Перспективы и основные направления дальнейшего развития отрасли

За последнее десятилетие из всех отраслей российского машиностроения наиболее глубокий кризис произошел  в станкостроительной и инструментальной промышленности, так как она ориентирована  в основном на обеспечение потребности  в оборудовании самого машиностроения

Внутренний рынок предъявляет  очень ограниченный спрос на отечественные  металлорежущие станки: в 1997 – 2001 гг. при  среднем объеме производства в 8300 шт. в год среднегодовой объем  экспорта составил4600 шт., тогда как  среднегодовой объем импорта составил 14100 шт.

По-видимому, в сложившейся ситуации сохранить специализацию всех станкоинструментальных предприятий России не удастся. Вполне вероятно, что заводы, производившие  металлорежущие станки, могут быть частично или полностью перепрофилированы, например, на производство деревообрабатывающих станков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Основные технологические процессы, используемые на предприятиях машиностроительного комплекса

 

3.1 Литейное производство.

 Литье – один из главнейших  методов изготовления изделий в машиностроении, им перерабатывается до 80 % всего объема производимого металла. Этот способ сравнительно дешев, позволяет изготавливать полые детали сложной конфигурации, которые ковкой, штамповкой или другими способами обработки металлов сделать невозможно.

Литье – процесс получения отливок (изделий) из разных расплавленных материалов – металлов, керамики, пластмасс и др., принимающих конфигурацию полости формы и сохраняющих ее после затвердевания. Отливки (изделия, детали) получают несколькими способами Основные из них: литье в песчаные формы, в кокиль, по выплавляемым моделям, в оболочковые формы, всасыванием, под давлением и центробежное. Важнейшим показателем качества отливки является точность ее размеров, характеризуемая допуском.

Для обеспечения технологичности конструкции отливки необходимо учитывать выбранный способ литья и те требования, которые предъявляют к конструкции технологический процесс её изготовления.

Литье в песчаные формы – это способ получения отливок в разовых формах, т.е формах, изготовленных из песчано-глинистых формовочных материалов и используемых для одного изделия один раз. Этот старый способ, называемый литьем в землю, целесообразен, когда требуется выполнить одну - две отливки значительной массы (до нескольких тонн).

К формовочным материалам предъявляются  требования по огнеупорности, газопроницаемости, прочности и пластичности, они  должны обеспечивать высокое качество отливки. При литье в песчаные формы требуются модель, стержни, модельная  плита, опоки, а также  детали для создания литниковой системы, состоящей из литниковой чаши, стояка, шлакоуловителя, выпора, питателя и прибыли.

Литье в кокиль – способ изготовления фасонных отливок в металлических формах (кокилях), имеющих высокую теплопроводность и позволяющих получать плотные изделия с точными размерами (малыми припусками) из чугуна, стали, алюминиевых и магниевых сплавов. В отличие от других способов литье в кокиль ограничивается массивностью металлических форм (например, масса отлитой башни танка составляет несколько тонн).

Литье по выплавляемым моделям – это способ, обеспечивающий получение фасонных отливок с высокой точностью, не требующих дополнительной механической доработки. При этом способе используется оболочковая неразъемная газоневыделяющая форма, образованная из огнеупорного состава, рабочая полость которой получается после выплавления (удаления) модели (например, из парафина или стеарина). Жидкий металл заливают в прокаленную в засыпке, просушенную горячую форму, а после его затвердевания отливку извлекают, разрушив оболочку. Отливки получаются без швов, так как у формы нет разъемов. Таким способом отливают детали из стали, чугуна и цветных металлов массой от нескольких граммов до 50 – максимум 100 кг.

Литье в оболочковые (корковые) формы – это способ получения точных отливок в «корки» (литейные формы, затвердевающие непосредственно на металлических моделях). Такое изготовление литейной формы напоминает процесс снятия маски. На нагретые до температуры 150- 200 градусов Цельсия металлические плиты с закрепленными металлическими моделями и литниковой системой наносится песчано-бакелитовая (10%) смесь. Бакелит, расплавляясь, смачивает металлические поверхности модельной системы, которая затем с коркой смеси толщиной 7-10 мм помещается в горячую печь, где в течение 1-3 минут происходит затвердевание корки на модели. Далее снятая с модели жесткая корка (полуформа) спаривается с соответствующей ей другой полуформой. Полученная форма готова к заливке металла.

Литье всасыванием (вакуумирование) – способ получения отливок в тонкостенных водоохлаждаемых металлических формах – кристаллизаторах, заполняемых расплавленным металлом при их вакуумировании за счет разности давлений (атмосферного и разрежения). От других способов литье всасыванием отличается тем, что заполнение форм тонкостенных отливок происходит спокойно, без потерь металла на литники.

Литье под давлением – это способ, позволяющий изготовить отливки из цветных металлов и сталей некоторых марок с высокой точностью размеров и геометрических форм изделий, так как затвердевание расплава происходит под давлением на специальных литейных машинах.

Центробежное литье – способ изготовления, как правило, пустотелых отливок (чугунных и стальных труб, колец, втулок) под действием центробежных сил, прижимающих расплавленный металл до полного затвердевания в металлических формах без стержней. В результате полученные изделия имеют повышенную плотность в наружных слоях. В зависимости от направления оси вращения литейных форм различают горизонтальные или вертикальные литейные машины.

3.2 Обработка металлов давлением.

 

Обработка давлением получают заготовки из металлов, обладающих пластичностью,- стали конструкционные, легированные и др., сплавы цветных металлов. Примером могут быть прокатка, горячая и холодная штамповка, ковка, экструзия, волочение и др.

Прокатка – процесс обработки металлов давлением, при котором нагретый слиток (заготовка) пропускается между валками прокатного стана. После прокатки изменяется форма, структура и механические свойства металлов. Химический состав стали существенно влияет на обработку ее давлением в горячем и холодном состояниях. Основными примесями, присутствующими в стали, являются сера, фосфор, кислород, азот, водород, хром, никель, ванадий, молибден, вольфрам, марганец и кремний.

Возможен прокат в гладких валках и фасонный профиль при прокате в валках со специальными вырезами – ручьями. Методом прокатки изготавливаются листы, полосы, фасонный профиль (уголки, балки, рельсы, шпунт), прутки, проволока, трубы и др.

Горячая объемная штамповка – это процесс заполнения формы (штампа) нагретым металлом под воздействием кузнечной машины. В зависимости от сложности изготавливаемой детали и принятой технологии горячая штамповка может быть одно или многоручьевой и соответственно использовать заготовительные и отделочные штампы. При одноручьевой штамповке требуется один штамп, на котором получают готовое изделие. Заготовкой в этом случае служит полуфабрикат, сделанный свободной ковкой или отрезанный механическим способом от слитка. При многоручьевой штамповке отдельно изготавливают полуфабрикат на заготовительном штампе, который затем доводят в штампе  с несколькими ручьями до заданных параметров и форм. Такой способ штамповки используют во всех видах производства (серийном, крупносерийном и массовом).

Холодная штамповка – один из наиболее используемых видов обработки давлением, при котором течение металла принудительно ограничивается рабочими поверхностями инструмента (штампа). Этот метод обеспечивает высокую производительность,  точность изготовления изделий и применяется в серийном и массовом производстве.

Основные операции изготовления разных изделий холодной штамповкой  - это  вырубка, обрубка, пробивка отверстий, вытяжка, объемная штамповка и др.

Ковка – способ обработки металлов давлением в нагретом состоянии, при котором инструмент многократно прерывисто ударяет по заготовке, в результате чего она, деформируясь, постепенно приобретает заданные форму и размеры. Ковка в штампах  используется в массовом производстве, свободная ковка – в единичном и мелкосерийном. Ковкой изготавливают изделия в окончательном виде, не требующие доделки, или требующие незначительной доработки, а также заготовки. Основные операции ковки – это осадка, высадка, прошивка, обкатка, гибка, раскатка, протяжка.

Прессование (экструдирование) – способ обработки металлов давлением, заключающийся в выдавливании металла из замкнутой полости контейнера через канал матрицы, форма и размеры которого определяют сечение (профиль) получаемого изделия. Конфигурация поперечного сечения профиля может быть сплошной и пустотелой (полой). Наиболее широко в промышленности применяют прессование для получения алюминиевых профилей; их сортамент насчитывает несколько тысяч. Прессуют профили также из стали, магниевых, титановых, медных, никелевых и других сплавов. Выдавливают (прессуют) профили жестким инструментом (пуансоном) или жидкостью высокого давления в процессе гидроэкструзии. В качестве жидкого рабочего тела может быть вода, масло, расплавленное стекло, соли, легкоплавкие металлы под давлением 0.5 … 3.0 ГПа.

Экструдированием получауют проволоку, прутки, профили из труднодеформируемых  и тугоплавких металлов или заготовки  металлорежущих инструментов – сверл, метчиков, разверток и др.

Волочение – способ обработки металлов давлением, как правило, в холодном состоянии, при котором протягивают длинномерные изделия круглого или фасонного профиля (проволоку, прутки, трубы) через калиброванное отверстие – волоку (фильеру), площадь выходного сечения отверстия которой меньше площади сечения заготовки.

В результате волочения поперечные размеры заготовок уменьшаются, а длина изделия увеличивается. Для такого способа обработки  металлов применяют волочильные  станы, в которых, например, проволока может одновременно и последовательно протягиваться через несколько фильер до получения заданного размера. Волочение может быть и однократным.

Волочением изготавливают (кроме  проволоки) прутки  из ряда материалов разных размеров и профилей с высокой точностью, трубы, а также сложные профили, которые не удается получить другими способами обработки.

3.3 Обработка металлов  резанием.

Резание – это процесс снятия лишнего материала (припуска) с заготовки режущим инструментом для получения детали с заданными размерами и шероховатостью (качеством поверхности). Возможными видами механической обработки материалов резанием являются точение, фрезерование, сверление и строгание. Выполняются данные виды работ на специальных металлорежущих станках.В современном машиностроении применяют следующие виды станков: токарные станки (настольные станки, универсальные станки) , фрезерные станки (вертикально фрезерные, горизонтально фрезерные, комбинированные станки, широкоуниверсальные станки), шлифовальные станки (плоскошлифовальные станки, круглошлифовальные станки), сверлильные станки (вертикальные и настольные станки, радиально-сверлильные станки), ленточнопильные станки (ленточные пилы, ленточно-отрезные станки), кузнечно прессовое оборудование (листогибы, гибочные станки, гильотинные ножницы, трубогибы) , обрабатывающие центры (токарные обрабатывающие центры, фрезерные обрабатывающие центры), станки ЧПУ, гравировально-фрезерные станки, установки лазерной резки, станки плазменной резки.

При этом в характеристику определенных типов станков входят разнообразные признаки.

По степени специализации различают станки:

а) универсальные станки и оборудование, служащие для выполнения различных операций на деталях многих наименований;

б) станки и оборудование широкого назначения - для выполнения определенных операций на деталях многих наименований;

в) специализированные станки и оборудование - для обработки деталей одного наименования, но разных размеров;

г) специальные станки и оборудование - для выполнения отдельных операций при изготовлении определенной, как правило, одной детали.

По степени автоматизации различают  станки:

а) автоматические станки, способные  менять обрабатываемые детали в автоматическом режиме;

б) полуавтоматические станки, способные  в автоматическом режиме обрабатывать одну деталь;

в) ручные станки, требующие вмешательства  оператора в процессе обработки  детали.

По достижимой точности обработки  различают станки:

1) Н (нормального), классов точности

2) П (повышенного), классов точности

3) В (высокого), классов точности

4) А (особо высокого) ,классов  точности

5) С (мастер-станки с погрешностью 1 мкм) классов точности.

3.4 Сварка, резка и пайка  металлов.

 

Сваркой называется технологический процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, или пластическом деформировании, или совместным действием того и другого.

Все существующие способы сварки можно  разделить на две основные группы: сварку давлением (контактная, газопрессовая, трением, холодная, ультразвуком) и сварку плавлением (газовая, термитная, электродуговая, электрошлаковая, электронно-лучевая, лазерная).

Характерный признак сварки плавлением; выполнение её за один этап-нагрев сварочным  пламенем, в отличие от сварки давлением.

Самое широкое распространение  получили различные способы электрической  сварки плавлением, а ведущее место  занимает дуговая сварка, при которой  источником теплоты служит электрическая  дуга.

Электрическую сварку плавлением в  зависимости от характера источников нагрева и расплавления свариваемых кромок можно разделить на следующие основные виды сварки:

• электрическая дуговая, где источником тепла является электрическая дуга;
• электрошлаковая, где основным источником теплоты является расплавленный шлак, через который протекает электрический ток;
• электронно-лучевая, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным потоком электронов, излучаемых раскалённым катодом;
• лазерная, при которой нагрев и расплавление кромок соединяемых деталей производят направленным сфокусированным мощным световым лучом микрочастиц-фотонов.