IX. 6. Производство химического волокна

Химические волокна являются сырьем для производства тканей и трикотажных изделий. Опп требуют меньших затрат человеческого труда для своего производства и обладают более высокими механическими свойствами по сравнению с натуральными волокнами.

Важной областью применения химических волокон являются шинная, сетевязальная, канатная и другие отрасли промышленности.

Химические волокна делятся на искусственные и синтетические. Первые получают из природных высокомолекулярных соединений, главным образом из целлюлозы, а вторые — из высокополимерных соединений, получаемых на химических заводах. Исходным сырьем для производства таких полимеров служат ацетилен, этилен, фенол и другие вещества, которые получают из природных и нефтяных

¹ См.: Ф у р м е р И. Э., Зайцев В. Н. Общая химическая технология. М., 1974, с 260.

газов, нефти и каменноугольной смолы. Среди синтетических волей кон наиболее широкое распространение получили капрон, нейлон, Лавсан, нитрон, полихлорвиниловые волокна и другие.

Искусственные и синтетические волокна получаются в виде бесконечной нити или коротких отрезков нити — штапельного волокна.

Штапельное волокно изготовляют из некрученого волокна, нарезая. его на отрезки (штапельки) определенной длины (от 35 до 150 мм), соответствующей длине хлопкового волокна или шерсти. Штапельное волокно, подобно хлопку и шерсти, представляет собой полупродукт, из которого путем дальнейшей текстильной переработки получают пряжу. Часто штапельное волокно смешивают с хлопком или шерстью и прядут вместе.

Искусственное волокно получают из целлюлозы древесины, по преимуществу ели, в которой содержится до 45% целлюлозы, отходов хлопчатобумажных очистительных заводов (хлопковый пух с содержанием 97—98% целлюлозы) и может быть получено из соломы, камыша и другого сырья, содержащего целлюлозу.

Из 1 т целлюлозы можно получить до 4000 м² шелковой ткани, а из 1 м³ древесины — до 200 кг целлюлозы, или 160 кг вискозного

волокна.

Для получения вискозного волокна используются каустическая сода, сероуглерод, серная кислота, сульфат цинка или натрия. Первоначально целлюлоза обрабатывается каустической содой в специальных пресс-ваннах. Здесь протекает процесс соединения целлюлозы и щелочи. Образуется комплексное вещество — щелочная целлюлоза.

Рис. 11. Фильера

' Листы щелочной целлюлозы отжимаются прессом под давлением 300 атмосфер и измельчаются. Измельченная масса погружается в медленно вращающиеся трубы, где она дозревает в течение суток, и обрабатывается сероуглеродом при температуре 20—25°. Сероуглерод вступает в соединение со щелочной целлюлозой и образует ксан-тогенат целлюлозы. При его растворении в разведенной натриевой щелочи образуется густая темно-бурая жидкость — вискоза. Она определенное время выдерживается и освобождается от пузырьков воздуха, после чего идет для получения вискозной нити. Вискозный раствор с помощью насосиков продавливается через фильеру (рис. 11). Струйки вискозы попадают в осадительную ванну, где содержится раствор серной кислоты, сульфатов натрия и цинка., Ксантогенат целлюлозы разлагается с образованием вискозного волокна, сероуглерода и образованием сернокислого натрия. Восстановленная вискоза имеет форму нити, которая и наматывается на бобину (катушку). Намотка произ-нодится или бобинпым способом, или центрифугаль-ним. В последнем случае вискозная нить скручивается с помощью центрифуги. Полученное вискозное волокно далее идет для получения корда или отправляется на текстильные предприятия. Для получения 1 т вискозного волокна расход сырья составляет: цел-

люлозы (91,5%) — 1,2 т, едкого натра (92%)—0,93 т, серной кислоты — 1,34 т, сероуглерода — 0,34 т, сульфата цинка — 0,16 т. Как видно, производство вискозного волокна связано с большим расходом каустика и серной кислоты. Другой разновидностью искусственного волокна является ацетатное волокно. Оно обладает рядом ценных свойств: высокой механической прочностью, эластичностью, водостойкостью, пропускает ультрафиолетовые лучи.

Для получения ацетатного волокна используются целлюлоза, уксусная кислота, ацетон и спирт. Целлюлоза обрабатывается уксусным ангидридом в присутствии уксусной и серной кислот. Образуется ацетилцеллюлоза, которая в просушенном виде представляет собой белую хлопьевидную массу.

Ацетилцеллюлоза растворяется в смеси ацетона и спирта. При пропускании указанного раствора через фильеры происходит образование нитей ацетатного волокна, ацетон и спирт быстро испаряются, а ацетилцеллюлоза затвердевает. Испаряющиеся ацетон и спирт улавливаются и снова используются в производстве.

Синтетические волокна получают путем синтеза простых углеводородов— продуктов переработки каменного угля (бензол), нефти, попутного и природного газа.

Синтетическое волокно капрон получают из полиамидных смол. Исходным сырьем для получения полиамидных смол является белое кристаллическое вещество — фенол (CgHsOH). Путем взаимодействия фенола с различными добавками получают капролактам, который подвергают полимеризации. Процесс происходит в автоклавах при давлении 15 атмосфер и температуре 260°. В результате образуются молекулы капрона. Обычно на предприятия, выпускающие капрон, поставляется капролактам, который подвергается полимеризации. Образующаяся полиамидная смола продавливается через фильеры. В обычных условиях полиамидная смола застывает и поэтому, пройдя через фильеры, дает прочные нити, которые наматываются на катушки.

Волокно анид (нейлон) получают из так называемой соли АГ. Соль АГ — белый кристаллический порошок, легко растворимый в воде. Полимеризация указанной соли дает смолу анид, из которой получают волокно анид.

Для превращения АГ-соли в смолу соль растворяют в дистиллированной воде и добавляют небольшое количество стабилизатора (уксусной или адипиновой кислоты). В специальных аппаратах — автоклавах — происходит поликонденсация АГ-соли и образование смолы. Весь процесс ведут в атмосфере чистого азота. Расплавленную смолу после тщательной отгонки воды (под вакуумом) продавливают через щелевое отверстие в днище аппарата в ванну, заполненную холодной водой. При этом лента смолы застывает. Затем ее сушат, измельчают и направляют на прядительные машины. Там ее плавят при температуре 275—280°. В дальнейшем производство волокна анид аналогично получению капронового волокна.

Волокно анид более теплостойко и упруго, чем капрон, что важно для изготовления кордной ткани.

Все полиамидные волокна характеризуются высокими механическими и физико-химическими показателями.

Волокно нитрон формуют из смолы, получаемой полимеризацией акрилонитрила. Сырьем для синтеза акрилонитрила являются ацетилен (или этилен) и синильная кислота, синтезируемая из аммиака и окиси углерода. Акрилонитрил производится химической промышленностью в больших количествах, так как является одним из исходных материалов (наряду со стиролом и дивинилом) для получения некоторых видов синтетического каучука.

.Смолу нитрон в виде мелкого белого сухого порошка растворяют в специальном растворителе.- Порошок сначала набухает, а затем при нагревании переходит в раствор, который и является прядильным раствором.

Волокно нитрон обладает рядом ценных свойств. Оно превосходит все остальные волокна по светостойкости, отличается эластичностью, имеет шерстистый вид и пригодно для смеси с шерстью или для замены ее. Изделия из такого волокна хорошо сохраняют тепло.

Производство волокна состоит из трех основных процессов: получения и подготовки смолы, формования волокна и его дальнейшей обработки.

Полиэфирное волокно лавсан получают из смолы лавсан. Смола в виде сухой крошки поступает в прядильный цех. Формование волокна осуществляется на машинах, аналогичных машинам, применяемым в производстве капрона.

Для получения штапельного волокна некрученые нити большого числа прядительных бобин, установленных на специальном шпуляр-нике,- складываются вместе, образуя толстый жгут из нескольких десятков тысяч тонких элементарных волокон. Лавсан по виду и свойствам подобен шерсти; ткани из лавсана носки и не мнутся.

Волокно хлорин получают из ацетилена и хлористого водорода или этилена и хлора. На основе указанных продуктов получают ноливинилхлорид, который при обработке хлором превращается в смолу хлорин. Последняя и используется для получения хлорина.

Производство химических волокон энергоемко: затрачивается от 5 до 13 ту. т.; материалоемко: на 1 т вискозного волокна расходуется... 4—5 т целлюлозы и химических материалов. В суммарном грузообороте предприятий промышленности химических волокон удельный вес перевозок топлива составляет 58—86%, перевозок сырья — 8—33%, а готовой продукции — всего около 5—13%. На 1т нолокна расходуется от 5 до 11 тыс. кВт • ч электроэнергии, до 1200 т воды. Исходя из топливо-энерго-водоемкости производств химических волокон их размещение осуществляется с учетом ука-аапных факторов (Поволжье, Украина, Сибирь и др.).

IX. 7. Производство пластических масс

Пластмассы — это высокомолекулярные соединения, состоящие или только из полимера, или полимера и добавок. В первом случае пластмасса называется простой, а во втором — сложной. Она вклю-

чает связывающие материалы, наполнители, пластификаторы и красители. Связывающее вещество (синтетическая смола) определяет основные свойства сложной пластмассы. Наполнители (древесная мука, песок, стеклянная вата, ткань, бумага, асбест и др.) придают пластмассе определенные механические и другие свойства. Пластификаторы (камфора, глицерин и др.) придают пластмассам пластичность, что облегчает их обработку. Добавляемые в пластмассы красители окрашивают в нужный цвет.

Основа пластических масс —- высокомолекулярное соединение смола может быть получена на базе различного сырья. Первоначально применялись природные полимеры — целлюлоза.

Фенолформальдегидные пластмассы. Фенолформальдегидные пластмассы производятся промышленностью в большом количестве. Основу их составляют фенолформальдегидная смола — высокомолекулярное вещество, получаемое поликонденсацией фенола с формальдегидом. Реакция идет при нагревании смеси веществ в присутствии катализатора — кислоты или щелочи. Эта смола является термореактивной: при нагревании она постепенно твердеет, становится неплавкой и нерастворимой.

На базе фенолформальдегидной смолы, изготовляемой в виде пресс-порошков, получают различные пластические массы — волок-нит, используя в качестве наполнителя хлопковые очесы, асбест, ткани или другие материалы, текстолит (наполнитель — хлопчатобумажная ткань), бакелиты и др.

Пластмассы на базе этилена и стирола. В качестве исходного сырья для получения различных пластмасс все большую роль начинает играть этилен (СН2 = СН2). На базе этилена получают тетрафторэтилен (CF2 —CF2), винилхлорид и др. Полимеризация указанных продуктов ведет к получению простых пластмасс — полиэтилена, политетрафторэтилена (фторопласта), винипласта и др. Подобным образом могут быть использованы пропилен и стирол.

Полиэтилен — твердый, бесцветный, жирный на ощупь, напоминающий парафин материал. Он легче воды, при поджигании загорается медленно и горит синеватым пламенем без копоти.

Полиэтилен стал незаменимым материалом для изоляции проводов в радиолокационных, радиотехнических, телемеханических и тому подобных устройствах. В химической промышленности полиэтилен используется для антикоррозийных покрытий и для изготовления деталей аппаратов, работающих в условиях действия агрессивных (химически активных)__веществ. В строительном деле он используется для изготовления водопроводных труб.

Прозрачные пленки из полиэтилена водонепроницаемы; их применяют при создании парников и теплиц вместо тяжелого хрупкого силикатного стекла, для укрытия плодово-ягодных культур и саженцев от заморозков. Полиэтиленовые пленки — хороший упаковочный материал для самых разнообразных предметов, начиная от продуктов питания до машин и механизмов включительно. Из полиэтилена изготавливают бытовую посуду.

Полихлорвинил (поливинилхлорид) получают полимериза-

цией хлорвинила (винилхлорида). На основе его изготовляются дна вида пластмасс: винипласт, обладающий значительной жесткостью, и более мягкий материал — пластикат, широко используемый кип в промышленности, так и в быту.

Политетрафторэтилен (фторопласт-4) получают полимеризацией тетрафторэтилена. Политетрафторэтилен — белое, в топких слоях, прозрачное вещество, напоминающее парафин. По своей химической стойкости этот полимер превосходит все известные природные и синтетические материалы, в том числе полиэтилен и такие благородные металлы, как золото и платина.

Полистирол получают ■• полимеризацией стирола. Это твердый, прозрачный, похожий на стекло материал. Он стоек к действию кислот и щелочей, растворяется в некоторых органических растворителях (бензоле)' и поэтому может склеиваться, имеет высокие электроизоляционные свойства.

15удучи термопластичным¹, полистирол легко поддается формо-iiaiiuio. Из пего готовят исключительно широкий ассортимент изделий. Он идет на изготовление деталей в электро- и радиотехнике; пленки ил полистирола применяются при изготовлении конденсатором и для изоляции проводов в электрических кабелях.

Пластмассы на базе этилена и его производных — пропилена и стирола — относятся к числу- простых пластмасс, получаемых цепной полимеризацией, т. е. соединением большого количества однородных молекул, расположенных в виде цепи. Сам процесс полимеризации как вышеуказанных, так и других продуктов происходит при высо-itoi'r температуре, высоком давлении и наличии катализаторов.

Основой для получения пластмасс могут быть также полиэфирные смолы, кремиийорганнческне смолы и некоторые другие.

Ряд пластмасс изготовляется в виде пресс-порошков, которые обрабатываются прессованием, литьем под давлением, выдавливанием, выдуванием и формованием. Получение, пластмассовых изделий осуществляется или на специальных заводах, или в цехах машиностроительных заводов. Имея примерно те же расходные нормы сырья, топлпиа, электроэнергии, воды, что и химические волокна, произ-иодстно пластмасс первоначально тяготело к угольным, бассейнам (Донбасс и др.), а с переходом на нефтяное сырье стало тяготеть к нефтяным базам и центрам нефтепереработки (нефтехимические комбинаты). Получение готовых деталей и изделий из смол и пресс-порошков осуществляется в центрах потребления — на машиностроительных или заводах пластмасс.

ГЛАВА X. МАШИНОСТРОЕНИЕ

X. 1. Значение машин и машиностроения

Машина — это механизм или сочетание механизмов, совершающих управляемые целесообразные движения для производства, paботы или преобразования энергии.

¹ Термопластичпость — способность ряда пластмасс размягчаться при на-1'|м>н!ш1ш и затвердевать при охлаждении.

4:iiiKtia 41 97

Исторически машина возникла из простого орудия, каковыми являются топор, лопата, пила, веретено, шило, ведро и т. п. К. Маркс историю техники и машинного производства периодизировал следующим образом: «Простые орудия, накопление орудий, сложные орудия; приведение в действие сложного орудия одним двигателем — руками человека, приведение этих инструментов в действие силами природы; машина; система машин, имеющая один двигатель; система машин, имеющая автоматически действующий двигатель,— вот ход развития машин» '.

•/ Машина является средством производства, с помощью которого используются природные силы и природные ресурсы. В. И. Ленин отмечал:'«...берет верх тот, у кого величайшая техника, организованность, дисциплина и лучшие машины» ².

Исторически машинному производству предшествовало мануфактурное производство, при котором использовались лишь отдельные орудия производства, но не машины. Создание и внедрение машин привело к промышленной революции.

Передовой общественный строй — социализм опирается на крупное машипное производство, которое постоянно совершенствуется. Материально-техническая база коммунизма будет представлять прежде всего высококонцентрированное машинное производство, получившее высокую степень механизации и автоматизации.^Машины облегчают труд человека, делают его более производительным, их широкое внедрение делает возможным производить больше прибавочного продукта и повышать благосостояние народаУ^Благодаря развитию машинного производства создаются условия преодоления существующих различий между городом и деревней, физическим и умственным трудом.Цр условиях же капитализма машина является средством производства прибавочной стоимости, средством эксплуатации рабочего класса капиталистами.

уу (Развитие машинного производства привело к формированию самостоятельной отрасли промышленности — машиностроения. Ныне эта отрасль является ведущей в промышленности всех развитых стран. На долю машиностроения в СССР приходится 27,9% промышленной продукции и 23,3% основных производственных фондов.

'^Машиностроение — это важнейшая отрасль технического про
гресса. Только благодаря машиностроению возможны такие направ
ления технического прогресса, как комплексная механдзщгия и ав-
томатизатщадрвиаведства.,----■—

' Машиностроение обеспечивает все отрасли народного хозяйства орудиями труда и является основным потребителем металла, пластмасс, резины и другой продукции разных отраслей промышленности.

* X. 2. Общее понятие о машинах

Машина, механизм совершает своими орудиями те же действия и операции, которые ранее теми же орудиями совершал человек.

Для выполнения этих операций машина или система машин должна, ио-иервых, приводиться в движение, во-вторых, передавать силу днпжепия, в-третьих, иметь соответствующие орудия, воздействующие на предмет. Этим трем операциям соответствуют три части системы машин. К. Маркс отмечает: «Всякое развитое машинное устройство состоит из трех существенно различных частей: машины— двигателя, передаточного механизма, наконец машины-орудия, или рабочей машины» \.

Главное место в системе машин занимает рабочая машина. Именно она воздействует на предмет труда. От ее совершенства зависят полнота и скорость выполняемых операций. Рабочая машина может выполнять только основные операции, часть вспомогательных операций или все операции без содействия человека. Эти ступеии развития рабочей машины свидетельствуют о степени механизации и автоматизации процесса. К. Маркс отмечает: «Когда рабочая машина ш.шолняет все движения, необходимые для обработки сырого материала без содействия человека и нуждается лишь в контроле со стороны рабочего, мы имеем перед собой автоматическую систему машин, которая, однако, способна к постоянному усовершенствованию н деталях» ².

В век научно-технического прогресса трехзвенная система машин заменяется четырехзвенной системой машин: контрольные функции ми работой системы машин берет па себя система машин и приборов. 1'ол1> человека в производстве сводится к наблюдению за регулирующим устройством системы машин, пуском их в действие, наладкой.

Все машины могут быть разделены на^дщбшщпие jrpynnbi₄ или классы: машины-двигатели и машины-орудия (рабочие машины). 15 зависимости от фу шош_и_-Ьхе машины подразделяют на средства производства, предметы потребления, средства обороны. Машины-двигатели преобразуют один вид энергии в другой. Например, энергии воды превращается в механическую, механическая — в электрическую или электрическая энергия превращается в механическую н т. д.

Машины-орудия, воздействуя на предмет, производят изменение фирмы, свойства и качества предмета труда.

Габочие машины служат для преобразования какого-либо вида :>11<>рпш в конкретную работу для обработки данного продукта. На-

Мгр; металлорежущий станок — это рабочая машина, на которой с помощью режущих инструментов обрабатываются изделия из металла, пластмассы и других материалов в соответствии с заранее за-дншкш формой и размерами. 1'нГючие машины по своему—назначениддi делятся- на технологические, применяемые в различных технологических процессах (литейные, кузпечпо-прессовые, сварочные, металлорежущие, деревооб- ывпющие, текстильные, пищевые, горные, счетные, сельскохо-IIIчпенные п др.), транспортные (тепловозы, теплоходы, тракторы, 1 Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 4, с. 156. 2 Л е н и н В. И. Полп. собр. соч., т. 36, с. 116. М a |i к с. К. К; Тим (lie, с. Л',12. ал. М., 1969, т. I, с. 384, автомобили, самолёты и т. п.), транспортирующие (подъемные и мостовые краны, конвейеры, эскалаторы и др.). Каждая рабочая машина имеет три основных механизма: двигательный, передаточный и исполнительный. Двигательные и передаточные механизмы служат для передачи или, вернее, для осуществления движений, необходимых для работы исполнительного механизма. Если рабочая машина, кроме рабочих ходов, производит без помощи человека и холостые ходы, то такая машина называется автоматом. Автоматизация освобождает человека от тяжелого физического труда. Такие функции, как управление, контроль и регулирование машин, полностью или частично выполняются автоматическими устройствами. С развитием техники машины становятся все сложнее. Сейчас десятки машин объединяются вместе, происходит комбинирование машин. Создаются угольные, зерновые и другие комбайны, которые осуществляют несколько операций. Усложнение машин осуществляется при одновременной автоматизации их работы. X. 3. Виды машиностроительных производств Маш и построен и е, как уже отмечено, выпускает самую разнообразную продукцию, начиная от простейших орудий и предметов и заканчивая сложными автоматическими линиями, авиационной, космической техникой, электронно-вычислительными машинами. Оно обеспечивает все отрасли хозяйства орудиями труда и является основным потребителем металла, пластмасс, а также использует продукцию деревообрабатывающей, легкой, стекольной и других отраслей промышленности. В машиностроении сильно развиты специализация и кооперирование предприятий, что существенно влияет на его размещение. Для всех машиностроительных производств (предприятий) характерно наличие заготовительных производств (получение литья, поковок, шхамповок), которые выделяются в.отдельные цехи, обрабатывающих производств (цехов), где осуществляется механическая, термическая, электрохимическая и другие виды обработки деталей, сборочных производств, где из поступающих деталей собирают готовое изделие, вспомогательных производств (цехов), которые, включают инструментальные, ремонтно-механические, модельные, энергетические, тарные, транспортные и другие цехи. Вспомогательные цехи обеспечивают нормальную работу основных цехов, обеспечивая их инструментом, тарой, энергией, моделями и т. п., своевременно ремонтируя оборудование. Отдельные производства (цехи) в составе предприятия могут отсутствовать, если завод, кооперируясь с другими предприятиями, получает заготовки, тару и т. п. Производимая машиностроительными заводами продукция может быть массовой, а может быть единичной. В зависимости от количества изготавливаемой продукции все производства делятся на три вида: единичное, серийное и массовое. При единичном производстве изделие изготовляется в одном экземпляре. Серийное производство имеет дело с изготовлением изделий партиями или сериями, которые единообразны по размерам и конструкции. Количество деталей в партии или количество машин в серии может быть различным. Массовым производством называют такое, в котором при большом количестве.одинаковых изделий производство их ведется непрерывно. При этом виде производства за каждым станком закреплена одна операция, отсутствуют переналадки станка для других операций, станки расположены но технологическому процессу. Оборудование можно применять специальное, широко используют специальный режущий и измерительный инструмент, можно ввести автоматическое транспортирование деталей. Машины и механизмы состоят из соединенных между собой деталей. Деталь — это составная простейшая часть машины. Отдельные машины, например самолет, имеют более 100 тыс. деталей. Детали различаются по форме, размеру, назначению и материалу. К каждой детали и редъявлнютен требования по надежности п долговечности. По сиоему назначению детали машин подразделяются на корпусные, детали для передачи движения и крепежные. Первые — это рами, стойки, станины, коробки и др., детали второй группы — валы, оси, зубчатые колеса, шкивы, шатуны, муфты и другие, крепежные детали — болты, гайки, шурупы, шпонки и т. п. Применяются также-поддерживающие детали — кронштейны, упоры, стойки. " X. 4. Литейное производство .11 и т е й н о е производство — процесс получения деталей или заготовки путем заливки жидкого металла в соответствующие, заранее приготовленные формы, соответствующие нужной заготовке п, детали. Полученная деталь называется отливкой. Полыпииство литых деталей получают из серого чугуна благодари его высоким литейным качествам. Применяется также стальное литье п цветное литье. В литейном производстве применяют три рода фирм: разовые, полупостоянные и постоянные-Газовые формы изготовляют из формовочных песчапо-гл инистых cMcccii. Чтобы освободить застывшую готовую отливку, такие формы разрушают после каждой заливки. Полупостоянные формы — керамические—применяют при отливке изложниц, плит и других деталей простом конфигурации. Они выдерживают от 5 до 100 заливок металла. Постоянные формы — из чугуна или стали — используют для из-ничщ.чгнпн нескольких сот тысяч отливок простой и средней конфи- i уран.... л чугуна, стали и цветных металлов. Кроме oT.'iiiiiivii в земляные формы, получили распространение друше гпосоои лпп.я: а) литье в металлические формы (кокили), и) лиII.с под давлением, в) центробежное литье, г) точное, или „ Стержневой. Стержень ящик так называемое прецизионное, литье и др. В разовых земляных формах отливается до 90% литых заготовок. Для производства отливок в земляных формах необходима модель изделия. Модели изготавливают из дерева, металла и других материалов. Учитывая усадку заливаемого металла, модель делают больше, чем. должна быть отливка (на 1—2%). Рис. 12. Стержень стержпевой ящик Стержневой ящик — форма для изготовления литейных стержней, создающих внутреннюю полость отливки. Стержневые ящики.— деревянные или металлические — обычно делают из двух половин, в разъеме которых создается внутренний профиль детали, увеличенный с учетом усадки металла (рис. 12). О п о к и — бездонные ящики (рамки), в которых создается форма. Делают их из дерева, иног да из чугуна или алюминиевых сплавов. Для удержания смеси у болыних опок внутри делают Рис. 13. Собранная литейная форма вспомогательные ребра, (в разрезе); Формовочные и стержневые /,2 — опока; 3 — полость формы; 4 — стер- гмргтт ттрпбтпяиммр пня ичгптгт жечь; 5-литник; tf-формовочная скесь; СМеСИ, НеООХОДИМЬШ ДЛЯ ИЗГОТОВ- 7 — выпор. ления разовых форм и стержней, состоят из смеси песка и глины. Для связи смесей добавляют спирто-сульфидную барду, минеральные и растительные масла, цемент и другие крепители. Расход формовочных смесей в 4—8 раз превышает объем отливок. В целях экономии расхода свежего песка и глины в большом количестве используют старую землю из выбитых форм. Формовку производят ручным или машинным способом. Машинная формовка применяется главным образом при массовом и серийном литье. При этом механизируют в основном две операции: 1) заполнение и уплотнение смесей в опоках, 2) извлечение моделей из форм. Изготовление стержней можно производить ручным или машинным способом. Для прочности стержни снабжают металлическими каркасами. Установку стержней в форму производят после удаления моделей. Литниковая система, т. е. каналы, по которым.расплавленный металл будет поступать в форму, создается специальными моделями при формовке (рис. 13). Для получения хорошей отливки исходный материал должеп обладать текучестью, т. с. расплавленный металл должен хорошо заполнять литейную форму, малой усадкой — большая усадка металла дает в отливке раковины, трещины, т. е. приводит к браку, легкоплавкостью — чем меньше температура плавления металла или сплава, тем легче получить отливку. Чугун занимает первое место среди литейных материалов. Серый чугун — самый дешевый из применяемых в литейном производстве металлов и сплавов. Стальное литье занимает второе место в литейном производстве. Литейные свойства стали уступают литейным.свойствам чугуна (температура плавления — около 1500°, меньшая текучесть, усадка — до 2,5%). Но стальные отливки имеют высокую прочность и вязкость. Для производства отливок из цветных металлов применяют главным образом сплавы алюминия, магния и меди. Невысокая температура плавления, большая текучесть сплавов цветных металлов являются их отличительными особенностями. Кок и л ьн о е л и т ь е представляет собой литье в постоянные металлические формы. Заполнение металла происходит под действием его силы тяжести. Получаемые отливки имеют чистую наружную поверхность, большую точность размеров, идентичность деталей, залитых в одну и ту же форму. Литье под давлением является разновидностью кокильного литья..Этот способ обеспечивает большую точность размеров отбивок, в большинстве своем не требующих дальнейшей механической обработки. В ряде случаев применяют вакуумное литье, выкачи-ная из формы воздух. При центробежном литье залитый в форму металл подвергают дсйс'пшю jieu"rjwj5c2KijbDLi™^ Ф°Е*Ш-?Ркруг^вд^ -iliLjiCJ1- Отливки, полученные этим способом, имеют йодьшую плот- iiocTi. и высокое качество. ~~ " "" "Литье но выплавляемым моделям применяется для мелких деталей и режущего инструмента. Модель изготавливают из легкоплавкого материала (воск, парафин, стеарин и др.) в гипсовых или металлических формах. Прогрессивной формой литья является литье в оболочковые (корковые) формы. Они состоят из двух тонкостенных оболочек, скрепленных между собой. Технологический процесс сводится к следующему. М_еталлич:еску_10|_плиту__с закрепленной на ней половинкой металлической модели нагревают до 220—280°, смааываюл1 ее эмуль-eneii, чтобы yiie пристыла формовочная масса, и засыпают формовочной смесью (песок со смолой). Соприкасаясь с горячей моделью, смола, оплавляясь, обволакивает песчинки, и смесь становится пластичной, тестообразной. При дальнейшем нагреве в печи до 250—380° слой смеси затвердевает, смола переходит в неплавкое состояние. Обе полуформы скрепляют п устанавливают для заливки. После затвердевания металлокорковая форма разрушается, а отливка освобождается. Применение коркового литья в 10 раз сокращает расход формовочной смеси, X. 5. Кузиечно-штамповочное производство В машиностроении много деталей получают давлением — ковкой, штамповкой и прессованием. Результат ковки — металлическая заготовка нужной формы, которая называется поковкой. Основными операциями свободной ковки (свободная ковка — изготовление одиночных поковок) являются: осадка, вытяжка, прошивка, рубка, изгибание, закручивание, кузнечная сварка. При осадке уменьшается длина заготовки, а поперечное сечение увеличивается. Если осадка производится па одном участке заготовки, то ее называют высадко^. Вытяжка увеличивает длину поковки за счет уменьшения поперечного сечения (рис. 14). Прошивкой получают сквозные отверстия в заготовке. Рубкой отделяют от заготовки часть металла. Изгибанием (гибкой) заготовку изгибают под необходимым углом; Закручиванием изгибают часть заготовки по отношению к другой вокруг общей оси. Кузнечной сваркой соединяют в одно целое куски металла или концы заготовки. В месте соединения производят нагрев до пластического состояния, затем -ударами молота или давлением соединяют свариваемые концы. Рис. 14. Некоторые операции свободной ковки Горячая штамповка (штамповка — обработка материалов давлением с помощью специальных штампов) более целесообразна при серийном и массовом производстве. Штамповка в десятки раз производительнее свободной ковки. Стоимость же штампов окупается в короткий срок. Штамповку с предварительным подогревом называют горячей штамповкой. Холодная штамповка производится бе;; подогрева. При штамповке заготовка изменяет форму при сдавливании ее между нижним и верхним штампами, в которых вырезана об-ратпая копия готовой поковки. Течение металла здесь ограничено рабочей поверхностью полости (ручья) штампа. Такую штамповку называют объемной в отличие от листовой, где исходный материал — прокатанные листы, полосы или свернутые в рулоны ленты. Холодная объемная штамповка (холодная высадка или выдавливание) применяется для изготовления мелких металлических изделий: заклепок, болтов, гаек, шурупов, шплинтов, железнодорожных костылей, шариков и роликов подшипников качения, гвоздей, колец, пробок и т. д. Исходными материалами при этом являются проволока и калиброванные прутки из стали, цветных металлов и их епда - ВОВ. Холодную высадку производят в основном на кузнечпо-высадоч-пых автоматах, дающих точность, близкую к точности деталей, изготовленных на металлорежущих станках. Листовая штамповка дает большую точность размеров поковки и почти не нуждается в дальнейшей механической обработке. Штампы для листовой штамповки имеют две основные части: нижнюю неподвижную часть — матрицу, которая кренится к основанию штампа, и пуансон — подвижную часть штампа. Для отделки поверхности поковки, повышения точности ее размеров и получения точного веса применяют чеканку (калибровку), являющуюся отделочной операцией. Чеканку выполняют в специальных штампах с ручьями, форма которых соответствует конфигурации поковки и требуемым размерам. К у з н е ч и о - п р е с с о в о е оборудование включает молоты и прессы. Молот — машина ударного действия, деформирующая металл. Мощность молота определяется весом падающих частей. В зависимости от способа подъема падающих частей молоты делят на пневматические, паровоздушные и-рычажные (штамповочные — паровоздушные, фрикционные и винтовые). Кроме того, молоты подразделяют на молоты простого и молоты двойного действия. Первые производят удар только за счет веса падающих частей, а вторые, кроме энергии падающих частей, имеют дополнительные усилия (пара, воздуха): Прессы воздействуют на поковку не ударом, а давлением. При работе они не вызывают сотрясения почвы и более глубоко деформируют металл, чем при ковке. К ним относятся гидравлические прессы, парогидравлические, фрикционные, винтовые. X. 6. Сварочное производство ("варка — это технологический процесс получения неразъемного соодипения металлических изделий путем их совместного давления млн нагрева. При сварке плавлением в месте соединения образуется жидкая ванночка из расплавленных кромок соединяемых частей и присадочного материала. При затвердевании металла в зоне сварки образуется сварочный шов, имеющий литую структуру и соединяющий свариваемые части в одно целое. 15 зависимости от расположения свариваемых частей различают несколько видов сварных соединений — стыковое, угловое, внахлестку, тавровое (рис. 15). 15 сварку плавлением входят: а) электродуговая сварка (угольной, металлической дугой и др.) (рис. 1С); б) газовая сварка; в) ар-пню-дуговая сварка и др. Наиболее распространенным видом сварки является электродуговая — изобретение русских ученых и инженеров. Новыми видами сварки становятся электронно-лучевая сварка, осуществляемая мощным лучом электронов в вакууме, ультразвуковая, диффузионная и другие. \\\\\\\\\\\> Рис. 15. Типы сварных соединений: / — встык; 2 — внахлестку; 3 — угловое; 4 — тавровое Рис. 16. Дуговая электрическая сварка: / — металлический электрод; 2 — свариваемые детали; 3 — сварной шов X. 7. Обработка металлов резанием и классификация металлорежущих станков Для того чтобы придать большую точность детали, заготовку, полученную литьем, ковкой, штамповкой, необходимо подвергнуть механической обработке. Удаляемый с заготовки металл называется припуском. Отход металла в стружку составляет 5—15% от веса заготовки. Процесс снятия припуска осуществляется на металлорежущих станках разного назначения. Движения рабочих органов станка делятся на основные и вспомогательные. Основными называют движение резания (главное движение) и движение подачи. Вспомогательные движения станка, во время которых идет подготовка к процессу резания, называют холостыми движениями или холостыми ходами. Главное движение поглощает почти 98% мощности, необходимой для осуществления резания, около 2% мощности идет на движение подачи. Скорость главного движения принято называть скоростью резания, она во много раз больше, чем скорость движения подачи. Скорость резания измеряется в метрах в минуту (м/мин). Металлорежущие станки состоят из разных частой и деталей, включающих двигательные, передаточные и исполнительные механизмы. По назначению станки можно подразделить на: а) общего назначения (универсальные), имеющие большой диапазон применения; б) специализированные, предназначенные для деталей одного из немногих наименований, имеющих сходную форму, но разные размеры, используемые главным образом в серийном производстве; г) специальные, изготавливаемые для определенных деталей и операций. Станки этого рода предназначены для массового производства. Станки подразделяются на группы в зависимости от характера производимой обработки — токарные, сверлильные, фрезерные, шлифовальные, строгальные и др. Токарные станки, составляющие примерно 40—50% всего оборудования заводов, применяются для всех видов обработки поверхностей и многих других операций. Режущими инструментами в основном являются резцы различной конструкции, сверла, метчики и др. Сверлильные станки различных типов применяют в механических и ремонтных цехах для образования различного рода отверстий, которые получают в результате сверления. Режущим инструментом для обработки отверстий являются сверла, развертки, зенкеры, метчики и расточные резцы. К этой же группе станков относятся горизонтально-расточные и координатно-расточные станки. На последних растачивают точные отверстия с расстояниями между осями, выдержанными с точностью до 0,003—0,005 мм. Без этих станков не может существовать ни один завод точного машиностроения, так как они необходимы для изготовления различного рода приспособлений, эталонных деталей, кондукторных плит с точными расположениями растачиваемых отверстий, а также производят фрезерные, сверлильные и фасонные работы. Шлифовальные станки обрабатывают разнообразные поверхности абразивными инструментами. Благодаря высокой твердости абразивных зерен шлифованием можно обрабатывать металлы любой твердости, обеспечивая высокую чистоту шлифуемой: поверхности. Фрезерные станки используются для обработки плоскостей, пазов, канавок, фасонных поверхностей. При работе на них применяются разнообразные фрезы (многолезвийные инструменты): цилиндрические, торцовые, дисковые, комбинированные, модульные и др. Строгальные, долбежные и протяжные станки применяются в основном для тех же работ, что и фрезерные. Особенностью этих стликов является то, что движение резания прямолинейно-поступа-телыю-возвратное. На строгальных станках режущими инструментами являются резцы. Протяжные станки применяются при массовом и крупносерийном производстве для обработки круглых и фасонных отверстий, шпоночных пазов и т. д.