Недоліками цього способу є токсичність зв'язувальних матеріалів.
Виготовлення виливків у металевих формах
Кокіль (від фр. coquille) - металева форма, яка заповнюється розплавом під дією гравітаційних сил. Кокілі можуть бути використані багатократно [10].
Форми для виготовлення заготовок бувають повністю металевими або комбінованими з використанням неметалевих шишок. Основні переваги цього способу виготовлення виливків:
можливість багатократного використання ливарної форми; висока точність форми та її розмірів; якісна поверхня заготовок; дрібнозерниста структура матеріалу; порівняно висока продуктивність; низька трудомісткість і вартість заготовок; відсутність необхідності в модельному, опочному спорядженні та формувальних сумішах; добрі умови праці; не вимагає високої кваліфікації робітників; потрібні порівняно невеликі виробничі площі.
До недоліків цього способу виготовлення виливків належать:
висока вартість спорядження; неможливість виготовлення тонкостінних виливків через підвищену швидкість їх охолодження та виливків зі значною масою. Тому кокільне лиття, як правило, використовують для виготовлення нескладних за конфігурацією виливків із чавуну, сталі та кольорових металів у серійному та масовому виробництві.
Кокілі дають можливість отримувати виливки з точними розмірами поверхонь (12 квалітет).
Як ливарні форми використовують роз'ємні та нероз'ємні кокілі з вертикальними та горизонтальними поверхнями рознімання. Для прискорення охолодження з зовнішнього боку кокілів передбачені штирі або ребра. Щоб запобігти відбілюванню чавуну, для виливків вибирають відповідний хімічний склад ливарного стопу, а перед заливанням форму нагрівають до 250-300°С і зменшують час охолодження виливка у формі. У разі заливання у кокіль столів на основі міді ливарні форми змащують жирними фарбами, які запобігають пригорянню. Стійкість чавунних кокілів становить для сталевого лиття 50-500 виливків, для чавунного - 400-8000 виливків, для кольорових металів - десятки тисяч виливків.
Матеріал для виготовлення металевих форм обирають залежно від матеріалу виливка, вимог до його якості, програми випуску заготовок.
Для підвищення стійкості кокілів їхні робочі поверхні покривають вогнетривкими матеріалами та перед кожним заливанням фарбують [2].
У порівнянні з литтям у землю, лиття в кокіль має ряд переваг з точки зору впливу на екологію. Відбувається зменшення обсягу небезпечних для здоров'я працюючих операцій виливки форм, загальне покращення умов праці, менше забруднення навколишнього середовища [4].
Вплив ливарного виробництва на довкілля
В ливарному виробництві на одну тонну виливків утворюється від 1 до 3 тонн відходів, які містять відпрацьовану та невикористану суміш, шлаки, пил, гази. Хоча основна частина відходів - відпрацьовані суміші та шлаки, але відносно забруднення навколишнього середовища найбільшу небезпеку мають пил та гази у зв'язку з тим, що їх важко вловлювати та-відводити. А їх кількість при виробництві однієї тонни виливків зі сталі або чавуну є, кг: пилу - 50, оксиду сірки (ІІ) - 1,5-2, вуглекислого газу - 250, вуглеводнів - 1.
Окрім того, виділяються також шкідливі гази, такі як фенол, формальдегід, фурфурол, ацетон, бензол та інші, загальна кількість яких хоча й невелика, але являє небезпеку через токсичність.
В газах, які відводяться від ливарного виробництва та викидаються в атмосферу, пил складається в основному з дрібнодисперсних часток, а вміст вільного діоксиду кремнію доходить до 80%, тому існує можливість виникнення серед населення, яке живе поблизу заводу, професійних захворювань [4].
Перше місце за інтенсивністю виходу шкідливих речовин займають дільниці ливарних цехів, пов'язані із складуванням, переробкою та використанням шихтових та формівних матеріалів: шихтові подвір'я, сумішоприготувальні дільниці, дільниці формування та приготування стержнів та ін. Тут використовуються різноманітні бункерні транспортуючі пристрої, сушильні та випалювальні апарати тощо.
На дільниці розвантаження сипучих матеріалів (ливарного коксу, вапняку, піску та ін.) в приймальні ванни виділяється у середньому до 2-2,5 кг/год пилу на одиницю працюючого обладнання.
З сушильних апаратів виділяються 0,2-0,5 кг/год окису вуглецю, 0,10-0,15 кг/год окису сірки, до 0,2 кг/год окису азоту та інші речовини - акромін, формальдегід і т.п. Запиленість газів, які відводяться від сушильних апаратів, досягає 10-15 г/м3. При приготуванні 1 кг стержневої суміші холодного твердіння у повітря потрапляє до 7,5 г різних вуглеводнів.
При очистці та вибивці виливків залежно від приладів виділяється пил з 1 м3 площі решітки 45-60 кг/год, окису вуглецю - 5-6 кг/год, аміаку - до 3 кг/год. При механічній очистці виливків абразивним інструментом інтенсивність пиловиділення 1-2,5 кг/год [3].
Джерелом забруднення стічних вод у ливарних цехах служать, головним чином, установки гідравлічної та електрогідравлічної очистки литва, вологої очистки повітря, гідрогенерації відпрацьованих формівних сумішей. Велике економічне значення для народного господарства має утилізація стічних вод і силалю. Кількість стічних вод можливо значно зменшити шляхом здійснення зворотного водопостачання [11].
Використання пилоочисних споруд дає можливість не тільки домогтися очистки газів від пилу, але й повторно використовувати раніше викинутий пил. Ефективна система сухої і вологої очистки газів у рукавних фільтрах з уловлюванням Fе2O3, і подальшої його транспортації.
З токсичних газів перше місце посідає оксид вуглецю (II). Головний спосіб зменшення кількості оксиду вуглецю, яка потрапляє в навколишнє середовище, - допалювання його до оксиду вуглецю (IV) [3].
Тверді відходи ливарного виробництва, потрапляючи у відвали, являють собою в основному відпрацьовані ливарні піски. Невелику частину (менше 10%) займають металеві відходи, кераміка, деревина, сміття та ін. Головним напрямком зменшення кількості твердих відходів треба вважати регенерацію відпрацьованих ливарних пісків [11].
Оброблювальне виробництво
Оскільки обробна промисловість є не дуже екологічно шкідливою, то її опис зводиться до визначення ключових понять, пов'язаних з технологічними питаннями.
Так, слід визначити способи обробки матеріалів. В сучасному виробництві їх існує досить багато.
Обробка різанням (обробка зі зняттям стружки) є найбільш розповсюдженим. При такому методі обробки деталям надають потрібну форму та розміри, зрізаючи шар матеріалу різальним інструментом. Процес обробки здійснюється при відносному русі заготовки та різального інструмента.
З питань обробки матеріалів різанням існує величезна кількість друкованих джерел, тому не будемо детально зупинятися на цих процесах.
Основними забруднювачами є стружка, пил від обробки та відходи мастильно-охолоджуючої рідини.
Обробка тиском в холодному стані. Холодне висаджування застосовують при виготовленні великих партій дрібних деталей (заклепок, болтів, гвинтів) зі сталі чи кольорових сплавів. Як заготовки при холодному висаджуванні застосовують лист, прутки, труби, стрічку та інші профілі. Обробку здійснюють на висаджувальних пресах-автоматах, де одним чи кількома ударами металу надають потрібної форми та розмірів. Волокна металу при холодному висаджуванні розташовуються в необхідному напрямі. Обсяги виробництва при холодному висаджуванні досягають 300 деталей за хвилину, а точність обробки - до 0,03 мм. При цьому методі обробки відходи матеріалу дуже незначні. Часто холодним висаджуванням виготовляють заготовки деталей (наприклад, штуцерів), які потім передаються на різьбонарізні верстати для нарізання різьби.
Електроерозійна обробка металів грунтується головним чином на тепловій дії імпульсів електричного струму, який підводиться безпосередньо до інструмента та заготовки. Різновидом електроерозійної обробки є зміцнення та нанесення покриттів, при яких змінюється структура металу і якість поверхневого шару. Є 5 різновидів електроерозійної обробки металів:
1. Електроіскровий спосіб. Він грунтується на тому, що при іскровому електричному розряді, спрямованому на визначену ділянку оброблюваної поверхні, відбувається викидання частинок металу з оброблюваної ділянки. Оброблювану деталь і інструмент при електроіскровій обробці занурюють в діелектричну рідину (керосин) та підключають їх до електричного струму. В електричну мережу послідовно підключений опір і паралельно - конденсатор. При досягненні на конденсаторі певної напруги, яка залежить від відстані між електродами, виникає електричний розряд прямої полярності між інструментом (катодом) і заготовкою (анодом). Частинки металу, які відірвалися від заготовки, залишаються в рідині і не утворюють напливів на інструменті.
До переваг даного методу відносять здатність обробляти метали будь-якої твердості та будь-якого профілю, а до недоліків - малу продуктивність.
2. Електроімпульсний спосіб. Він грунтується на використанні імпульсів електричного струму великої та середньої тривалості. Обробка також проводиться в діелектричній рідині при оберненій полярності електродів (інструмент - анод, деталь - катод).
3. Анодно-механічний спосіб. Деталь обробляється імпульсами малої довжини в електроліті (рідкому склі). Полярність електродів у даному випадку - пряма (інструмент - катод, деталь - анод). При анодно-механічному способі разом з ерозійним зніманням металу відбувається електрохімічне знімання - анодне розчинення. Як інструмент використовують сталевий диск, що обертається і частково торкається заготовки мікронерівностями. Анодно-механічний спосіб використовують для заточування пластинок з твердих сплавів та для різання твердих і в'язких матеріалів.
4. Електроконтактний спосіб. Він характеризується застосуванням симетричних знакоперемінних імпульсів великої тривалості. Процес ерозії відбувається, як правило, в повітряному середовищі або в потоках води, емульсії чи мастила. Поверхня після обробки має обпалений вигляд. Електроконтактним способом зачищують чавунні виливки, відпилюють кульки підшипників, обробляють складні криволінійні поверхні сталевим або чавунним диском, який обертається. Цей спосіб конкурує з обдирним точінням чи фрезеруванням. Його продуктивність досягає 500 кг знятого металу за годину.
5. Електроерозійне ущільнення та покриття. Це різновид електроерозійної обробки і здійснюється в повітряному середовищі за допомогою вібруючого електрода-ущільнювача. В цьому методі під короткочасною дією високих температур відбувається термічна обробка матеріалів.
Електротермічна обробка. Цей вид обробки грунтується на оплавленні поверхні деталі, яка обробляється, струмом високої густини. Струм підводиться до деталі через інструмент, через який і відводиться оплавлений метал. Електротермічна обробка застосовується для різання металу в тих випадках, коли використання інших методів утруднене.
Електрохімічна обробка. При електрохімічній обробці відбувається руйнування поверхневих шарів деталі під впливом електричного струму та електроліту, оскільки металеві частинки на поверхні деталі розчиняються в електроліті. Оброблена поверхня в цьому випадку має блискучий, полірований вигляд. Застосовується для будь-яких профілів та твердості матеріалу.
Ультразвукова обробка. Обробка твердих та крихких матеріалів, як правило, утруднена. При обробці таких матеріалів і застосовують ультразвукову обробку металів. Її суть полягає в тому, що збуджувані особливими віброзбудниками ультразвукові коливання з частотою 18000-30000 кол/с надають інструменту зворотно-поступальні коливання тієї ж частоти. В зазор між торцем сталевого стержня інструмента і деталі, що обробляється, подається емульсія з абразивними частками. Частки абразивного матеріалу, отримуючи велике прискорення, ударяються об оброблювану заготовку і виколюють її. Користуючись ультразвуковим методом, як правило, пробивають отвори в твердих матеріалах. Так, на ультразвуковому пристрої можна за 10 хвилин пробити отвір 6,25 х 6,25 глибиною 3 мм, застосовуючи як абразив зерна карборунду.
Електронно-променева і лазерна обробка. При цьому методі обробки тонкий пучок електронних променів високої напруги направляється на деталь, яка поміщена у вакуумну камеру. Цей пучок електронних променів видаляє зайвий метал шляхом його випарування. Метод бомбардування поверхні потоком електронів використовується для різних технологічних операцій. Наприклад, використовуючи цей метод, можна отримувати пази, отвори, глухі фасонні порожнини, складні контури зовнішніх поверхонь. Підбираючи відповідну напругу електронного променя, досягається оплавлення металу без його випарування, що дозволяє використовувати електронно-променеві пристрої також і для зварювання металів. При цьому для локалізації теплової дії променя в стиках зварюваних деталей енергія подається імпульсами.
Обробка особливо твердих матеріалів за допомогою лазера має ряд суттєвих переваг у порівнянні з електронно-променевою обробкою. Вона забезпечує швидкість виконання операцій, низьку їх вартість та знижену складність виконання. На відміну від електронно-променевого методу, лазерна обробка виконується поза вакуумною камерою. Пристрій складається з блока живлення та лазерної головки. Число імпульсів за хвилину регулюється в межах 0,25-12. В наші часи лазерна обробка широко застосовується при свердлінні твердих матеріалів (алмазів, вольфраму, корозійне стійких сталей).
Хімічне фрезерування алюмінієвих сплавів у водному розчині їдкого натру. Воно застосовується в тих випадках, коли неможливо застосувати механічну обробку матеріалів, або коли треба зменшити масу чи розміри деталі. Хімічним фрезеруванням можна зняти метал з усієї поверхні деталі (загальне травлення) або з її окремих ділянок (місцеве травлення). При загальному травленні відбувається рівномірне видалення металу з усієї поверхні залежно від часу травлення - рівномірне зменшення товщини деталі. Хімічним фрезеруванням можна також отримати деталь змінного перерізу шляхом поступового її виймання з розчину. В цьому випадку глибоко занурена в розчин ділянка стравлюється на більшу глибину. Застосовуючи особливі пристрої, можна отримати східчасте стоншення або конус. При місцевому травленні необроблювані поверхні покривають особливими стійкими до хімічної дії ізолюючими покриттями. Відкрита поверхня обробляється на задану кресленням площу і глибину. Оброблена хімічним методом деталь може піддаватися подальшій обробці (згинанню, клепанню тощо), оскільки властивості металу в даному випадку не змінюються. Хімічне фрезерування деталей необхідно робити в спеціальних гальванічних цехах при суворому дотриманні техніки безпеки.
Інтенсифікація процесів обробки. Існують такі методи інтенсифікації процесів обробки:
Електричний - застосовується для підвищення ефективності механічної обробки важкооброблюваних матеріалів шляхом нагрівання зони різання електричним струмом.
Електроконтактне нагрівання - струм проходить крізь ролики, які притиснуті до деталі близько до місця обробки і переміщуються разом із супортом. Нагрівання деталі перед різцем полегшує процес різання і зменшує ступінь шорсткості оброблюваної поверхні. Те ж саме робиться і при різанні металів.
Ультразвуковий - полягає в передачі в зону обробки ультразвукових коливань, які підвищують ефективність багатьох процесів, наприклад, покращують очищення і промивку деталей у ваннах, збільшують точність обробки при точінні та шліфуванні крихких і в'язких матеріалів.
Плазмений - нагрів металу і його розм'якшення перед зоною різання за допомогою плазменої горілки.
Наступним пунктом, який торкається технології обробної промисловості, є визначення оздоблювальних видів обробки. Ці види та їх характеристику подано в наступному списку.
Чистове обточування. Застосовують два види обточування: з малою подачею звичайними чистовими різцями і великою подачею широкими різцями. Найбільше розповсюдження отримало обточування з малою подачею звичайними чистовими різцями. При цьому не виникає великих зусиль різання і досягається висока точність обробки. Недоліком першого методу є його низька продуктивність. Обточування широкими різцями з великими подачами в десятки разів продуктивніше, ніж при звичайному чистовому точінні.
Отримання якісної поверхні оброблюваної деталі вимагає дотримання наступних умов:
• Леза різця повинна бути ретельно наточені.
• Головне лезо різця, яке встановлене на верстаті, треба розташувати паралельно осі обертання заготовки.
• Довжина головного леза широких різців, що залежить від подачі, повинна бути не менш двох подач (2s).
Тонке (алмазне) точіння. Здійснюється алмазними різцями або різцями, обладнаними твердими сплавами чи керамікою, при високих швидкостях різання, малій подачі та малій глибині різання. Швидкісні верстати з частотою обертання шпінделя 1000-8000 об/хв, що застосовуються для тонкого точіння, мають відрізнятися високою точністю та жорсткістю. На цих верстатах не рекомендується виконувати інші операції. Виконуючи роботу твердосплавними різцями, застосовують змащувально-охолоджуючу рідину, яка подається великим неперервним потоком. Це робиться для запобігання розтріскуванню пластинок твердого сплаву. Для охолодження і видалення дрібної стружки обдувають зону різання стисненим повітрям. Говорячи про алмазні різці, слід сказати, що ними обробляють здебільшого сплави з кольорових металів і сплавів (міді, бронзи, латуні, пластмаси тощо), при яких швидко засалюється шліфувальний круг. В наші часи алмазні різці застосовуються і для обробки чорних металів.
Швидкісне шліфування. Здійснюється м'якими дрібнозернистими шліфувальними кругами при великій робочій швидкості (більше 40 м/с), малій коловій швидкості оброблюваної деталі (до 10 м/хв), а також при малій глибині різання (до 5 мкм). Шліфування супроводжується підсиленим охолодженням деталі, яка піддається обробці.
Притирка. Застосовують для кінцевого оздоблення попередньо відшліфованих поверхонь деталей. Притирання зовнішніх циліндричних поверхонь здійснюють притирами, чавунними, мідними, бронзовими або свинцевими втулками, внутрішні діаметри яких мають бути більші за діаметр поверхні, що притирається, на 0,15 мм при чорновій і на 0,5 мм при чистовій. При притирці втулками їх змащують рівним тонким шаром дрібного абразивного порошку з мастилом чи доводочною пастою. Операцію по притиранню зовнішніх циліндричних поверхонь в одиничному виробництві здійснюють на звичайних токарних верстатах, а в крупносерійному і масовому - на спеціальних притиральних верстатах. Як абразивний порошок використовують корунд, окис хрому, окис заліза тощо. Пасти складаються з абразивних порошків, хімічно активних речовин і мають різний склад.
Хонінгування. Застосовують для механічної доводки попередньо розгорнутого, шліфованого або розточеного отвору. Оброблюючим інструментом слугує особлива головка, яка обертається, - хон зі встановленими по колу шістьма та більше абразивними чи алмазними брусками. Бруски закріплені в металевих колодках і за допомогою особливого механізму можуть розтискатися в радіальному напрямку. Головку зв'язують зі шпинделем хонінгувального верстата не жорстко, а шарнірно, так, щоб вона могла самовстановлюватися по отвору деталі, яка обробляється. Деталь при цьому закріплена на столі верстата. Для хонінгування виготовляють одно-та багатошпиндельні верстати з гідравлічною подачею. Під час обробки застосовується охолодження оздоблюваної поверхні сумішшю керосину з мінеральним мастилом. Це охолодження сприяє також видаленню абразивних зерен з оброблюваної поверхні.
Суперфінішування. Процес "наддоводки" чи суперфінішування провадять для зменшення і без того малої шорсткості поверхні, отриманої після шліфування. Оздоблення поверхні провадиться головкою з шліфувальними брусками, які коливаються. Швидкість різання при цьому невелика - 0,05-2 м/с; тиск брусків на поверхню деталі теж незначний - 0,005-0,2 МПа. Суперфінішування виконують на особливих верстатах або на верстаті загального призначення (наприклад, токарному) за допомогою оздоблюваної головки. Більша жорсткість встановлення, тиск брусків на поверхню протягом одного оберту деталі дозволяють не тільки зменшити шорсткість, а й деякою мірою покращити точність форми поверхні.
Полірування. Процес полірування полягає в чистовій обробці для отримання якісних гладеньких поверхонь, які мають блискучий, дзеркальний вигляд. Поліруванням не покращують недоліки геометричної форми поверхні і не забезпечують високої точності розмірів. Перед поліруванням грубо оброблені поверхні деталі попередньо обробляють для наступної зачистки. Полірування здійснюють або вручну шліфувальною шкуркою, або за допомогою особливих головок, на які встановлюють м'який полірувальний круг з нанесеним на нього дрібнозернистим абразивним порошком, змішаним з мастилом. Матеріалом для полірувальних кругів слугує повсть, фетр, парусина, шкіра. Шліфувальні шкурки виготовляють з шліфзерна та шліфпорошків, які наклеюються на папір чи на тканину. Для надання зачищуваній поверхні блиску її трохи змащують машинним мастилом чи керосином з доданням 2,5% олеїнової кислоти або застосовують особливі полірувальні пасти. У крупно-серійному та масовому виробництві полірування проводять в багатошпіндельних полірувальних автоматах.
Обкатування поверхонь. Обкатування поверхонь заготовки роликами, що вільно обертаються, або кульками є різновидом оздоблювальної обробки, яка полягає в пластичному деформуванні поверхневого шару заготовки, згладжуванні його нерівностей і зміцненні. Операцію по обкатуванню проводять на токарних верстатах, після чистової обробки поверхні. Ця операція замінює зачистку шліфувальною шкуркою або шліфування. Державки, які застосовуються при обкатуванні, закріплюються в різцетримачах токарного верстата. Конусність та еліптичність поверхонь при обкатуванні не змінюються. Обкатування є більш продуктивним та менш трудомістким способом, на відміну від шліфування.
Електрохімічне полірування. Широко застосовують два види обробки деталей після механічної обробки та холодної штамповки для надання їх поверхням блиску. Електрохімічне полірування про водять в електрохімічній ванні. Поміщена у ванну деталь слугує анодом. Серйозними недоліками електрохімічного полірування є складність забезпечення рівномірного зняття металу з різних ділянок деталі, мала точність обробки і незначне зменшення розмірів великих нерівностей у погано оброблених поверхонь. На відміну від електрохімічного полірування електрохімічна обробка в проточному електроліті (скорочено ЕХО) відрізняється більшою інтенсивністю зняття металу, яка досягається збільшенням у кілька сот разів густини струму (до 300 А/см2) та енергійним змиванням з оброблюваної поверхні оксидної плівки, яка утворюється в процесі роботи. Катоду-інструменту при даному методі обробки надається форма оброблюваної поверхні деталі-анода, і в малий зазор між ними (0,25-0,06 мм) з великою швидкістю (25-40 м/с) насосом прокачується електроліт. Через свою високу продуктивність та економічність метод ЕХО витіснив механічну обробку в операціях по оздобленню деталей в крупносерійному та масовому виробництві.
Складальне виробництво
Складальне виробництво, в порівнянні із заготовочним та оброблювальним, має менший шкідливий вплив на екологію. Тому в даному розділі мова піде тільки про основні види складальних робіт.
Так, складальне виробництво в машинобудуванні поділяється на одиничне, серійне (дрібносерійне та крупносерійне) і масове.
Тип виробництва справляє головний вплив на технологію і організацію процесу складання. Незалежно від типу виробництва в ході процесу складання можна виділити такі види робіт: підготовчі, підгонка, вузлове складання, повне складання та випробування, розбирання та підготовка виробів до відвантаження.
Підготовчі роботи - це приведення деталей і покупних виробів до вимог умов складання (розконсервація, сортування, укладка у відповідну тару тощо). Усі деталі мають надходити до складання в підготовленому вигляді. До початку складання має бути проведене статичне чи динамічне балансування, гідравлічні випробування та інше.
Перед складанням місця, які стикуються, необхідно ретельно перевірити: розміри та геометрію посадочних поверхонь за довжиною та діаметром; чистоту поверхонь, які стикуються; наявність мастильних каналів; наявність фасок на валу і в отворах деталей, які з'єднуються.
Підгонка включає підгоночні роботи, які забезпечують складаність на даній операції і на наступних ділянках складання, а також досягнення технічних вимог на складанні різних з'єднуваних деталей.
Найбільш розповсюдженими видами підгоночних робіт є обпилюваня, зачистка, притирка, полірування, шабріння, свердління отворів по місцю, розгортання отворів, згинання, виготовлення прокладок. На багатьох заводах пригоночні роботи становлять значну частку загальної трудомісткості виготовлення виробу.
В залежності від виду виробництва обсяг пригоночних робіт становить в середньому: в масовому виробництві - 2%, крупносерійному - 8-10%, середньосерійному - 20-25%, дрібносерійному та одиничному - 30-40% трудомісткості складання.
Значну частину пригоночних робіт виконують ручним та напівмеханізованим способом. Механізація на цьому етапі включає, в основному, створення електричних або гідравлічних інструментів, які прискорюють процес підгонки.
Прискорене збирання досягається за рахунок вузлового складання.
Вузлове складання - це процес з'єднання в певній послідовності деталей виробу в складальний вузол. Вузлове складання дозволяє скоротити загальний цикл шляхом паралельного складання вузлів, дозволяє спеціалізувати складальників на однотипних вузлах, раціональніше використовувати робочі площі, обладнання та інструмент.
На більшості великих українських підприємств всі вироби складаються саме методом вузлового складання.
При вузловому складанні однакові деталі, які підганяються, повинні бути замаркованими в місцях підгонки. Проміжне складання деталей, яке провадиться для обробки їх на верстатах (складання корпуса і кришки редуктора для сумісної обробки тощо), і маркування деталей, які обробляються попарно, звичайно виконують в механічному цеху, якщо він знаходиться окремо від складального цеху.
Окремі вузли можуть бути вироблені на спеціалізованих підприємствах. Наприклад: електродвигун, насос тощо.
Повне складання та випробування виробу включає в себе комплекс робіт, які виконуються з метою з'єднання в певній послідовності деталей виробу (згідно з техдокументацією) та перевірки їх взаємодії. Для перевірки на відповідність технічним вимогам виготовлені вироби після складання повинні бути повністю випробувані на заводі-виробнику (за виключенням випадків, коли це недоцільно чи неможливо).
Випробування на заводах із серійним виробництвом провадиться наступним чином. Повністю складається перший екземпляр серії (так зване контрольне складання), з нього знімаються необхідні характеристики в штучних умовах, які схожі на реальну експлуатацію. Наступні екземпляри перевіряються вибірково.
Якщо повне складання і випробування неможливо виконати на заводі-виробнику, то повне складання провадять у замовника (монтажне складання). Причиною цього може бути те, що габаритні розміри та маса деяких деталей та вузлів не дозволяє виконати повне складання виробу на заводі, а також якщо готовий виріб неможливо транспортувати замовнику в готовому вигляді, наприклад - судновий двигун чи реактор АЕС.
Велику роль в якісному виготовленні та складанні того чи іншого виробу грає його складаність, тобто здатність деталей, які співпадають, входити при складанні у вузол, а з вузлів у виріб, без пригоночних робіт, не передбачених технологією виробництва. Скла-даність знаходиться в прямій залежності від вдосконалення конструкторських заходів, а також від якості комплектуючих.
Розбирання та підготовка виробу до відвантаження. До розбирання виробу приступають після монтажного маркування. Відсутність чи невірне нанесення монтажного маркування призводить до нескладаності вузла при монтажі в разі певної взаємозалежності.
Спочатку ведуть укрупнене розбирання виробів на вузли, щоб вивільнити складальну площу. Після цього розбирають вузли і готують їх до відвантаження. При розбиранні деталі промивають, очищують від мастила, продивляються поверхні тертя, зачищають їх від задирів та забоїн, зачищають та змащують різьбу, перевіряють наявність монтажного маркування.
Перед відвантаженням виробів необхідно скласти комплектно-відвантажувальну документацію, на підставі якої може бути складений технологічний процес розбирання, консервації та пакування. Два останні процеси на багатьох підприємствах механізовані, що зменшує трудомісткість складання виробу.
Складальне виробництво значного впливу на екологію не має.
УЗАГАЛЬНЕННЯ
Машинобудівний комплекс поруч з іншими галузями промисловості, незважаючи на технологічні процеси, є забрудником довкілля. Технологічні процеси в машинобудівній промисловості виконуються за допомогою машин та автоматів, що знижує негативній вплив на людину.

 

Яндекс.Метрика >