Машиностроительное предприятие

1. Структура машиностроительного предприятия

Структура машиностроительного  завода в большинстве случаев  определяется составом его цехов  и служб и зависит, как правило, от ряда факторов: характера продукции  и метода ее изготовления, масштаба производства, а также уровня и  форм специализации завода и его  кооперирования с другими заво-дами. Необходимый состав цехов машиностроительного завода определяется номенкла-турой и конструкцией выпускаемых заводом изделий, ассортиментом применяемых материалов, типами заготовок, методами их получения и обработки.

Структура предприятия, характеризующая  взаимное пространственное размещение производственных процессов, происходящих в зданиях цехов, сооружениях  и устройствах, отображается на генеральном  плане.

В приведенном решении  генерального плана одного из цехов  машиностроительного завода показан  пример объединения ряда зданий, близких  по характеру производственных процессов, в отдельные группы, расположенные  в специальных зонах.Принцип зонирования  особенно важен для цехов горячей обработки металла, цехов с вредными производствами и энергетических объектов с выбросами в атмосферу, а также зданий с повышенной пожарной опасностью. Как показывает опыт, производственная структура цехов зависит от состава их производственных участков. Цехи единичного и обычно мелкосерийного производства принято организовывать по технологическому принципу с членением на отделения с однородным оборудованием в зависимости от типа, характера и технологического назначения.Цехи же крупносерийного, а при устойчивой специализации и мелкосерийного производства, формируют по предметному принципу и разделяют на пролеты, в которых обрабатываются однородные детали (например, про-лет станин,  коробки передач, валов и пр.).

Расстановка оборудования проводится с таким расчетом, чтобы обеспе-

чить в процессе обработки  прямолинейное передвижение наиболее трудоемких деталей.Высокий уровень механизации и автоматизации современных производственных процессов позволяет устранить границы технологического деления производства на отдельные замкнутые цехи.

Промышленные предприятия  могут быть организованы с полным и неполным циклом производства. Предприятия  с полным циклом производства имеют  все необходимые цехи и службы для изготовления сложного изделия, а на предприятиях с неполным циклом производства отсутствуют некоторые  цехи, относящиеся к определенным стадиям производства. Так, машиностроительные заводы могут не иметь своих литейных и кузнечных цехов, а получать литье и поковки по кооперации от специализированных предприятий.

Основным производственным подразделением завода является цех (возглавляет  его начальник цеха). Цехом называется обособленная в административно-хозяйственном  отношении производственная часть  завода, состоящая из нескольких участков и специально предназначенная для  выпуска определенной продукции  — заготовок, деталей, сборочных  единиц (узлов), изделий — или  выполнения однородных технологических  процессов (термических, гальванических, отделочных и т.п.).

Цехи делятся на основные, вспомогательные, обслуживающие и  побочные. В основных цехах осуществляется производственный процесс по выпуску  продукции. Основные цехи делятся на заготовительные (кузнечные, литейные), обрабатывающие (механический, термический, деревообрабатывающий) и сборочные (комплектация изделий). Главными задачами основного производства являются обеспечение  движения продукта в процессе его  изготовления, организация рационального  технико-технологического процесса.

К вспомогательным цехам  завода относятся подразделения, в  которых осуществляются процессы, обеспечивающие бесперебойное выполнение основного  производственного процесса. Задача вспомогательных цехов – изготовление инструментальной оснастки для производственных цехов предприятия, производство запасных частей для заводского оборудования и энергетических ресурсов. Важнейшими из этих цехов являются инструментальные, ремонтные, энергетические. Количество вспомогательных цехов и их размеры зависят от масштаба производства и состава основных цехов. Подачу энергии, транспортировку сырья, полуфабрикатов, готовой продукции в основные и вспомогательные цехи осуществляют обслуживающие цехи и хозяйства. Назначение обслуживающих хозяйств – обеспечение всех звеньев предприятия различными видами обслуживания; инструментальным, ремонтным, энергетическим, транспортным, складским и т.п.

В побочных цехах используются и перерабатываются отходы основного  производства. Побочные цехи – это  цехи, в которых изготавливается  продукция из отходов производства либо осуществляется восстановление использованных вспомогательных материалов для  нужд производства.

Цех разбивается на несколько  участков. Участок является меньшим  производственным подразделением машиностроительного  завода, непосредственно возглавляемым  старшим мастером (начальником участка). Участки же в свою очередь делятся  на линии. Наименьшей структурой на машиностроительном заводе является рабочее место, индивидуальное для каждого работника. Расположение рабочих мест определяется планировкой  участка, линии, цеха.

Основные производственные участки могут быть организованы по технологическому или предметному  принципу.

За каждым участком закреплена определенная бригада – 10-12 человек  и бригадир. Производственная бригада  представляет собой трудовой коллектив  рабочих одной или нескольких специальностей различной квалификации, объединенных общностью предметов  и средств труда и совместно  выполняющих общее производственное задание, работающих на единый наряд, несущих индивидуальную и коллективную материальную ответственность за своевременное и качественное выполнение этого задания.

Бригады создаются специализированными  и комплексными. Специализированная бригада объединяет, как правило, рабочих одной профессии, занятых  на однородных технологических процессах. Комплексная бригада организуется из рабочих различных профессий  для выполнения комплексов технологически однородных, не взаимосвязанных работ, охватывающих полный цикл производства продукции, или ее законченную часть.

Для выполнения плана бригаде  создаются необходимые организационно-технические  условия. За ней закрепляются производственная площадь и оборудование, бригада  обеспечивается технической документацией, инструментом, сырьем и полуфабрикатами.

На рис.1 представлена организационная  структура завода ОАО «Промтрактор».

Рис. 1. Структура ОАО «Промтрактор»

2. Производство ОАО «Промтрактор»

2.1 Виды производства

Механообработка и сборка:

Механообрабатывающие производства оснащены технологическим  оборудованием  отечественного производства - поточными  и автоматическими линиями, агрегатными  и универсальными станками. За последние  годы сформирован значительный парк высокопроизводительных обрабатывающих центров с ЧПУ японских, немецких, корейских фирм для обработки  корпусных деталей (размер до 2 000 мм, точность по 6-7 квалитетам). Политика замены поточных механизированных линий, рассчитанных на изготовление одного вида изделия  на обрабатывающие центры «МАZAK», «DOOSAN», позволяющие обрабатывать широкую  гамму изделий, осуществляется в  настоящее время на предприятиях и подкреплена разработанными инвестпроектами.

Зубообработка шестерен переводится  со специализированных станков на гибкие технологические комплексы оборудования  «Gleason» Германия.

Сварочные работы с использованием полуавтоматов и автоматов.  Перевод  части сварочных работ на роботизированные сварочные комплексы на рабочих  смесях на базе аргона.

Дробеочистное оборудование с высокой производительностью  и качеством обрабатываемой поверхности.

Окрасочное оборудование, обеспечивающее требования экологии, промышленной санитарии и безопасности.

Холодно-штамповочное производство  с применением кривошипных и  гидравлических прессов мощностью  до 3150 тн с поэтапным переходом  на лазерный раскрой и гибку.

Заготовительный передел:

Раскрой.

Раскрой листового проката  толщиной от 10 до 100 мм на газорезательном  оборудовании фирмы «ТANAKA» (Япония) и «ОМNIМАТ» (Германия).

Раскрой листа до 25 мм производится на лазерных раскройно-гибочных комплексах «МAZAK» (Япония), «TRUMPF» Германия, «BYSTRONIC» (Швейцария), «HEBR» (Болгария).

Раскрой круглого и профильного  проката ленточнопильными станками производства Чехии, Тайвань.

Литейное производство:

Чугунное литье (развес отливок  до 1 тн (Luitpoldhütte), класс точности отливок 9-11) Отливки из высокопрочного чугуна и серого чугуна.

Стальное литье (развес отливок  до 4 тн, класс точности 9-11) Отливки  из углеродистой и высокомарганцовистой сталей

Оснащение литейного производства - автоматические формовочные линии  «HWS» (Германия), поточные формовочные  линии, стержневые автоматы «Laempe» (Германия), работающие по ХТС-процессу, нагреваемой  оснастке и по амин-процессу, индукционные печами (АВВ) (Германия)  емкостью до 8 тн, дуговые печи емкостью до  25 тн, современное очистное оборудование  (Италия).

Точное стальное литья (развес отливок 0 - 3 кг), применяется технология литья по выплавляемым моделям. Отливки  из углеродистых и легированных сталей, а также высокопрочного чугуна. Наличие  собственного модельного производства позволяет в течение короткого  срока освоить новые виды продукции. Плавка производится в индукционных печах высокой частоты емкостью до 1 тн.

Кузнечно-прессовое.

Кузнечнопрессовое производство - вес поковок до 60 кг, оснащение - молота 2 - 10 тн и пресса усилием 1000 - 4000 тн, горизонтально-ковочные машины, комплекс поперечно-клиновой прокатки (диаметр вала до 120 мм). Применяемые технологии позволяют получать высокоточные поковки и сократить до минимума последующую механическую обработку.

Термическое производство .

Оснащение: закалочные печи в среде защитных газов в т. ч. немецких фирм «Айхелен», «Дегусса», установки объемной закалки (шахтные  и проходные печи), установки закалки  ТВЧ, агрегаты для нитроцементации, цементации, карбонитрирования, азотирования.

2. Процесс штамповки

Штамповка как высокопроизводительный процесс механической обработки  материалов давлением находит широкое  применение при изготовлении деталей  машин и приборов. При обработке  давлением обеспечивается получение  как готовых деталей, так и  заготовок (полуфабрикатов) под последующую  обработку резанием, т. е. со снятием  стружки.

Процесс обработки материалов давлением осуществляется на прессах  различной конструкции.

Основными разновидностями  процесса обработки материалов давлением  являются горячая и холодная ковка  и штамповка, которые в свою очередь  включают операции прокатки, прессования, волочения и непосредственно  ковку и штамповку.

Широко применяется в  приборостроении высокопроизводительный процесс листовой холодной штамповки, которая имеет преимущества перед  другими видами механической обработки  материалов. При холодной штамповке  имеется возможность получать прочные  и жесткие детали сложной формы  и высокой степени точности.

Штампы, используемые при  холодной штамповке, классифицируются как по массе, так и по технологическому и конструктивно-эксплуатационному признакам. Штампы по массе разделяются па пять групп: мелкие (10—30 кг), небольшие (до 70 кг), средние (150—200 кг), крупные (400—500 кг) и весьма крупные (3000— 5000 кг). В приборостроении чаще всего используются мелкие и небольшие штампы. В свою очередь классификация штампов по технологическому признаку производится в соответствии с основными выполняемыми ими процессами и операциями холодной штамповки.

Наиболее ответственными элементами штампов являются их рабочие  детали — матрица и пуансон, которые  закрепляются соответственно на нижней плите и в пуансонодержателе  штампа. Для обеспечения правильного  направления пуансона при работе штампа служат направляющие втулки и  колонки, крепление которых производится соответственно в верхней и нижней плитах. Установка и закрепление  верхней части штампа в ползуне  пресса осуществляется посредством  хвостовика. Для установки штампуемой заготовки на матрице закрепляются специальная рамка и направляющие планки или фиксаторы, а для снятия детали имеется съемник.

Классификация штампов

По степени совмещения операций штампы бывают простые, выполняющие  только одну операцию, и комбинированные, производящие по две и более операции. Комбинированные штампы в свою очередь  различаются по характеру совмещения операций и переходов во времени  на штампы последовательного и совмещенного действия. У шаговых штампов последовательного  действия изготовление детали производится за несколько переходов под различными пуансонами при последовательном перемещении  штампуемой полосы заготовки. Наоборот, у штампов совмещенного действия получение детали осуществляется за один ход пресса концентрично расположенными пуансонами при неизменном положении  заготовки. У штампов последовательно  совмещенного действия изготовление детали происходит путем сочетания последовательной и совмещенной штамповок.

По конструктивному выполнению штампы бывают без направляющих и  с направляющими устройствами. Штампы без направляющих устройств более  просты в изготовлении, имеют сравнительно небольшую массу и габаритные размеры, но неудобны при установке  их на прессе и небезопасны в эксплуатации.

Вырубные и пробивные  штампы без направляющих устройств  применяются в основном в индивидуальном (опытном) и мелкосерийном производстве. В серийном производстве штампы без  направляющих устройств используются в основном для простой гибки, вытяжки, чеканки и выдавливания. Сравнительно сложные по конструкции  штампы с направляющими устройствами более надежны в эксплуатации, широко применяются в серийном и  массовом производстве.

Штампы подразделяются как  по способу подачи и установки  заготовок, так и по способу удаления деталей и отходов. В первом случае штампы бывают с ручной и автоматической подачей, а во втором — различают  штампы с провалом деталей через  отверстие в матрице, а также  с обратной вставкой деталей в  ленту и удалением их вместе с  лентой (в так называемых компаундных  штампах). Кроме этого, имеются также  штампы с обратным выталкиванием  деталей на поверхность штампа и  удалением их струей сжатого воздуха.

Работоспособность штампов  во многом зависит от правильности выбора материала и размеров их рабочих  деталей. Матрицы и пуансоны штампов  в зависимости от их конструкции, свойств и толщины штампуемого  материала изготовляются из сталей марок У8А, У10А, Х12М, ХВГ, ШХ15СГ, Х6ВФ, 7ХГ2ВМ с HRC3 57—59 и твердых сплавов  ВКЮ, ВК15, ВК20, ВКЗО. Стойкость твердосплавных штампов значительно выше стальных. Наибольшая твердость должна быть у  стальных матриц на глубине не менее  половины ее высоты и на расстоянии не менее 5 мм по кругу рабочего контура, а у пуансона — по всей высоте.

Несущие элементы штампов (плиты, планки и др.) изготовляются из конструкционных  сталей 30 и 45, а направляющие элементы (втулки, колонки и др.) из малоуглеродистой стали 20Х с последующей цементацией.

Изготовление штампов

Для упрощения технологического процесса изготовления штампов производится стандартизация их деталей, например блоков в сборе, включающих нижние и верхние  плиты, направляющие колонки,втулки и т. д.

Точность штампуемых деталей (квалитет 8—14) зависит от точности рабочих деталей штампа (квалитет 6—11). Поэтому при проектировании и изготовлении штампов большое  внимание должно уделяться точности исполнительных размеров и конфигурации профиля рабочей части матрицы  и пуансона. В качестве исходных данных при расчете рабочих частей штампов принимаются номинальные  размеры и допуски на штампуемую деталь. Для вырубных и пробивных  штампов методика расчета соответствующих  исполнительных размеров матрицы и  пуансона зависит от назначения штампа.

В штампе для вырубки деталей  матрица принимается в качестве основной детали, а наименьший технологический  зазор обеспечивается за счет диаметра пуансона. За номинальный принимается  диаметр, меньший номинального диаметра штампуемой детали на допуск.

Для электротехнических сталей с содержанием 4% кремния зазор  между матрицей и пуансоном для  листа толщиной 0,2— 0,5 мм составляет 12—14% толщины листа, при вырубке  деталей из закаленных сталей с HRC3 32—42—20%, а из нержавеющих аустенитных  сталей — 20—25%. В свою очередь для  вырубки контура и пробивки отверстия  в нержавеющей стали большей  толщины (до 3 мм) зазор составляет 0,02—0,03 мм, а толщиной 3— 10 мм — 0,04—0,05 мм. При  штамповке электротехнической стали  зазор не должен превышать 3—6% толщины  обрабатываемого материала.

Шероховатость рабочих и  направляющих поверхностей деталей  вырубных и гибочных штампов должна иметь 0,32— 0,63 мкм, а вытяжных матриц  0,08—0,16 мкм. Окна в матрицах могут выполняться с нулевым пояском или с небольшим уклоном (2—3) на ширине пояска, а затем угол увеличивается до 2—3°, что обеспечивает нормальный проход деталей и отходов в матрице.

При больших партиях штампуемых деталей из трансформаторного железа и из других труднообрабатываемых материалов рабочие части штампов следует  изготовлять из твердого сплава марок  ВК15, ВКЗО. Стойкость таких штампов  между переточками составляет до 200 тысяч ударов, в то время как  стойкость стальных не превышает 2—3 тысяч ударов. Твердосплавные матрицы  и пуансоны изготовляются из пластифицированных твердых сплавов, после чего производится необходимая механическая обработка, а затем твердосплавные заготовки  подвергаются окончательному спеканию и чистовой обработке алмазными  абразивными инструментами. Ранее  был представлен твердосплавный штамп для последовательной безотходной  штамповки пластин трансформаторного  железа.

При изготовлении крупногабаритных штампов в настоящее время  широко используются пластмассы на основе эпоксидных и акриловых смол, а  также фенопласты, что значительно  снижает трудоемкость производства штампов. Напыление пластмасс на макеты и каркасы элементов штампа обычно осуществляется с помощью  специальных установок, после чего сверху наносятся более прочные  слои смеси из стекловолокна и  связующего вещества толщиной до 1,5—3 мм. Полученный слой накатывается с  помощью резиновых роликов. В  качестве каркаса в зависимости  от размеров штампа используются металл, дерево и масса песка.

За последние 15—25 лет  для изготовления деталей, работающих в агрессивных средах, вакууме, скоростных потоках среды или при повышенных температурах, начали широко применяться  коррозионно-стойкие и жаропрочные  труднообрабатываемые стали и сплавы. Они имеют повышенные физико-механические характеристики.

Большие габаритные размеры  и толщина заготовок, сложность  формы и высокие требования к  точности изготовляемых деталей  ставят такие задачи, как создание мощного прессового оборудования, имеющего рабочую площадь стола 25—30 м2 и  более, а также изготовление сложных  и крупногабаритных нагревательных устройств, позволяющих производить  деформирование заготовок из малопластичных материалов в нагретом состоянии, а  также трудоемкой и металлоемкой технологической оснастки.

Высокоэнергетические методы штамповки

В промышленности начинают широко применяться следующие высокоэнергетические методы штамповки:

- давлением ударной волны  при взрыве взрывчатых веществ  в воде (взрывная штамповка);

- действием высоковольтного  электрического разряда в жидкости (электрогидравлическая штамповка);

- импульсами магнитного  поля высокой напряженности (магнитно-импульсная  штамповка).

Взрывная штамповка основана на деформации листовой заготовки давлением  ударной волны, образующейся при  взрыве взрывчатых веществ в баке с водой. Штампы для взрывной штамповки  представляют собой матрицу, имеющую  рабочую полость соответствующей  формы с отверстиями для удаления воздуха.

Для крупногабаритных деталей  металлические матрицы тяжелы и  дороги. В этом случае их зачастую делают из дерева или железобетона с облицовкой стеклопластиком.

Электрогидравлическая штамповка  основана на электрогидравлическом  эффекте, открытом советским изобретателем  Л. А. Юткиным. Энергия, необходимая  для электрического разряда, накапливается  в высоковольтной батарее. За счет этой энергии между электродами создается  разряд длительностью 0,00004 с, вызывающий появление ударной волны в жидкости, которая деформирует заготовку, заставляя принять ее форму матрицы.

Сущность штамповки импульсным магнитным полем заключается  в следующем: при импульсном разряде  электрического тока высокого потенциала на катушку в ней образуется мощное магнитное поле, которое воздействует на заготовку. Возникающие на поверхности  заготовки вихревые токи образуют свое магнитное поле, которое, взаимодействуя с первичным полем, вызывает эффект «отталкивания» заготовки от витков катушки. Заготовка деформируется, принимая профиль матрицы.

3. Гидравлический пресс

Гидравлический пресс  представляет собой машину-орудие практически  статического действия. Принцип работы гидравлического пресса основан на законе Паскаля. В общем виде пресс состоит из двух камер, снабженных поршнями (плунжерами) и соединенных трубопроводом.

Рис. 2. Общий вид гидравлического пресса.

Если к поршню 1 приложить силу Р₁, то под ним создается давление p  = P₁ / f₁. По закону Паскаля давление р передается во все точки объема жидкости и, будучи направлено нормально к основанию большого поршня 2, создает силу Р₂ = pf₂, которая оказывает давление на заготовку 3.

На основании закона Паскаля:

P₂ = P₁ ( f₂ / f₁ ).

Сила Р₂ во столько раз больше силы P₁, во сколько раз площадь f₂ больше площади f₁.

       Рис. 3. Конструктивная схема гидравлического пресса.

Рабочий цилиндр 4, в котором  движется рабочий плунжер 5, закреплен  в верхней неподвижной поперечине 6. Последняя при помощи колонн 7 соединяется  с нижней неподвижной поперечиной 9, устанавливаемой на фундаменте. Нижняя 9 и верхняя 6 поперечины вместе с  колоннами образуют станину пресса. Рабочий плунжер 5 соединен с подвижной поперечиной 8, имеющей направление по колоннам, и сообщает ей движение только в одном направлении — вниз. Для подъема подвижной поперечины установлены возвратные цилиндры 10 с плунжерами 11.

Во избежание утечек жидкости, находящейся под давлением, цилиндры снабжены уплотнениями 12.

Главным параметром гидравлического  пресса является номинальное усилие пресса Р_н — произведение номинального давления жидкости в цилиндре пресса на активную площадь его рабочих плунжеров.

Прессы в зависимости  от технологического назначения отличаются друг от друга конструкцией основных узлов, их расположением и количеством, а также величиной основных параметров Р_н, Н, S, А X В (H — открытая высота штампового пространства; S — полный ход подвижной поперечины, АхВ — размеры стола).

По технологическому назначению гидравлические прессы подразделяют на прессы для металла и для неметаллических материалов.

В свою очередь, прессы для  металла подразделяют на пять групп: для ковки и штамповки; для  выдавливания металлов; для листовой штамповки; для правильных и сборочных работ и для обработки металлических отходов. Ввиду большого многообразия типов прессов приведем значения номинальных усилий Р_н, наиболее из них распространенных.

Из прессов первой группы можно назвать: ковочные — свободная ковка со штамповкой в подкладных штампах, Р_н = 5 - 120 Мн (500—12 000 Т); штамповочные — горячая объемная штамповка деталей из магниевых и алюминиевых сплавов, Р_н=10 -700 Мн (1000—70000 Т); прошивные — глубокая горячая прошивка стальных заготовок в закрытой матрице, P_н=l,5 - 30 Мн (150—3000 Т); протяжные — протягивание стальных поковок через кольца, Р_н = = 0,75 - 15 Мн (75—1500 Т).

Из второй группы прессов  можно отметить прессы трубо-прутковые  и прутково-профильные — прессование  цветных сплавов и стали, Р_н = 0,4 - 120 Мн (40 -12000 т).

Из третьей группы назовем прессы: листоштамповочные простого действия с Р_н = 0,5 - 10 Мн (50 - 1000 Т); вытяжные — глубокая вытяжка цилиндрических деталей, Р_н = 0,3 - 4 Мн (30 - 400 Т); для штамповки   резиной Р_н = 10 - 200 Мн (1000 - 20000 Т); для бортования, фланцевания, гибки и штамповки толстолистового материала Р_н = 3 - 45 Мн (300 - 4500 Т); гибочные — гибка толстолистового материала в горячем состоянии, Р_н = 3 - 200 Мн (300—20000 Т).

Из пятой группы отметим  прессы пакетировочные и брикетировочные  для спрессовывания отходов типа металлической стружки и обрезков листового металла  [Р_н =1-6 Мн (100 - 600 Т)]. Гидравлические прессы для неметаллических материалов включают прессы для порошков, пластмасс и для прессования листов и плит.

Технологическое назначение гидравлического пресса определяет конструкцию станины (колонная, двухстоечная, одностоечная, специальная), тип, выполнение и количество цилиндров (плунжерный, дифференциально-плунжерный, поршневой и т.д.). Наибольшее распространение получила четырехколонная неподвижная станина с перемещением подвижных частей в вертикальной плоскости. Иногда станину-раму пресса выполняют подвижной.

Рис. 4. Схема гидравлического пресса с подвижной станиной-рамой.

Цилиндры плунжерного  и дифференциально-плунжерного типа являются цилиндрами простого действия. Рабочий цилиндр дифференциально-плунжерного типа применяется в случае, когда  через рабочий плунжер, например, должна проходить игла (трубо-прутковые прессы). Цилиндры поршневого типа наиболее часто находят применение при использовании масла в качестве рабочей жидкости. В этом случае уплотнительным элементом собственно поршня будут поршневые кольца. Цилиндр поршневого типа является цилиндром двойного действия.

                             Типы цилиндров гидропрессов                                    Таблица 1

У прессов с нижним расположением  рабочего цилиндра и неподвижной станиной могут отсутствовать цилиндры обратного хода, в этом случае возврат подвижных частей в исходное положение происходит под действием их веса. Рабочий цилиндр соединяется при этом с наполнительным баком.