2. ковкие - с лучшими механическими свойствами; для изготовления деталей сельскохозяйственных машин, тракторов; обозначаются: КЧ - число, показывающее предел прочности на разрыв, второе число - относительное удлинение, например КЧ 30-5;
3. высокопрочные - с добавлением различных присадок - модификаторов – марганец, что повышает их прочность и качество; маркируются ВЧ 20-5;
4. спецчугуны, легированные другими металлами.
Чугуны широко экспортируются в среднем 166230 т в месяц.
Продуктом доменного производства являются и ферросплавы - сплавы железа с кремнием, хромом и другими металлами, используемые в дальнейшем для легирования сталей в процессе их выплавки.
2.2. Производство стали, её свойства, общая схема производства и применение.
Сталь по сравнению с чугуном имеет более высокие механические и технологические свойства, обрабатывается давлением, резанием, льётся, является основным видом конструкционных материалов.
В последние годы производство стали снизилось примерно на 50%. В 1995 г. - несколько возросло, что связано с ростом экспорта.
Исходные материалы для производства стали: металлолом, передельный чугун, скрап - отходы металлургического производства. В промышленно развитых странах скрап(металлолом) пользуется большим спросом, чем чугун, так как при переплавке он экологически менее вреден.
Задача плавки при получении стали состоит в удалении углерода и примесей(фосфора, серы, кремния и др.).
3 этапа выплавки стали:
1. расплавляется шихта, под воздействием вдуваемого кислорода и содержащей кислород руды окисляются и всплывают примеси в виде шлака;
2. углерод окисляется кислородом и удаляется с поверхности расплава - сталь как бы кипит;
3. так как при продувке часть кислорода соединилась с железом, производится раскисление стали(удаление кислорода) путём ввода ферромарганца, ферросилиция, ферроалюминия. Раскисленная сталь при разливке не кипит и обозначается маркировкой СП, что означает(спокойная); нераскисленная сталь называется кипящей и обозначается КП; сталь, раскисленная в процессе выплавки одним раскислителем обозначается ПС -(полуспокойная).
2.2.1. Производство стали в мартеновских печах: сырье, технологический процесс, экологические и энергетические особенности.
Наиболее древний вид получения - с помощью мартеновских печей, в печке находится плавильное пространство, которое заполняется чугуном или металлоломом, через переключатель поступает кислород метал под температурой плавится, дым уходит, горячий газ выходит через блок в виде спирали с огнеупорными кирпичами, через который потом проходит другой газ, нагреваясь.
Сейчас в некоторых странах от этого способа уже отказались, у нас же ещё активно используются. Мартеновская печь представляет собой пламенную печь, в которой над плавильным пространством достигается необходимая температура за счёт сгорания газа, предварительно нагретого в регенераторах (теплообменниках). Через регенераторы попеременно пропускается отработанный газ, который их нагревает, и газ, направляемый в печь, то есть используется тепло сгоревших газов. Предварительный нагрев дает возможность получить необходимую температуру Недостатки требует затрат на энергоресурсы, сжигание загрязняет атмосферу, производительность конверторов более высокая, поэтому в Японии, Англии, Германии мартены заменены конверторами В 2002 году выплавка Мартеновской стали составила 24%
Недостаток мартеновского способа выплавки стали состоит в том, что: 1) он требует затрат на энергоресурсы; 2) сжигание газа загрязняет атмосферу; 3) производительность конверторов для выплавки стали более высокая. Поэтому в Японии, Англии, Германии мартены заменены конверторами. В России произведены работы по модернизации мартенов, однако проблема их замены остаётся: в 1996 г. выплавка стали в мартенах составила 38%.
2.2.2. Конверторный способ производства стали: технологический процесс, преимущества и недостатки, качество стали.
Конвертеры - сосуда из кирпича, куда заливается расплавленный чугун, туда вставляется труба, откуда исходит кислород, что по мере сгорания выводит углерод из чугуна Сущность кислородно-конверторного способа состоит в окислении в расплавленном и запитом в конвертер - сосуд грушевидной форме, чугуне с проливаемым через него кислородом или смесью с кислородом, температура плавки получается за счет сгорания углерода-чугуна Отличается высокой производительностью, лучшими экологическими свойствами, так как не используется топливо, требует меньше капиталовложений, но сталь получается несколько хуже В 2002 году-61% выпуска стали через конверторы
2.2.3. Производство стали в электропечах.
Плавка стали происходит в печах, нагреваемых электрическим током, печи подразделяются на электродуговые, где плавка происходит за счёт электрической дуги, возникающей между шихтой и графитовыми электродами, и индукционные, где плавка осуществляется нагревом шихты вихревыми токами Преимущества - быстрая нагреваемость, контролируемость процесса, возможность создания вакуума или определенной газовой среды, получают сталь высокого качества и заданной рецептуры, так как исключаются примеси, в 2002 году -15 % выпуска.
3. Классификация стали по химическому составу, назначению и качеству.
Стали подразделяются:
1. по способу производства: на конверторную, мартеновскую, электросталь и сталь, полученную прямым восстановлением из руды;
2. по способу изготовления изделий: на литую, кованую, катаную (прокат), штампованную и т.д.;
3. по химическому составу: на углеродистую и легированную;
4. по назначению: на строительную, конструкционную, инструментальную и специального назначения: жаропрочную, нержавеющую, шарикоподшипниковую и т.д.
Основой товарной классификации является её химический состав. Кроме того, учитывается и ряд других признаков.
По качеству углеродистые стали делятся на: стали обыкновенного качества и качественные.
Углеродистая сталь обыкновенного качества: свойства, маркировка, применение.
Углеродистые стали обыкновенного качества подразделяются на группы:
А - поставляются по механическим свойствам, это значит, что в сертификате указываются прочность стали на растяжение и другие механические качества(свойства); Б - поставляется по химическому составу; В - поставляется по механическим свойствам и химическому составу.
Углеродистые стали маркируются: буква Б или В(А опускается), сочетание букв Ст. и номер группы (например, 3), далее раскисление (КП, СП):(Б Ст.3 КП). Номер группы не обозначает содержание углерода, а только номер, согласно ГОСТа; номер группы от 0 до 6 для сталей групп А и Б, и от 0 до 5 для группы В. Соответствие свойств и химических составов определяется ГОСТами.
Качественные углеродистые стали: свойства, маркировка, применение.
Качественные углеродистые стали обладают более высокими механическими свойствами, так как в них содержится меньше примесей: они на 10-15% дороже. Из качественных сталей производят прокат, сортовую сталь и т.д. Она хорошо обрабатывается всеми видами обработки. Марка стали обозначается: Сталь 45 СП (сталь, затем процентное содержание углерода в сотых долях процентов и метод раскисления, 0,45% углерода в стали этой марке). Выпускаются стали 22-х марок. В ней гарантируются химический состав, макро и микроструктура и механические свойства. Наиболее часто употребляются Сталь45 и Сталь20.
Инструментальная углеродистая сталь: свойства, маркировка, применение.
Инструментальная углеродистая сталь применяется для изготовления инструментов, маркируется буквой У и числом, показывающим десятые доли процента содержания углерода (например, сталь марки У8 содержит 0,8% углерода). Отличается более высоким содержанием углерода, низким содержанием примесей, что обозначается буквой А в конце марки стали. Выпускаются стали семи марок от У8 до У13, аналогично высококачественные от У8А до У13А.
Легированные стали: классификация, свойства, маркировка, применение. Нержавеющие стали.
Называются стали, в которую вводят одну или несколько добавок для получения заданных свойств Названия легирующих элементов определяет название стали - хромистая, хромо-марганцевая и т д Добавкой хрома или никеля получают нержавеющие стали, добавкой вольфрама - жаростойкие Основные элементы:
-хром повышает антикоррозионность стали, свыше 10% сталь становится нержавеющей никель придает коррозионную стойкость, жаростойкость и жаропрочность.
- вольфрам повышает твердость, красностойкость (сохранение свойств при нагревании) Часто применяют кремний, марганец, в небольших количествах - титан, ванадий и другие металлы В обозначение марки входит одна или две цифры, обозначающие содержание углерода в десятых или сотых долях процента, затем буквы русского алфавита, показывающего сталь, затем цифры, показывающие содержание металла в процентов, если содержание меньше 1,5%, цифра не указывается Пример 15Н2М-0,15% углерода, 2% никеля, менее 1,5% молибдена В сталях специального применения в начале ставят букву применения А - автоматные (для станков, автоматов), Ш - шарикоподшипниковые, Р -быстрорежущие (для режущих инструментов)
Обозначение легирующих элементов: Х -хром, В - вольфрам Н - никель Г – марганец М - молибден Ф - ванадий С - кремний К – кобальт Т - титан П - фосфор Ю - алюминий Р – бор А -азот Б - ниобий Д - медь Е – селен Ц – цирконий
Тема 7. Заготовительное производство в машиностроении
План
2.Структура машиностроительного предприятия.
3.Сущность литейного производства и виды технологических процессов литья.
4.Обработка металлов давлением. Общие сведения о прокате.
5.Прямое и обратное прессование. Волочение. Производство сварных и бесшовных труб.
6.Кузнечно-штамповочное производство.
7.Современный машиностроительный комплекс Украины - состояние и пути развития.
8.Состояние отрасли станкостроения. Роль и место станкостроения в воспроизводстве и развитии промышленности.
1. Роль и место машиностроения в промышленности.
Машиностроение занимает особое место в промышленности. Оно является изготовителем и поставщиком машин и оборудования для всех отраслей. Ни одна отрасль не может существовать без продукции машиностроения.
Украина считается индустриально-аграрной страной. По количеству машиностроительных предприятий, их мощности и возможностям Украина занимает одно из ведущих мест. Практически нет такого оборудования и машин, которых нельзя было бы производить на Украине.
По территориальному признаку можно выделить три региона Украины с развитым машиностроением.
Левобережный регион. Охватывает Луганскую, Харьковскую, Запорожскую, Днепропетровскую области. Основная конечная продукция: тяжелое и транспортное машиностроение, энергомашиностроение, сельхозмашиностроение, автомобилестроение, станкостроение, оборонная техника и т. п.
Южный регион. Николаевская, Херсонская, одесская области и Республика Крым. Основная продукция: судостроение, сельхозмашиностроение, приборостроение, оборонная техника и т. п.
Западный регион. Львовская, Закарпатская, Ивано-Франковская, Волынская и Тернопольская области. Основная продукция: Автобусы, автопогрузчики, сельхозтехника, видеотехника, изделия общемашиностроительного применения( гидро- и пневтоаппаратура и др.) , оборонная техника и др.
На долю Левобережного региона приходится около 75% мощностей машиностроительных предприятий
Машиностроение Украины, начиная с периода провозглашения Независимости, испытывает тяжелейший кризис. Из всех отраслей промышленности наибольший спад и даже остановка многих подотраслей имеет машиностроение. Причин такого положения много, объективных и субъективных.
Наиболее весомыми причинами являются:
С распадом бывшего СССР, имевшем хорошо отлаженное и сбалансированное машиностроение. Украина потеряла целый ряд жизненно необходимых видов продукции. Украина производила большей частью продукцию общемашиностроительного производства и комплектующие к машинам и оборудованию, которую затем отправляли на сборочные заводы в Россию и другие республики. Украина не производила зерно- и свеклоуборочные комбайны, трамваи, троллейбусы, электровозы, пассажирские вагоны и многое другое. Украина нуждается в 80 важнейших видах промышленной продукции. Организация сборки необходимой продукции требует значительных капитальных затрат, что в настоящее время нереально.
Структура машиностроительной продукции не удовлетворяет потребностей Украины. Из общего объема товарной продукции машиностроительных предприятий около 72% составляет продукция группы А ( производство средств производства). Из оставшихся видов продукции половина составляет оборонная техника и только 14%- продукция группы Б ( производство средств потребления). Такое соотношение видов продукции требует огромных невосполнимых затрат внутри отрасли.
Это привело к депрессивным процессам в базовых отраслях машиностроения: металлургического, станкостроения и др.
Таким образом, без коренной перестройке структуры машиностроительного производства Украина не может не только занять достойное место в мире, но и удовлетворить внутренние потребности. Необходимо прежде всего выработать стратегические приоритеты развития машиностроения, которые должны дать толчок к развитию всех отраслей( в экономике такой подход называют стратегией приоритетных точек роста.). Необходимы также обновления основных средств, разработка и внедрение безотходных и экологически чистых технологий, широкое применение автоматизированных производств и др.
2. Структура машиностроительного предприятия.
Машиностроительное предприятие по организационному признаку состоит из служб и отделений, технологически связанных между собой и образовывающих цепочку: металл- заготовки- обработка- сборка. Эта цепочка объединяет основные производственные цехи.
Отдельную группу составляет вспомогательное производство, основная задача которого-обеспечение нормального производственного процесса.
Структура производительных служб (цехов) включает три основных вида производства:
Заготовительное производство. Производство металла (мартеновский цех). Имеется на крупных машиностроительных предприятиях.
-модельный, литейный и обрубной цеха. Изготовление металлических отливок (стальное и чугунное литье);
-кузнечно- штамповочный цех;
-цех сварных металлоконструкций;
-термический цех.
Как правило, изделия заготовительного производства поступают на обработку резанием, где на металлорежущем оборудовании заготовка превращается в готовую деталь.
Механосборочное производство. Включает механические и сборочные цехи. В сборочных цехах осуществляется сборка -металлоизделия, испытание и сдача готовой продукции. Во многих случаях механические и сборочные цехи расположены под одной крышей и называются механосборочными цехами, что характерно для единичного и мелкосерийного производства.
Вспомогательное производство. Включает инструментальный, ремонтный, энергетический и транспортный цехи.
Ниже рассмотрены основные технологические процессы, которые осуществляются в цехах машиностроительных заводов.
3. Сущность литейного производства и виды технологических процессов литья.
Литейное производство - отрасль машиностроения, занимающаяся изготовлением фасонных заготовок или деталей путем заливки расплавленного металла в специальную форму, полость которой имеет конфигурацию заготовки. При охлаждении залитый металл затвердевает и в твердом состоянии сохраняет конфигурацию той полости, в которую он был залит. Конечную продукцию называют отливкой. В процессе кристаллизации расплавленного металла и последующего охлаждения формируются механические и эксплуатационные свойства отливок. Литьем можно получать детали от грамм до тонн, от миллиметра до десятков метров, с толщиной стенки от 0,5 мм и самой сложной формы. Суть - в создании фасонных отливок путем заполнения литейной формы, получении отливок деталей и заготовок для дальнейшей обработки. Современное литейное производство использует следующие виды литья: - в песчано-глинистые формы - в металлические формы (под давлением, по выплавленным моделям) - центробежное литье - в оболочковые формы - электрошлаковое литье - под низким давлением - вакуумное всасывание – выжимание - жидкая штамповка