Основы технологий в машиностроении

Производство заготовок можно осуществлять двумя методами:

1)метод пластической деформации

2)метод литья.

Способ пластической деформации основан на обработке металла давлением. Обработке давлением подвергаются те материалы, которые обладают пластичностью в холодном или в нагретом состоянии. Этот метод включает в себя прокатку, ковку, штамповку, прессование, волочение.

Самым распространенным методом обработки металлов является прокатка (свыше90%)

Суть ее заключается в пластическом деформировании заготовки между вращающимися валками. Геометрическая форма поперечного сечения прокатного изделия называется его профилем, а совокупность профилей – сортаментом. Сортамент отличается разнообразием и делится на 5 групп:

1) сортовой прокат

а) профиль простой формы;

б) профиль сложной формы.

2) листовой прокат

а) тонколистовой прокат (0,2 – 4мм)

б) толстолистовой прокат (4 – 60мм)

3) трубный прокат

а) бесшовный;

б) сварной

4) периодический профиль (профиль этой группы представляет собой заготовку, геометрическая форма которой и площадь поперечного сечения изменяется по ее длине)

5) специальный прокат (изделия законченной формы).

Широко распространен также метод ковки. Ковка используется при изготовлении тяжелых массивных изделий массой более 250т.

При изготовлении изделий методом объемной штамповки применяют специальную оснастку – штампы. Исходной заготовкой листовой штамповки является листовой прокат. Достоинствами листовой штамповки является высокая производительность, точность размеров и качества поверхности полученных изделий.

Волочение – холодный вид обработки металлов давлением, в процессе которого заготовка упрочняется (проволока, прутки различного профиля).

Метод литья более простой, а иногда и единственный способ получения изделия. Процесс литья заключается в том, что расплавленный металл заключается в заранее подготовленную литейную форму. Продукция литейного производства называется отливками. Литейные формы могут быть разовыми и постоянными. В настоящее время до 60% чугунных и стальных отливов получают методом литья в песчано-глинистые формы (разовые). Для получения отливок высокой точности размеров, хорошего качества поверхности применяют специальных методы литья:

ü Литье в кокиль

ü Литье под давлением

ü Центробежное литье

ü Литье по выплавленным моделям

ü Оболочковое литье

Обработка заготовок осуществляется преимущественно механическим путем и независимо от ее вида заключается в снятии верхнего слоя Me с обрабатываемой поверхности. Самый распространенный метод механической обработки – резание. Основные методы обработки металлов резанием классифицируются на:

ü Точение

ü Строгание

ü Сверление

ü Фрезерование

ü Шлифование

Лишний слой металла называется припуск.

Существуют и прогрессивные методы обработки заготовок. Самый распространенный элионный – размерная обработка конструкционных материалов, основанная на использовании сфокусированных лучей или потоков частиц. К методам эллионной обработки относятся:

1. Лазерная

2. Электронно-лучевая

3. Плазменная

Сборочное производство – завершающий этап машиностроительного производства, в которой аккумулируются результаты всей предыдущей работы и составляет 40-60% всего производственного процесса.

Деталь - простейшая сборочная единица. Характерный признак: отсутствие соединений. Две или несколько деталей соединенных между собой образуют узел, а несколько узлов образуют рабочий механизм.

Основные технологические процессы при сборке:

§ Подготовительный – расконсервирование деталей, их зачистка и подача к месту сборки

§ Собственно сборочные операции.

§ Вспомогательная операция (корректировка, подгонка деталей)

§ Контроль и испытание.

Основные виды сборки:

ü стационарная осуществляется, когда изделия неподвижны

ü подвижная (изделие передвигается от поста к другому)

существуют следующие формы организации сборочного производства:

ü концентрированная (весь технологический рпоцесс осуществляется одним сборщиком или одной бригадой)

ü дифференцированная (одновременная сборка узлов, группы узлов, механизмов).

Машиностроение – ведущая отрасль промышленного пр-ва, где создаются основные орудия труда и предметы потребления, самая крупная отрасль по масштабам производства продукции и по количеству работающих в нашей стране. По масштабам выпуска продукции эта отрасль подразделяется на массовое, серийное и индивидуальное производство.

Основные направления развития:

Коренное повышение технологического уровня и качества продукции

Переход от устаревших к прогрессивным технологиям (ресурсо- и энергосберегающим)

Снижение металлоемкости изделий

Повышение производительности труда => снижение себестоимости продукции

Разработка производства и применение вычислительной техники

Развитие систем автоматизированного проектирования.

Металлургический комплекс – самый основной поставщик сырья для машиностроения. Он производит черные (чугун, сталь) и цветные (алюминий, золото, никель, медь) металлы

Основные направления развития (черной металлургии):

Улучшение структуры и качества конструкционных материалов, повышение их прочностных и антикоррозийных свойств

Увеличение выплавки конверторной и электростали

Разливка стали непрерывным способом и выпуск металлических порошков

Промышленное освоение технологий прямого восстановления железа.

В цветной металлургии основной упор делается на комплексное использование ресурсов и применение ресурсо- и энергосберегающих технологий.

Топливно-энергетический комплекс – включает в себя:

- электро и теплоэнергетику;

- нефтяную и нефтеперерабатывающую отрасль;

- газовую отрасль;

- угольную отрасль;

- сланцевую, торфяную отрасль.

В общей добыче топлива около 40% приходится на нефть, 35%-газ, 23%-уголь, 2%-торф, сланцы, дрова. Нефтеперерабатывающая промышленность производит моторное топливо (бензин, керосин) и котельное топливо (мазут, масла). Важнейшей отраслью этого комплекса является электроэнергетика. Свыше 92% электроэнергии производится на электростанциях. Преобладающая часть электроэнергии вырабатывается на тепловых станциях. В последние годы в теплоэнергетическом балансе возрастает доля газа.

Основные задачи:

Энергосбережение во всех сферах народного хозяйства за счет экономии

Наращивание темпов добычи природного газа. Поддержание высоких темпов добычи нефти, развитие безопасной атомной энергии

Освоение альтернативных источников энергии (солнце, ветер)

Химико-лесной комплекс – включает в себя предприятия химической, нефтехимической, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей отрасли, т.е. предприятия, на которых преобладают химические методы переработки сырья и материалов. Всю химическую промышленность можно разделить:

· неорганические вещества

· органические вещества

· продукты органического синтеза (каучук, резина, пластмассы)

· химические реактивы

· медикаменты и химико-фармацевтическая продукция

Задачи данного комплекса:

1. Внедрение очистительных сооружений

2. Получение новых материалов с высокими качественными показателями, чистыми в экологическом смысле

3. Развитие ресурсо- и энергосберегающих технологий

Агропромышленный комплекс – это совокупность отраслей народного хозяйства, занятых производством с/х продукции, хранением, переработкой и доведением с/х продукции до потребителя. таким образом в составе комплекса можно выделить 3 сферы:

Отрасли промышленности, поставляющие средства производства и другую продукцию для с/х техники

Собственно с/х, занимающееся выращиванием различным видов растений и животных

Отрасли, связанные с хранением и реализацией и переработкой с/х продуктов.

Задачи данного комплекса:

1. Разработка и внедрение прогрессивных средств труда

2. Развитие сервисного обслуживания с/х техники

3. Освоение безотходных технологий

4. Разработка и использование эффективных удобрений и безвредных кормовых добавок.

Строительный комплекс включает в себя 2 сферы:

Производство, занятое выпуском строительных материалов, изделий и конструкций

Производство занимающееся непосредственно строительством.

Промышленность стройматериалов является единственной отраслью, которая способна использовать отходы других отраслей промышленности.

Задачи:

1. Разработка и внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий

2. Внедрение прогрессивных средств труда

3. Расширение сырьевой базы за счет использования вторичного сырья

4. Разработка новых эффективных строительных материалов.

16. Базовые технологии в химической промышленности. кислота!(пример)

Химическая промышленность объединяет производства, в которых преобладают химические методы переработки сырья и материалов. Сюда входят предприятия, производящие неорганические кислоты, соли, щелочи, минеральные удобрения, каучуки, смолы, пластические массы и многие другие продукты. В настоящее время трудно найти область народного хозяйства, где бы ни использовались достижения химической промышленности.

Химические материалы широко применяются в машиностроении (пластмассы, лаки, клеи, герметики, резины), сельском хозяйстве (удобрения и ядохимикаты), здравоохранении (лекарства, витамины, материалы для хирургии) и т.д.

В отрасль химической промышленности входят разнообразные предприятия, отличающиеся как технологическими процессами, так и конечными продуктами производства.

Всю химическую продукцию можно разделить на следующие классификационные группы:

1. Неорганические вещества, включающие следующие основные продукты: аммиак; неорганические кислоты (серная, азотная, соляная); содовые продукты; щелочи; минеральные удобрения и ядохимикаты; силикаты (строительная керамика, вяжущие вещества, стекло).

2. Органические вещества: продукция переработки твердых топлив; продукция переработки жидких топлив; продукция переработки газообразных топлив.

3. Продукты органического синтеза: пластические массы; химические волокна; каучук и резина; лакокрасочные материалы.

4. Химические реактивы и особо чистые вещества.

5. Медикаменты и химико-фармацевтическая продукция.

Продукция химической промышленности используется в ряде отраслей народного хозяйства как исходный материал. Поэтому качество химических продуктов должно соответствовать требованиям государственных стандартов (ГОСТов). Качество химической продукции зависит как от качества применяемого исходного сырья, так и в значительной степени от уровня технологии ее производства.

Наиболее применяемыми неорганическими кислотами являются серная, азотная и соляная. Из них серной принадлежит особое место. По объему производства и области применения серная кислота занимает одно из первых мест среди химической промышленности. Серная кислота используется в самых разнообразных отраслях производства.

В настоящее время в промышленности серную кислоту получают двумя способами — нитрозным и контактным. В обоих случаях сущность процесса сводится к окислению сернистого газа S0₂ до серного S0з и соединению трехокиси с водой.

В обычных условиях сернистый газ кислородом воздуха не окисляется, поэтому процесс окисления осуществляется либо при помощи азота, либо в присутствии твердого катализатора. Способ окисления и определяет технологию процесса. При нитрозном способе двуокись окисляют до S0з при помощи нитрозной смеси, состоящей из окиси и двуокиси азота, взятых в соотношении 1:1. Контактный способ состоит в окислении двуокиси в присутствии твердого катализатора.

Более старым является нитрозный способ производства серной кислоты. Нитрозный способ трудно поддается автоматизации. Кроме того, получаемая кислота имеет концентрацию не более 75— 77% и загрязнена примесями. Эти недостатки привели к тому, что нитрозный способ производства серной кислоты все больше утрачивает свое значение, а преимущественное развитие получает контактный метод.

Технология контактного процесса предусматривает окисление сернистого газа в присутствии твердых катализаторов. До 20—30-х годов в качестве катализатора использовали платину. Затем она была заменена значительно более дешевым и устойчивым катализатором, изготавливаемым из пятиокиси ванадия V₂O₅.

При контактном способе производства может быть получена серная кислота практически любой концентрации и высокой степени чистоты. Такая кислота может быть использована в любом производстве.

Масштабы производства соляной кислоты меньше по сравнению с серной и азотной. Ее употребляют при производстве различных хлористых солей, в процессе гидролиза клетчатки, при травлении металлов, при пайке, лужении и т.д.

Соляная кислота представляет собой раствор хлористого водорода в воде. Хлористый водород НСI — это бесцветный газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. В промышленности он может быть получен двумя способами: прямым синтезом из Н₂ и СI₂ и при хлорировании органических соединений.

Наибольшее распространение в промышленности получил метод прямого синтеза хлористого водорода из газообразных хлора и водорода, получаемых при электролизе растворов поваренной соли.

Реакция между хлором и водородом СI₂ + Н₂ = 2НСI протекает только на свету и при нагревании. Она относится к типу цепных и может привести к взрыву, если смешивать большие объемы исходных компонентов. Спокойное течение реакции обеспечивается непрерывным поступлением струи газов в зону высокой температуры (до 2400 °С). Процесс ведется в специальных печах с охлаждением воздухом или водой.

Большое количество хлористого водорода образуется в процессе синтеза органических соединений, например, при хлорировании бензола для получения хлорбензола:

C₆H₆ + СI₂ = С₆Н₅СI + НСI.

Азотная кислота по значению и объему производства занимает второе место после серной. Она широко применяется при производстве удобрений, взрывчатых веществ, ракетного топлива, синтетических красителей, пластмасс, нитроцеллюлозы, синтетических волокон и т.д. По внешнему виду азотная кислота представляет собой тяжелую бесцветную жидкость с удельным весом 1,52 г/см3, химический состав ее выражается формулой НNОз.

Промышленное получение азотной кислоты осуществляется окислением синтетического аммиака. Процесс осуществляется в три стадии:

1) окисление аммиака кислородом воздуха до окиси азота в присутствии катализатора (платины и ее сплавов);

2) окисление окиси азота до двуокиси;

3) поглощение N0₂ водой с образованием азотной кислоты.

Окисление аммиака до окиси азота протекает с достаточной скоростью лишь при высоких температурах. При этом возможны побочные реакции, приводящие к выделению не окиси азота, а свободного азота или его закиси. Чтобы предотвратить эти реакции, необходимо вести окисление при температурах не выше 700—800 °С в присутствии катализатора. Последний изготавливается в виде сеток из очень тонкой проволоки диаметром 0,06—0,09 мм.

Данный способ производства азотной кислоты позволяет получить кислоту концентрацией 48—50%. Для получения более концентрированного продукта процесс ведут при повышенном давлении. Применение давления до 10 ат. позволяет повысить концентрацию азотной кислоты до 60—62%.

В настоящее время в производстве различают три технологические схемы получения азотной кислоты:

1) под атмосферным давлением;

2) под давлением до 10 ат;

3) комбинированная.

Схема под давлением в принципе не отличается от схемы под атмосферным давлением, но объем окислительных и абсорбционных аппаратов значительно меньше. Процесс окисления окиси азота до двуокиси протекает намного быстрее и возрастает степень абсорбции окислов водой. Вместе с тем при увеличении давления в процессе окисления аммиака возрастают потери дорогостоящего катализатора, что является недостатком этой схемы.

Комбинированный способ позволяет использовать достоинства обеих схем. При нем окисление аммиака осуществляется при атмосферном давлении, что резко снижает потери платины, а окисление нитрозных газов до двуокиси и абсорбция их проводятся под давлением. Это позволяет получать кислоту концентрацией 60 — 62%. На установках комбинированного способа применяют давление до 4—9 ат.