Обрабатывающие цеха

Механический цех. Механической обработкой деталей называется совокупность процессов резания металлов, обуславливающих приобретение изделием требуемой геометрической формы, заданных размеров и чистоты поверхности. Основными методами обработки материалов резанием являются точение, сверление, фрезерование, строгание и шлифование.

В зависимости от специфики технологического процесса механической обработки деталей механические цеха оснащаются токарными, сверлильными, фрезерными, строгальными, шлифовальными и иными металлообрабатывающими станками.

При механической обработке металлов основными загрязняющими веществами являются пыль и аэрозоли масел и эмульсий. Источником масляных и эмульсионных туманов является обильное смачивание обрабатываемых поверхностей СОЖ. Эти жидкости позволяют уменьшить износ режущих инструментов и сохранить структуру обрабатываемого материала, нагревающегося в результате трения в рабочей зоне до 400-500^оС.

В качестве СОЖ применяют нефтяные минеральные масла и их эмульсии, щелочные, мыльно-щелочные жидкости, керосин, скипидар и т.д. Эмульсии представляют собой 3-10% растворы масел, нафтеновых и олеиновых кислот и щелочей с добавками кальцинированной соды (до 0,3-0,5%). В процессе использования состав эмульсии существенно изменяется, увеличивается содержание солей и масел, металлических примесей.

При обработке детали на токарном станке за 1 час в атмосферу поступают:

• 30г пыли,

• 2,8г аэрозоля масла или 0,08г аэрозоля эмульсола.

Процесс шлифования сопровождается выделением:

• 30г/сек пыли (металл + абразив),

• 12г/сек аэрозоля масла (0,7г/сек аэрозоля эмульсола).

В состав пыли, образующейся в процессе шлифования детали входит 60-70% материала обрабатываемого изделия и 30-40% материала абразивного инструмента.

Схемы основных методов обработки материалов (1 - главное движение – вращение, 2 – подача):

1. Точение
2. Сверление
3. Фрезерование
4 Строгание (1 – возвратно поступательное движение)
5 Шлифование

Термический цех. В результате процессов термической обработки происходит изменение структуры металла, в результате достигаются требуемые физико-химические свойства материала. Процессы термической обработки подразделяются на:

• процессы, вызывающие структурные изменения металла (как поверхностные, так и объемные),

• процессы, вызывающие изменения химического состава металла в поверхностных слоях.

К изменению структуры металла приводят следующие процессы:

• отжиг – нагрев металла до температуры свыше 700^оС, выдержка при этой температуре и медленное охлаждение (приводит к снижению твердости, повышению пластичности и вязкости металла),

• закалка – нагрев, выдержка при достигнутой температуре, быстрое охлаждение (приводит к повышению твердости материала),

• отпуск – нагрев до температуры ниже 700^оС, выдержка, медленное охлаждение (приводит к снятию внутренних напряжений),

• старение – нагрев до температуры 150-180^оС, охлаждение в течение 5-20 часов (приводит к стабилизации размеров, повышению твердости материала).

Изменение химического состава металла в поверхностных слоях проводят для повышения предела выносливости конструкционных сталей, износостойкости трущихся поверхностей, увеличения коррозионной и жароустойчивости металлов. Процесс химико-термической обработки осуществляется при взаимодействии внешних газовых или жидких сред с поверхностью металла при абсорбции или диффузии активного элемента в атомарном состоянии вглубь металла. К таким процессам относятся:

• азотирование - насыщение поверхностных слоев металла азотом при 500-650^оС. Цель азотирования – повышение твердости, износо- и коррозионной стойкости (используется для обработки поверхностей деталей, работающих при 500-600^оС – гильзы цилиндров, коленчатые валы, детали топливной аппаратуры двигателей и т.д.). Проводится в среде NH₃ или в расплаве солей на основе карбамида (жидкостное азотирование),

• цементация – насыщение поверхностных слоев металла углеродом при 900-950^оС. Цель цементации – повышение твердости, износоустойчивости и усталостной прочности металла. Науглераживающей средой (карбюризатором) обычно служат BaCO₃ или CаCO₃ (твердый карбюризатор), газовая смесь, состоящая из метана CH₄, оксида углерода СО и непредельных углеводородов (газовый карбюризатор), расплав углекислых солей или SiC (жидкостной карбюризатор),

• цианирование – насыщение поверхностных слоев металла одновременно углеродом и азотом. В результате повышается износостойкость, поверхностная твердость и усталостная прочность металла. Средой служит расплав NaCN или Ca(CN)₂. При газовом цианировании средой служит смесь газов - NH₃ (20-30%) и газ, полученный пиролизом керосина или мазута (70-80%).

Таким образом, загрязняющими веществами процессов термической обработки металлов являются оксиды металлов, СО, NO_x, аэрозоли масел, в которых охлаждают закаливаемые детали.

При проведении химико-термических процессов выделяется цианистый водород НCN и аммиак NH₃.

При цианировании одна установка за 1 час выделяет до 6г НCN, при закалке в масляных баках в атмосферу попадают пары масел, масса которых равна 1% массы обрабатываемого металла.

Сборочный цех. В сборочных цехах производятся слесарно-доводочные работы. Основными загрязняющими веществами являются металлическая пыль и пары органических растворителей, с помощью которых очищают поверхности деталей.

Гальванический цех (цех металлопокрытий). Нанесение металлопокрытий обеспечивает повышение коррозионной устойчивости, выравнивание поверхности, улучшает внешний вид изделий.

Нанесение металлопокрытий состоит из 3-х этапов:

1. механическая подготовка поверхности,

2. химическая и/или электрохимическая подготовка поверхности,

3. химическое и/или электрохимическое нанесение покрытий.

Механическая подготовка поверхности может производиться:

• очисткой сыпучими абразивными материалами (чугунная или стальная дробь, наждачный песок) галтовкой (медленное перекатывание деталей вместе с абразивным материалом во вращающихся барабанах) или виброгалтовкой (механическое воздействие усиливается вибрацией),

• шлифованием и полировкой.

При механической подготовке поверхности с нее удаляются поверхностные дефекты (заусенцы, окалина, раковины, шлаковые остатки и неметаллические включения). В атмосферу поступает металлическая и абразивная пыль.

Этап химической и электрохимической подготовки состоит из операций обезжиривания и травления поверхности, т.е. удаления органических и неорганических загрязнений поверхности.

Обезжиривание осуществляется путем погружения детали в ванну с органическим растворителем (бензин, керосин, уайт-спирит, СС1₄, трихлорэтилен, перхлорэтилен) либо водными слабощелочными моющими растворами. В качестве моющих агентов используют кальцинированную соду (Na₂CO₃),едкий натр (NaOH), тринатрийфосфат (Na₃PO₄), добавляют ПАВы. Щелочные растворители используют при электрохимическом обезжиривании для образования эмульсии масляных загрязнений. При этом способе очистки жировая пленка удаляется образующимися на электродах пузырьками Н₂ и О₂. В процессе обезжиривания в атмосферу поступают пары органических растворителей и туманы щелочей. Пары органических растворителей пожаро- и взрывоопасны. Нижний предел взрываемости паров бензина – 137г/м³.

Химическое и электрохимическое травление поверхностей необходимо для удаления пленки оксидов (которая может быть невидима невооруженным глазом), препятствующей прочному сцеплению металлического покрытия с поверхностью. Для травления поверхности детали помещают в растворы кислот (H₂SO₄, HCl, HNO₃, HF), концентрированных щелочей, расплавы солей. Для ускорения процесса применяют электрохимическое травления в тех же средах. В процессе травления в атмосферу поступают аэрозоли кислот т щелочей, HCN и HF, NO_x, капли растворов, содержащих ионы тяжелых металлов, Н₂.

В зависимости от вида наносимого покрытия различают следующие гальванические операции:

• цинкование – гальваническое осаждение на поверхности изделия атомов цинка путем электролиза с целью защиты сплавов железа от атмосферной коррозии. Электролитом служат соли цинка (ZnSO₄, Zn(BF₄)₂, цианистые соединения ZnO+NaCN, Na₂Zn(CN)₄),

• кадмирование – защита сталей от коррозии в морской воде и атмосфере. Электролиты – CdSO₄ и Cd(ВF₄)₂),

• лужение,

• свинцевание,

• меднение,

• никелирование,

• хромирование,

• серебрение,

• золочение,

• оксидирование,

• фосфатирование.

Все эти процессы производятся погружением деталей в ванны, заполненные электролитом (растворы кислот, щелочей, солей и их смесей), и пропускании через них электрического тока, что приводит к формированию поверхностных защитных пленок соответствующих составов. В воздух при этом выделяются аэрозоли кислот, щелочей, пары HF, HCN, капли растворов, содержащих ионы тяжелых металлов, Н₂. нижний предел взрываемости для водорода равен 3,8%об.

Окрасочные цеха (участки). Основными операциями являются:

• обезжиривание поверхностей (механическим, химическим и термическим методами)

• подготовка лакокрасочных материалов,

• нанесение покрытий,

• сушка обработанных поверхностей.

На всех этапах обработки в атмосферу поступают пары органических растворителей.

Нанесение покрытий может проводиться способами: пневматическим, распыления под давлением (безвоздушный), электростатическим, окунания, струйным обливом, электроосаждением, в окрасочных машинах, порошковым.

В процессе окраски и сушки в атмосферу выделяется 100% растворителя и до 80% всего окрасочного материала.

Растворители, использующиеся для нанесения лакокрасочных покрытий по химической природе можно разделить на:

1. углеводородные, в том числе алициклические (циклогексан), ароматические (бензол, толуол, ксилол),

2. терпены (скипидар),

3. кетоны (ацетон, диацетоновый спирт),

4. простые и сложные эфиры (бутилацетат, этилацетат, этилцеллозольв),

5. спирты (этиловый, бутиловый, пропиловый),

6. галогенсодержащие растворители (хлорбензол).

При окраске электроосаждением, окунанием и в окрасочных машинах выделения окрасочного аэрозоля не происходит.