Гинберг А.M. и др. Технология важнейших отраслей промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
231
покрытия: металлические, неметаллические (органического и неорганического
происхождения), а также, покрытия, полеченные в результате химической и
электрохимической обработки металлов.
Металлические покрытия (кроме защиты от коррозии и придания изделиям
декоративных свойств) наносятся на поверхность для повышения ее
износостойкости (хромирование), повышения электропроводности и снижения
переходного сопротивления (серебрение), придания специальных магнитных
свойств (сплав железо — никель и др.) и т. п.
Все металлические покрытия по их полярности относительно защищаемого
металла подразделяются на катодные, электродный потенциал которых в
данных условиях положительнее потенциала защищаемого металла (Au, Ag,
Cu, Ni и другие на углеродистой стали), и анодные, электродный потенциал
которых в данных условиях отрицательнее потенциала защищаемого металла
(Zn и в ряде случаев Cd на обычной стали). Катодные покрытия в обычных
условиях защищают основной металл механически, изолируя его от внешней
среды. При нарушении их сплошности коррозия из-за образующихся активных
гальванических пар может резко усилится. Анодные покрытия в обычных
условиях защищают металл не только механически, но и путем
электрохимической защиты, так как при нарушении их сплошности (поры,
трещины и т. п.) обнажившийся металл будет играть роль катода и не будет
растворяться.
Металлические покрытия наносят следующими способами: а) погружением
в расплавленный металл: б) механически (плакированием); в)
электроосаждением (гальванические покрытия); г) химическим
воссстановлением; д) осаждением в вакууме: е) с помощью напыления; ж)
термодиффузией.
Погружение в расплавленный металл — это старейший и наиболее простой
способ нанесения на ленту, проволоку, листы и т. п. цинка, олова, свинца,
алюминия. При этом способе покрываемую поверхность очищают от
загрязнений, пропускают через слой флюса для удаления влаги и следов
оксидов и погружают на короткое время в расплавленный металл, по
извлечении из которого на покрываемой поверхности удерживается тонкий
слой металлопокрытия. Этот способ приводит к значительному расходу
цветных металлов и затрудняет регулирование толщины осаждаемою
покрытия. Поэтому в настоящее время он вытесняется другими более
эффективными способами, в частности электроосаждением.
Механотермический метод (плакирование) применяют для изготовления
биметаллических листов и ленты. Так плакируют сталь медью или латунью,
дюралюминий — чистым алюминием, углеродистую сталь — нержавеющей
сталью.
Метод электроосаждения, или гальванический метод, изобретен в 1837 г.
русским академиком Б. С. Якоби. В настоящее время он является самым
распространенным методом получения металлических покрытий. Покрываемые
232
детали после тщательной подготовки, заключающейся в необходимых случаях
в шлифовке и полировке поверхности (например, при нанесении
защитнодекоративных покрытий) и в удалении различных загрязнений,
погружают на специальных подвесках в электро- лит, содержащий ионы
наносимого металла и другие компоненты, и подключают к катодной штанге
электролизера. Анодами в электролизере обычно служат пластины из
осаждаемою металла. В ряде случаев, например при хромировании, применяют
нерастворимые аноды. С помощью этого метода осаждают различные металлы
(Zn, Cd — для зашиты от коррозии, Sn — для улучшения паяемости, Cг — для
повышения износостойкости, Ag — для повышения электропроводности, Au —
для предохранения электроконтактов от окисления и в декоративных целях,
трехслойное защитно-декоративное покрытие Cu-Ni-Cг и др.). Осаждаются
также и различные сплавы; Ni — Fe, Ni — Fe — Со, Ni — Fe — Mo —для
придания магнитных свойств, Sn —Bi—для улучшения паяемости, Au-Cu-для
декоративных целей и т. п. В качестве электролитов применяют самые
разнообразные составы: кислые, щелочные (цианистые и нецианистые) и др.
В последнее время широкое применение в промышленности нашли
электролиты для меднения, никелирования и нанесения других покрытий,
содержащие специальные блескообразующие и выравнивающие добавки,
позволяющие в процессе электролиза получать блестящие покрытия, не
требующие полировки и обладающие повышенной чистотой обработки
поверхности, а также комбинированные многослойные покрытия, обладающие
повышенной коррозионной стойкостью (биникель, триникель, никель «СИЛ» с
последующим хромированием).
Метод электроосаждения металлов имеет целый ряд преимуществ перед
другими методами: легкая управляемость процессом (регулирование толщины и
свойств покрытий путем изменения состава электролиза и режима электролиза,
а также применения ультразвука, магнитных полей и пр.); высокая чистота и
относительная равномерность покрытия; высокая адгезия покрытий с
покрываемым металлом и др.
В настоящее время широкое распространение получил метод химического
восстановления некоторых металлов (меди и никеля) без тока с применением
специальных восстановителей. Химическое меднение применяют чаще всего
при осаждении меди на диэлектрики, например при изготовлении печатного
монтажа, химическое никелирование — для осаждения никеля на
профилированные детали. Термообработка значительно повышает твердость
химически осажденного никеля, которая значительно превышает твердость
обычного никеля, осажденного электролитическим путем.
Защитные пленки на металлах могут быть получены в результате
химической или электрохимической обработки их поверхности в специальных
растворах. В качестве примера можно привести оксидирование и
фосфатирование стали и оксидирование алюминия. Оксидирование обычно
применяется для защиты стальных изделий от коррозии в легких
эксплуатационных условиях. Фосфатирование стали применяется, главным
233
образом, для создания хорошего подслоя для последующего нанесения
лакокрасочных покрытий. При этом повышается их адгезия и коррозионная
стойкость. Процесс фосфатирования можно вести в 3%-ном растворе препарата
«Мажеф» при температуре 98°C в течение 30— 60 мин. Оксидирование
алюминия и его сплавов осуществляется чаще всего электролитическим путем в
результате анодной обработки в растворах серной кислоты (20%-ной).
Оксидные пленки на алюминии обладают специфической микропористостью, в
результате чего легко окрашиваются в различные цвета в растворах
анилиновых красителей.
Оксидные пленки, полученные в специальных электролитах и при особых
режимах (пониженная температура, повышенное напряжение), используются
для повышения износостойкости деталей из алюминия и его сплавов и
придания им изоляционных свойств. В последнее время получают значительное
распространение композиционные покрытия (гетерогенные), выделяемые из
электролитов суспензий и содержащие неметаллические включения. Они
превосходят обычные покрытия по твердости, износостойкости, коррозионной
стойкости и т. п.
Неметаллические покрытия. Этот вид покрытий включает в себя
органические и неорганические покрытия. Простейшими вилами органических
покрытий являются смазки (различные минеральные масла, вазелин, растворы
парафинов, битумов и др.), применяющиеся для временной защиты металлов от
коррозии в виде высоковязких композиций — консистентных смазок.
Лакокрасочные покрытия — наиболее распространенный способ защиты
металлов от коррозии в атмосфере и некоторых других коррозионных условиях
(окраска речных и морских судов, водонапорных баков и др.). Краски
представляют собой суспензии минеральных веществ: красителей (оксиды
свинца, цинка, железа, сажи, алюминиевого порошка и
др.) в
пленкообразователе (олифе, масляно-смоляной смеси) с добавками на
наполнителей, придающих пленке повышенную прочность (слюда, графит,
тальк и др.), и сиккативов (органических солей свинца, кобальта или марганца),
ускоряющих образование твердой масляной пленки в результате окисления при
воздушной сушке.
Лаки являются коллоидными растворами высыхающих масел, смол или
эфиров целлюлозы в летучих органических растворителях (бензине, бензоле,
ацетоне, этилацетате, скипидаре и др.). Лакокрасочные покрытия наносятся на
очищенную поверхность изделий кистью, напылением, погружением в
окрасочную массу, электро- осаждением. Наиболее экономичным является
напыление в электростатическом поле высокого напряжения и
электроосаждения. Лакокрасочные покрытия наносят обычно в несколько слоев
по предварительно нанесенным специальным грунтам.
К органическим покрытиям относятся также покрытия смолами, которые
наносят жидкими в нагретом и растворенном состоянии. Так наносят,
например, эпоксидные и кремнийорганические смолы, обеспечивающие защиту
234
в агрессивных условиях эксплуатации, фенолформальдегидные,
асфальтобитумные смолы и др. Покрытие смолами осуществляется также с
помощью газопламенного напыления (полиэтилен, фторопласт), а также с
помощью футеровки листовым материалом (фаолит, винипласт и др.).
Гуммирование осуществляется футеровкой аппаратуры резиной и эбонитом,
обладающими высокой стойкостью в ряде агрессивных сред.
К неорганическим покрытиям относятся: цементные и бетонные покрытая,
применяемые, в ряде случаев для защиты от коррозии металлических
конструкций (трубопроводов, резервуаров); силикатные эмали, довольно
широко применяемые в быту, кислотоупорные плитки, применяемые для
футеровки различных емкостей и аппаратов, главным образом, в химической
промышленности.
Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
Выбор вида покрытия зависит от условий, в которых эксплуатируется
каждая металлическая конструкция и хранится каждое изделие, материал и
заготовки. Так, для защиты изделий, не подвергавшихся механическим
воздействиям и находящихся в жилых помещениях, зачастую достаточно
нанесения однослойного лакокрасочного покрытия или соответствующей
химической обработки поверхности металла — оксидирования или
фосфатирования. Для защиты металлических конструкций —
железнодорожных мостов, подъемных кранов, портовых сооружений,
железнодорожных вагонов, наружных деталей автомашин, велосипедов и др.,
подвергающихся воздействию атмосферы, применяются уже более сложные по
составу лакокрасочные покрытия.
Во многих случаях кроме защиты от коррозии в атмосферных условиях
необходимо также придать изделию декоративный вид. Примером может
служить отделка легковых автомобилей, мотоциклов и т. п., где умело
сочетаются полимерные лакокрасочные покрытия с трехслойным
металлическим покрытием (медь — никель — хром).
Требуемую коррозионную стойкость конструкции можно полностью
обеспечить в ряде случаев правильным выбором металла (его химического
состава, термообработки и снижением шероховатости поверхности). Следует не
допускать контакта металлов со значительной разностью потенциалов:
обеспечивать в соответствующих случаях для одних изделий герметизацию, а в
других — вентиляционные устройства и т. п.
При выборе метода защиты необходимо учитывать как его технические
показатели, так и конструктивные особенности изделий. Для деталей,
работающих при повышенных температурах, не следует применять обычные
лакокрасочные покрытия. Для трущихся деталей нельзя применять
фосфатирование, повышающее коэффициент трения. Детали с резкими
переходами и с внутренними полостями трудно покрыть с помощью
электроосаждения. При защите от коррозии и отделке приборов и изделий
радиоэлектроники приходится применять самые различные металлические
235
покрытия, так как различным деталям необходимо придать (кроме целей
защиты) товарный вид и функциональные свойства.
Существенную роль при выборе метода защиты играет экономика.
Стоимость защиты должна находиться в соответствии со стоимостью
защищаемой конструкции. При защите дорогостоящего точного механизма
возможно применение относительно дорогих способов защиты, например
драгоценных металлов, многослойных покрытий, осаждения сплавов и т. п. В
наиболее простых случаях (например, защита мостовых сооружений)
применяются более дешевые способы — лакокрасочные покры- тия. Решающее
значение имеет экономический эффект oт применения данного метода зашиты.
Наиболее дешевые методы зашиты — лакокрасочные покрытия и протекторная
защита. Самое дешевое из металлических покры- тий - цинковое, однако цинк
является металлом, содержание которою в природе близко к исчерпанию. Более
дорогими металлическими покрытиями являются латунирование, меднение,
свинцевание, лужение и особенно никелирование и хромирование.
Фосфатирование и оксидирование по стоимости близки к лакокрасочному.
236
Раздел IV ПРОИЗВОДСТВО ИЗДЕЛИЙ, КОНСТРУКЦИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Глава 17 Основы разработки технологических процессов
§ 17.1. Общие понятия
В одиннадцатой пятилетке перед обрабатывающими отраслями
промышленности поставлена основная комплексная задача — всемерно
повысить эффективность производства, перевести промышленные отрасли
народного хозяйства на интенсивный путь развития.
В основу решения этой задачи должны быть положены: повышение
производительности труда на 23 — 25% за счет ускорения внедрения
комплексной механизации и автоматизации, снижение металлоемкости изделий
(например, в машиностроении и металлообработке намечено снизить удельный
расход проката черных металлов не менее чем на 18—20%), более широкое
применение прогрессивной малоотходной, безотходной и энергосберегающей
технологии, ускорение темпов реконструкции и технического перевооружения
действующих предприятий. Так же как и в десятой пятилетке, задачи по
повышению эффективности и качества остаются основными, определяющими
всю деятельность предприятий и организаций машиностроения и
механообработки.
Технико-экономические характеристики и показатели современных машин
(и деталей) еще не удовлетворяют требованиям, предъявляемым Основными
направлениями экономического и социального развития СССР на 1981-1985
годы и на период до 1990 года. В настоящее время еще много выпускается
малоэффективных и малопроизводительных машин устаревшей конструкции,
имеющих большую металлоемкость; заготовки деталей машин изготовляются
часто таких размеров, которые ведут к большим отходам материала, а
следовательно, к значительным его потерям.
Проектирование новых машин, агрегатов, приборов, учитывающих
достижения пауки и техники, внедрение прогрессивной технологии, проведение
правильной научно обоснованной подготовки производства и внедрение новых
форм организации производства на основе автоматизированных систем
управления (АСУ) обеспечат успешное выполнение задач, стоящих перед
машиностроением в одиннадцатой пятилетке.
Производственным процессом называется совокупность действий, в
результате которых обрабатываемые материалы, полуфабрикаты, заготовки
(детали) превращаются в готовые изделия. Производственный процесс
включает не только технологические, но и другие вспомогательные процессы, в
частности транспортировку, контроль продукции, подготовку производства,
эксплуатацию зданий, сооружений, оборудования и др.
Технологическим процессом называют основную часть производственного
процесса, необходимую непосредственно для изменения формы, размеров или
состояния заготовки (детали) или сборки изделий и сборочных единиц.
237
Технологические процессы изготовления деталей, сборочных единиц и
изделий разрабатывают при проектировании новых и реконструкции
существующих промышленных предприятий, а также при постановке новых
производств на действующих.
При проектировании новых и реконструкции существующих предприятий
разработанный технологический процесс является основой всего проекта, так
как он дает исходные материалы для определения потребности рабочей силы,
оборудования, производственных площадей, капитальных вложений и т. д. От
качества разработки технологических процессов в значительной степени
зависит дееспособность и рентабельность будущего производства.
На действующих предприятиях выпускаемые изделия периодически
подвергаются конструктивным изменениям, улучшающим их технико-
эксплуатационные качества. Такие изменения требуют пересмотра
действующей технологии, а иногда разработки новых технологических
процессов. Наконец, развитие науки и техники выдвигает новью, более
совершенные методы обработки, новое высокопроизводительное оборудование,
инструмент, что требует пересмотра технологических процессов. Поэтому на
действующих предприятиях функционируют технологические службы (отдел
главного технолога, цеховые технологические бюро, лаборатории).
Разработанный технологический процесс должен обеспечивать выполнение
всех требований по изготовлению деталей и сборке изделий, указанных в
чертежах и технических условиях. Вместе с тем он должен обеспечивать
изготовление деталей и изделий с наименьшей стоимостью.
Технологическая подготовка производства включает проектирование
технологических процессов, проектирование и изготовление специальной
оснастки (приспособлений, инструмента), разработку методики контроля и
изготовление специальных контрольных устройств, разработку необходимых
технических нормативов. Ее осуществление выполняется по Единой системе
технологической подготовки производства (ЕСТПП), включающей ряд
стандартов, которые устанавливают общие правила организации процессов
управления производством, предусматривают применение прогрессивных
типовых технологических процессов, стандартной технологической оснастки и
оборудования, средств механизации и автоматизации (ГОСТ 14.001—73).
Документация, разработанная на основе стандартов ЕСТПП, позволяет
ускорить технологическую подготовку производства, повысить ее качество,
л
следовательно, обеспечить сокращение сроков освоения производства нового
изделия и предъявляемое к нему качество.
В структуре технологического процесса на изделие различают два этапа:
изготовление деталей и сборку. В свою очередь, процесс получения деталей
включает следующие этапы: изготовление заготовки (литьем, штамповкой и
другими методами), механическую обработку заготовок, специальные виды
обработки (термическую, покрытия и др.). Однако специальные виды
обработки, например лакокрасочные и иные покрытия, могут составлять
238
самостоятельный этап технологического процесса, осуществляемый над
собранным изделием, т. е. после его сборки.
Для правильного проведения технологического процесса составляют план. В
связи с этим технологический процесс изготовления деталей и сборки изделий
расчленяют на отдельные составные части — операции.
Операция — законченная часть технологического процесса, выполненная
на одном рабочем месте над одной заготовкой или сборочной единицей (или
несколькими одновременно обрабатываемыми заготовками, сборочными
единицами) непрерывно.
Установка — часть операции, выполняемая при одном закреплении
обрабатываемой заготовки или собираемого изделия. Позицией называется
часть установки, которая проводится при одной ориентировке заготовки.
сборочной единицы относительно инструмента.
Переход — это часть операции, при которой обрабатывается один или
одновременно несколько участков поверхности заготовки при неизменном
инструменте (группы инструментов) и постоянном режиме обработки.
Применительно к сборке переход характеризуется неизменностью
сопрягаемых поверхностей и применяемого инструмента.
Проход — часть перехода, связанная со снятием одного слоя материала
при неизменных положении обрабатываемой поверхности, инструменте,
наладке.
В содержание работ по проектированию технологических процессов
механообработки входит: установление плана и структуры процесса, т. е.
разбивка его на составные части, выбор оборудования и оснастки; расчет
припусков на обработку и межоперационных размеров, определение
параметров режима резания, расчет норм времени и т. д.; оформление
принятых технологических процессов с составлением соответствующей
технологической документации.
Исходными данными для проектирования технологического процесса
являются:
1) рабочий чертеж детали (на этапе сборки — чертеж сборочной единицы
или изделия). Он должен иметь необходимое количество проекций, все
размеры поверхностей с указанием их точности, шероховатости, сведения о
материале детали и другие дополнительные требования к детали. Чертежи на
сборочные единицы или изделия должны определять условия тарировки и
регулировки, а иногда последовательность сборки;
2) чертеж заготовки, который является документом, связывающим работу
заготовительных и обрабатывающих цехов. Внутри чертежа заготовки
принято вычерчивать контур детали;
3) технические условия, которые составляются на особо ответственные
детали и сборочные единицы в тех случаях, когда в их чертежах нельзя
отразить полностью все требования;
239
4) производственная программа, т. е. количество изделий, выпускаемых
предприятием в течение определенною времени (обычно за один год).
Производственная про грамма характеризует тип производства;
5) руководящие технические материалы (PTM), к которым относятся
следующие: а) сведения по оборудованию (его точности, мощности,
кинематике, оснащенности); б) нормали на режущий и измерительный
инструмент; в) нормативы по припускам и межоперационным допускам; г)
нормативы для технико-экономических расчетов; д) нормативы по
техническому нормированию и др. Технологическая документация
регламентируется ГОСТ 3.1105 — 74 Единой системы технологической
документации (ЕСТД).
Маршрутная карта (MK) составляется в зависимости от типа и характера
производства. В ней указываются наименования всех операций
технологического процесса в порядке их последовательности, данные об
оборудовании, приспособлениях, вспомогательном, режущем и измерительном
инструменте, разряд работы и нормы времени.
Маршрутная карта является основным документом единичного и
мелкосерийного производств. В серийном и массовом производствах она
составляется как предварительный документ, предшествующий детальной
разработке технологического процесса.
Карта эскизов (КЭ), являющаяся основным технологическим документом в
серийном и массовом производствах, включает эскизы, схемы и таблицы,
поясняющие содержание операций и необходимые для их выполнения сведения
(оборудование, оснастка, режимы резания).
Технологические инструкции (ТИ) дают дополнительные сведения по
выполнению операций, а также описывают процессы приготовления различных
компаундов, клеев и т. п. Кроме MK, КЭ, ТИ заполняются комплектовочные
карты (КК), ведомости расцеховки (BP), ведомости оснастки (ВО), ведомости
материалов (BM)
Типы производств
В зависимости от объема выпуска изделий, т. е. производственной
программы, номенклатуры изделий, регулярности и стабильности производства
различают три типа производств: единичное, серийное, массовое.
Единичное производства имеет широкую номенклатуру изготовляемых
изделий с малым объемом их выпуска. Здесь применяется универсальное
оборудование, универсальные приспособления и измерительные средства.
нормализованный, стандартный режущий инструмент. Для единичного
производства требуются рабочие высокой квалификации. Оборудование
располагается по типовым группам (токарные, фрезерные и т. д.).
Серийное производство характеризуется ограниченной номенклатурой
изделий, изготовляемых периодически повторяющимися партиями, и
сравнительно большим объемом выпуска. В зависимости от количества изделий
240
в партии (серии) различают мелкосерийное, среднесерийное (серийное) и
крупносерийное производства. Oни имеют различное оборудование и
применяемую оснастку.
Для серийного производства характерна периодичность выполнения
операций технологического процесса по отдельным изделиям, т. е. цикличность
производства.
Массовое производство отличается узкой номенклатурой и большим
объемом выпуска изделий, непрерывно изготовляемых в течение
продолжительного времени. Здесь применяется специальное оборудование и
специальная высокопроизводительная оснастка. Оборудование расставляется в
соответствии с технологическим процессом и имеет автоматический цикл. Оно
регламентируется тактом выпуска, т. е. интервалом времени, через который
регулярно выпускается издание определенного наименования, типоразмера и
исполнения.
Типизация технологических процессов
Типизацией технологических процессов называется разбивка изготовляемых
деталей на типы и разработка для каждого из них типового технологического
процесса. Она имеет большое технико-экономическое значение. Идея
типизации предложена проф. А. П. Соколовским.
Типизации предшествует составление классификационной системы деталей,
которые относятся к отдельным классам, подклассам и типам. Тип —
однотипные по конструкции детали, отличающиеся между собой размерами.
Основной технологической документацией при внедрении типовых
технологических процессов служат рабочие карты (так называемые «слепыши»)
с незаполненными исполнительными размерами инструкционные карты как
руководящий технический материал. Пользуясь этими картами, технолог
составляет технологический процесс для конкретных деталей.
В мелкосерийном производстве типизация упрощает ускоряет и удешевляет
технологическую подготовку производства. В крупносерийном и массовом
производствах повышает технологическую культуру и производительность
труда.
В основе системы разработки технологических процессов, предложенной
проф. С. П. Митрофановым, лежит объединение (группирование) деталей по
общности технологических операций и переходов обработки. По этому методу
создаются комплексные и типовые специализированные наладки,
характеризующиеся последовательно- поэлементной обработкой поверхностей.
Технологичность конструкций изделии
Технологичность конструкции изделия — это совокупность свойств
конструкции изделия, проявляемых в возможности оптимальных затрат труда,
средств, материалов и времени при технической подготовке производства,
изготовлении, эксплуатации и ремонте по сравнению с соответствующими
показателями однотипных конструкций изделий того же назначения при