1. Показатели технологичности конструкции изделий.

2. Этапы разработки технологичности производственных процессов.

3. Типовой технологический процесс.

4. Групповой технологический процесс.

5. Особенности технологического процесса в литейном производстве.

6. Особенности технологического процесса в кузнечных цехах.

7. Особенности технологического процесса в термическом производстве.

Лекция 7

План лекции

1. Технология сборочного производства.

2. Технология производства пластических масс.

1.Технология сборочного производства

Сборочные цеха в большинстве машиностроительных предприятий завершают процесс изготовления изделия. Их продукцией являются готовые изделия. Процесс сборки состоит в соединении и обеспечении правильного взаиморасположения и взаимодействия деталей, сборочных единиц и механизмов изделия.

Технологический процесс сборки определяется объемами производства, технологической сложностью и степенью технологичности конструкции изделия. Сборочные процессы с технологической точкой зрения имеют много общего, что позволяет использовать универсальную технологическую оснастку, типовые технологические процессы и формы организации сборочных процессов.

Сборочные процессы характеризуются высоким удельным весом ручных работ и применением несложного технологического оборудования. Поэтому дифференциация сборочного процесса и синхронизация операций практически неограниченны, что создает благоприятные условия для внедрения поточных методов производства.

Для сборочных процессов характерным является полное отсутствие окончательного брака. Однако в сборочных цехах довольно высоки потери от исправления дефектов предметов труда.

Различают сборочные цеха массового, серийного и единичного производства.

В цехах массового производства технологические процессы максимально дифференцируются и синхронизируются, широко применяется прогрессивная технология и средства механизации и автоматизации, организуются поточные и автоматические линии, оснащенные высокопроизводительным оборудованием и транспортными средствами.

В цехах серийного производства процесс сборки дифференцируется, поэтому возможна специализация рабочих мест. При сборке предметов труда используются поточные методы или их элементы. Доделочные и пригоночные работы сводятся к минимуму.

В цехах единичного производства технология сборки предусматривает значительный объем доделочных и пригоночных работ. Используется металлорежущее оборудование и транспорт универсального назначения, создаются участки или рабочие места для слесарной обработки предметов труда. В цехах используют индивидуальную или бригадную сборку, отличающуюся наибольшей длительностью цикла сборки.

2. Технология производства пластических масс

Производство пластических масс по своему типу относится к типу массового химико-технологического производства. Специализация предприятий по производству пластических масс и высокая степень непрерывности технологического процесса обусловили применение автоматизированного непрерывного технологического потока.

К пластмассам относят обширную группу материалов, составной частью которых являются природные или синтетические высокомолекулярные соединения, способные при повышенной температуре и давлении переходить в пластическое состояние, формироваться под воздействием внешних сил и затем после охлаждения или отверждения устойчиво сохранять приданную форму.

Применение пластмасс очень выгодно. Так 1 т пластмассы заменяет 3 т цветных металлов, а детали из пластмассы в 10 раз дешевле бронзовых и в 15 раз бабитовых. Пластмассовые изделия снижают трудоемкость обработки в 7,5-10 раз по сравнению с обработкой металлов.

Источниками сырья для изготовления пластмасс служат природный газ, нефть, уголь и воздух.

В состав большинства пластмасс, кроме полимерного связующего могут входить наполнители, пластификаторы, красители, отвердители, стабилизаторы, смазывающие вещества и другие добавки.

Пластмассы могут состоять из одного или нескольких веществ, в зависимости от этого они делятся на простые и сложные.

Простые пластмассы состоят в основном из одного вещества, например из чистых связующих смол, без наполнителя. К простым относятся акрилат (органическое стекло), полистирол и др.

В состав сложных пластмасс, кроме связующих веществ, входят наполнители, пластификаторы, смазывающие вещества, стабилизаторы, красители и специальные вещества. Наиболее распространенными пластмассами этой группы являются фенолопласты, получаемые на основе фенолоформальдегидной смолы, этролы из эфиров целлюлозы и др.

Связующие смолы делятся на искусственные и природные. К искусственным связующими смолам относятся фенолформальдегидная, мочевиноформальдегидная (амидо- и аминоформальдегидные) и др. К связующим смолам природного происхождения относятся янтарь, шеллак, асфальты, канифоль и др.

Наполнители – твердые вещества, которые вводятся для придания или усиления в пластической массе определенных физических свойств: прочности, теплостойкости, негорючести, водостойкости, улучшает внешний вид и повышает диэлектрические свойства. Наполнители разделяются на органические и минеральные, а по строению – на порошкообразные, волокнистые и слоистые.

Пластификаторы – малолетучие, большей частью жидкие вещества придают пластмассе пластичность и гибкость и уменьшают ее хрупкость. Наиболее распространенными пластификаторами являются камфара, дибутилфталат и др.

Красители придают пластмассам необходимую окраску.

В пластмассы часто вводят в небольших количествах и другие добавки: ускорители, обеспечивающие отверждение с нужной скоростью при более низкой температуре; стабилизаторы, способствующие длительному сохранению пластмассой своих первоначальных свойств; смазки, обеспечивающей прессование; светящиеся составы; антисептики против разрушающего воздействия плесени.

Соотношение основных составных частей пластмасс обычно изменяется в следующих пределах: связующая смола – 30-60 %, наполнитель – 40-70 %, смазывающие вещества – 1-2 %, краситель – 1-1,5 %, пластификаторы и другие вещества составляют менее 1 %.

В зависимости от химической природы применяемой смолы и сырья, применяемого для ее производства, пластмассы разделяются на классы, которые подразделяются на группы применительно к химической структуре этих смол (полимеров). Каждая группа в свою очередь распределяется на виды в зависимости от химических и технических наименований пластмасс.

1. Класс А. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых цепной полимеризацией. Пластмассы класса А подразделяются на 9 групп: полимеры этилена, полимеры галоидопроизводных этилена, полимеры алкилпроизводных этилена и т.д. Данные группы в свою очередь подразделяются на 35 видов (этиленолоид, этиленолит, хлорвинилоид, хлорвинилит, изобутиленпласт и др.).

2. Класс Б. Пластмассы на основе высокомолекулярных соединений, получаемых поликонденсацией и ступенчатой полимеризацией. Пластмассы класса Б подразделяются на 7 групп: фенопласты (феноло-формальдегидные смолы), аминопласты (амидо- и аминоформальдегидные смолы, кремнийорганические полимеры, полиэфиры и др. Эти группы включают 32 вида пластмасс (фенолит, фенодреволит, резорцинпоасболит, осминоцеллолит, глифталь-слюдослой и т.п.).

3. Класс В. Пластмассы на основе природных химических модифицированных полимеров. В класс В входят 3 группы полимеров пластмассы на основе простых и сложных эфиров целлюлозы и белковых веществ (например галалит). Данные группы полимеров разделяются на 7 видов: метилцеллопленка, этилцеллолит, целлулоид, целлон, этролы и др.

4. Класс Г. Пластмассы на основе природных и нефтяных асфальтов, а также смол, получаемых переработкой различных органических веществ. Этот класс состоит из 3 видов пластмасс: битумоцеллолит, пекоасбослой, битуминолит.

Высокополимерные (высокомолекулярные) вещества получают из низкомолекулярных с помощью реакций полимеризации или поликонденсации.

Полимеризация – процесс соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ в одну молекулу. При этом выделения какого-либо побочного низкомолекулярного продукта не происходит.

Поликонденсация – процесс образования высокомолекулярного вещества в результате соединения большого числа молекул низкомолекулярных веществ, происходящий с одновременным выделением побочных низкомолекулярных продуктов.

Из полимеризационных смол наиболее широко применяются полиэтилен, полистирол, полимеры и сополимеры хлористого винила, полимеры фторпроизводных этилена, полиакрилаты, полипропилен, поливинилацетат, полиизобутилен, полиформальдегид и некоторые другие. Пластмассы на основе перечисленных смол термопластичны, выпускаются без наполнителя, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, высокой ударной вязкостью, но у большинства из них низкая теплостойкость.

Технологию получения полимеризационных смол можно рассмотреть на примере получения полиэтилена ( - СН₂ - СН₂ - )_n . Полиэтилен получают тремя способами.

1. Полимеризация под давлением 10⁷-20⁷ Н/м² при температуре 180-220 ^оС с использованием в качестве инициатора небольших количеств кислорода (0,05-0,1 %);

2. Полимеризация при атмосферном или небольшом давлении (2-10⁵–6-10⁵ Н/м²) и невысокой температуре (60-80 ^оС) в присутствии комплексных металлоорганических катализаторов в среде нефтяного углеводорода при полном отсутствии влаги и кислорода;

3. Полимеризация при давлении (25-10⁵–70-10⁵ Н\м²) на окисных катализаторах (Cr₂O₃; CrO₃ и др.) при температуре 130-140 ^оС.

Полиэтилен, полученный последними двумя способами (полиэтилен низкого давления), имеет строго линейное строение, более высокий молекулярный вес (до 70 000) и температуру плавления на 20 ^оС выше, чем полиэтилен высокого давления с разветвленной структурой. Полимеризация этилена при высоком давлении представляет собой цепную реакцию, протекающую по радикальному механизму с выделением большого количества тепла

nC2H4 ® (- C₂H₄ - )_n + 3650 кДж/кг , (14)

Поэтому для нормального хода процесса важен систематический отвод тепла и строгое регулирование температуры. Скорость процесса полимеризации и выход полимера зависят от степени чистоты исходного газа, количества инициатора, температуры и давления.

Полимеризация полиэтилена под давлением осуществляется или в аппаратах трубчатого типа, или в реакторах с мешалкой. Этилен с необходимым количеством кислорода из газгольдера поступает в компрессор, где сжимается до давления 12-10⁷ Н\м² , а затем в смазкоотделитель. Процесс блочной полимеризации идет в реакторе при 200-250 ^оС. Аппарат, работающий в режиме, близком к идеальному вытеснению, представляет систему толстостенных наклонно расположенных труб с внутренним диаметром до 25 мм в виде длинного змеевика (300-400 м). Полученная смесь расплавленного полиэтилена и непрореагировшего этилена поступает в газоотделитель (давление 25-10⁶ – 30-10⁶ Н/м²), затем в разделитель-приемник (давление 1-10⁵ – 3-10⁵ Н/м²). После снижения давления газ отделяется от полимера, направляемого на стабилизацию, окрашивание и грануляцию. Из ловушки этилен идет на промывку. Суммарное превращение этилена в результате неоднократной циркуляции достигает 95-97 %. Так как трубчатый реактор громоздкий, то применяют и другие типы полимеризаторов. Реактор для полимеризации этилена при высоком давлении с быстроходной мешалкой представляет собой толстостенный сосуд с толщиной стенок 125-150 мм и длиной 5-6 м. В таком аппарате конверсия этилена в полиэтилен идет полнее, но остановка мешалки приводит к полному нарушению процесса, вплоть до взрыва.

Изделия из полиэтилена высокого давления во избежание деформации можно использовать только при температурах не выше 80 ^оС. Такой полиэтилен обладает отличными электроизоляционными свойствами, эластичностью (гибкость сохраняется даже при -60 ^оС), высокой химической стойкостью к различным агрессивным средам.

К поликонденсационным смолам относятся феноло-альдегидные, амино-формальдегидные, полиэфирные и др. Часть из них термопластична, но большая часть термореактивна. Изделия на основе этих смол после отверждения могут эксплуатироваться длительное время и более широком интервале температур и при повышении температуры они меньше меняют свои физико-механические свойства, чем изделия из большинства полимеризационных смол. В то же время смолы этого класса более хрупкие, чем полимеризационные.

Феноло-альдегидные смолы получают в результате реакции поликонденсации фенолов или родственных соединений с альдегидами (формальдегид, фурфурол и т.п.) в присутствии катализаторов (кислых или щелочных). В ходе реакции получаются промежуточные продукты, способные к дальнейшему взаимодействию, с образованием более сложных продуктов конденсации.

В результате поликонденсации получают смолы двух типов: термопластичные (меняющие форму при сильном нагревании) и термореактивные (не меняющие форму даже при сильном нагревании).

Термопластичные смолы, известные под названием новолачных, образуются при избытке фенола в исходной смеси (на 7 молей фенола 6 молей формальдегида) и применением кислых катализаторов.

Термореактивные смолы, называемые резольными, получаются при избытке формальдегида (на 6 молей фенола 7 и более молей формальдегида) и в присутствии щелочного катализатора.

Российская промышленность выпускает новолачные и резольные смолы в сухом и жидком состоянии, а также в виде эмульсий и лаков. Технологический процесс состоит из следующих основных операций:

1) подготовка сырья (плавка фенола, подготовка формалина);

2) дозировка и загрузка сырья в реактор;

3) конденсация (варка) смолы;

4) сушка и слив смолы;

5) охлаждение готовой смолы и ее дальнейшая переработка.

Производство феноло-формальдегидных смол осуществляется периодическим и непрерывным методом. В периодическом методе в качестве варочного котла (реактора) применяется цилиндрический аппарат, изготовленный из легированной стали емкостью 5-15 м³. Аппарат имеет сферическое дно и сливной штуцер с краном и запорным устройством для выпуска готовой смолы. Работающий в близком к полному смешению режиме реактор снабжен мешалкой якорного типа и водяной рубашкой для охлаждения (нагрева) реакционной смеси.

Для непрерывной поликонденсации используются реакторы, состоящие из секций полного смешения. Аппарат представляет собой колонну, состоящую из расположенных одна над другой секций. Мешалки всех секций имеют общий вал и приводятся в движение от одного двигателя. Все исходные вещества поступают в колонну смешения при атмосферном давлении и температуре 95-98 ^оС. Образовавшаяся смола отделяется от надсмольной воды в сепараторе и направляется на сушку, а затем в смолоприемник на охлаждение.

Феноло-формальдегидные смолы используются в различных видах:

– без наполнителей (литые резиты);

– в виде прессовочных материалов (наполнитель порошкообразный или волокнистый);

– как связующее для слоистых пластиков;

– в виде клеев и лаков для покрытий по металлу или дереву;

– для изготовления поропластов.

Контрольные вопросы

1. Особенности технологии сборочного производства.

2. Классификация пластмасс

3. Методы получения пластмасс (полимеризация)

3. Методы получения пластмасс (поликонденсация).