Краткий исторический обзор возникновения и развития железнодорожного транспорта в России и за рубежом 39 страница

Экономичность технологического процесса является важнейшим показателем, харак­теризующим народнохозяйственные результаты и экономическую целесообразность вве­дения в производство новой технолог ии. При выборе технологического процесса нет не­обходимости расчета полной себестоимости изделия, а можно определить лишь ту ее часть, величина которой зависит от варианта технологии. Причем себестоимость изделия вклю­чает стоимость основных материалов, заработной платы производственных рабочих и сум­му косвенных затрат, начисляемых в процентах к заработной плате. Для вагона следует учитывать дополнительные капитальные вложения народного хозяйства, если новая тех­нология приводит к изменению объектов его эксплуатации. В этом случае определяется срок окупаемости дополнительных капитальных затрат, который должен быть не выше нормативного при решении вопроса о введении нового технологического процесса.

Производительность технологического процесса определяется количеством деталей, узлов и вагонов, изготавливаемых в единицу времени (час, смену, месяц, год). Рациональ­ная последовательность операций технологического процесса, наиболее выгодные режи­мы обработки детали и сборки изделия, применение эффективных приспособлений и инст­румента, механизация и автоматизация выполняемых работ, внедрение передового опыта и т.д. обеспечивают повышение производительности процесса.

13.4. Технологические процессы, применяемые в вагоностроении и при ремонте вагонов

Технология вагоностроения и ремонта вагонов в современных условиях базируется на применении большого числа разнообразных технологических процессов, среди которых — механические, электротехнические, физические с применением их комплексной механизации и автоматизации.

Обработка металлов резанием представляет собой группу технологических процессов, свя­занных со снятием стружки режущими инструментами на металлорежущих станках с целыо придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхности слоев. Основными видами обработки металлов резанием являются точение, строгание, сверление, развертывание, протя­гивание, фрезерование, шлифование и др.

Любой из перечисленных видов характеризуется режимом резания, представляющим со­бой совокупность следующих основных элементов: скорость резания, глубина резания и подача. Скорость резания определяется скоростью инструмента или заготовки в направлении главного движения, в результате которого происходит отделение стружки от заготовки, подача — ско­рость в направлении движения подачи. Например, при точении (рис. 13.4, а) скоростью резания называют скорость перемещения обрабатываемой заготовки относительно режущей кромки резца (окружная скорость), подачей — перемещение режущей кромки резца за один оборот заготовки. Глубина резания — толщина снимаемого слоя металла за один проход (расстояние между обра­батываемой и обработанной поверхностями, измеренное по нормали). В сечении срезаемого слоя металла (см. рис. 13.4, о) рассматриваются такие элементы резания, как толщина и ширина срезаемого слоя; их величина при постоянных /их зависит от главного угла в плане ср.

При строгании скоростью резания называют скорость v прямолинейного движения резца (рис. 13.4, б), подача s — поперечное перемещение изделия за один двойной ход резца, глубина резания — расстояние между обрабатываемой и обработанной поверхностями. Для более пол­ного использования мощности станка применяется многорезцовое строгание (рис. 13.4, в).

г1 Рис. 13.4. Схемы технологических процессов обработки металлов резанием: а — при точении; / —обраба­тываемая поверхность; 2 — поверхность резания; 3 — обработанная поверхность; D -- - диаметр обрабаты­ваемой заготовки; d— диаметр детали после обработки; а и б — толщина и ширина срезаемого слоя; б — при строгании; 1 — обрабатываемая поверхность; 2 — плоскость резания; 3 — основная плоскость; 4 — опорная поверхность резца; 5 — обработанная поверхность; 6 — поверхность резания; а и б — толщина и ширина срезаемого слоя; в — при многорезцовом строгании; /, 2,3,4 — резцы; s — подача

Обработка металлов давлением представляет собой группу технологических процес­сов и способов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без на­рушения ее сплошности за счет относительного смещения отдельных ее частей, то есть путем пластической деформации. В состав процессов обработки металлов давлением вхо­дят прокатка, прессование, штамповка и ковка, волочение; эти процессы применяют так­же для улучшения качества поверхности.

Прокат — способ обработки металлов и сплавов давлением, состоящий в обжатии их между вращающими валками прокатного оборудования. Различают горячую, холод­ную и теплую прокатку. В особых случаях для предохранения поверхности прокатывае­мого изделия от окисления применяют прокатку в вакууме или в нейтральной атмосфе­ре. Известны три способа проката: продольный, поперечный и винтовой (косой). При продольном прокате (рис. 13.5, а) деформация обрабатываемого изделия происходит между валками, вращающимися в противоположных направлениях и расположенных в большинстве случаев параллельно один другому. Поперечный прокат (рис. 13.5, б) и винтовой (рис. 13.5, в) служат лишь для обработки тел вращения. При винтовом прокате вследствие косого расположения валков металлу кроме вращательного придается еще по­ступательное движение в направлении его оси. Если поступательная скорость прокатыва­емого металла меньше окружной скорости вследствие его вращения, прокат называется поперечно-винтовым, а если больше — продольно-винтовым. Поперечно-винтовой про­кат применяется в производстве осей колесных пар вагонов и других подобных изделий.

Рис. 13.5. Схемы процессов прокатки металлов: а — продольная; б — поперечная; в — винтовая круглых периодических профилей; 1 — прокатываемый материал; 2, 3, 4 — валки

К основным видам проката из стали и других металлов относятся листовой и сорто­вой прокат, катаные трубы, колеса, профили переменного сечения и другие особые виды проката, используемые в вагоностроении и ремонте вагонов. Перечень прокатываемых изделий с указанием размеров называется сортаментом проката, большая часть которого стандартизирована. Прокат цветных металлов производится главным образом в виде лис­тов, ленты и проволоки; трубы и сортовые профили из цветных металлов изготовляются преимущественно прессованием.

Прокат листов металла толщиной от 1,2 до 20 мм, наиболее часто применяемых в ва­гоностроительном и вагоноремонтном производстве, осуществляется в горячем состоянии на непрерывных станах, а листы толщиной менее 1,5 до 3 мм выгоднее прокатывать в хо­лодном состоянии. Технологическая схема проката листов в холодном состоянии приведе­на на рис. 13.6, в которой рулоны после их получения на непрерывных станах горячего проката поступают в цех и проходят весь технологический процесс холодного проката вплоть до упаковки.

В вагоностроительном и вагоноремонтном производстве используются прокатные профили с постоянной по длине поперечным сечением: круг, прямоугольник, квадрат, овал, шестиугольник; фасонные профили: уголок, двутавр, швеллер и др.; периодичес­кие профили, трубы и т.д.

Рис. 13.6. Технологическая схема цеха холодной прокатки для производства листов: 1 — конвейер горя­чекатаных рулонов; 2 — агрегат нормализации; 3 — непрерывно-травильный агрегат; 4 — агрегат ком­бинированной резки; 5 — непрерывный стан холодной прокатки; 6 — термическое отделение; 7 — агре­гат нанесения защитного покрытия, 8 — дрессировочный стан; 9 — непрерывно-цинковальный агрегат; 10-- отделение упаковки готовой продукции

Прессование — процесс обработки давлением разных материалов с целью уплотнения, изменения формы, изменения механических и других свойств материала. Сюда относится прессование металлов, древесины, полимерных материалов, брикетирование и др. Прессо­вание металлов заключается в выдавливании (экструдировании) металла из замкнутой обла­сти (контейнера) через отверстие матрицы, форма и размеры которого определяют сечение прессуемого профиля. Различают следующие виды прессования металлов (рис. 13.7): с пря­мым истечением металла, когда направление движения металла совпадает с направлением движения пресс-шайбы — схемы а и б, и с обратным, когда металл течет навстречу движе­нию матрицы, которая выполняет также функции пресс-шайбы, схемы в и г. Для получения труб и полых профилей из алюминиевых и магниевых, а в некоторых случаях медных и тита­новых сплавов используются также прессование со сваркой (схема д).

Рис. 13.7. Схемы прессования: а — профиля сплошного сечения с прямым истечением; б —- трубы с пря­мым истечением; в профиля сплошного сечения с обратным истечением; г — трубы с обратным исте­чением; д — трубы из полого профиля (прессование со сваркой); 1 — заготовка; 2 — пресс-штампель; 3 — пресс-шайба; 4 — контейнер; 5 — матрица; 6 — матрицедержатель; 7 — иресс-изделие; 8 —

игла; 9 — иглодержатель; 10— пробка

Штамповка — процесс обработки металлов давлением, при котором формообразо­вание детали осуществляется в специализированном инструменте — штампе. По виду за­готовки различают объемную и листовую штамповку, по температуре процесса — холод­ную и горячую. В мелкосерийном производстве применяются особые способы штамповки: штамповка эластичными средами (жидкостью, резиной, полиуретаном и др.); импульсная, использующая энергию ударной волны и жидкости (взрывная, электрогидравличсская) или действие мощных быстроменяющихся магнитных полей (электромагнитная). Для штам­повки используются разнообразные машины: молоты, кривошипные прессы, горизонталь­но-ковочные машины, гидравлические прессы, кузнечно-штамповочные автоматы и др. В крупносерийном производстве для штамповки применяют автоматы и автоматизиро­ванные линии, а также всевозможные загрузочные и манипулирующие устройства, вклю­чая промышленные роботы, что существенно повышает производительность труда.

Волочение — технологический процесс деформирования металла протягиванием ката­ных или прессованных заготовок через отверстие с целью уменьшения их поперечного сече­ния или получения более точных размеров и гладкой поверхности. В результате усилия Р (рис. 13.8), прикладываемого к заостренному концу заготовки, она протягивается, приобре­тая форму и размеры отверстия волоки, ее поперечные размеры уменьшаются, а длина уве­личивается. Для уменьшения трения обрабатываемые заготовки покрывают густыми сма­зочными материалами. Волочением получают проволоку (рис. 13.8, и) различного диаметра (менее 0,01 мм) и трубы тремя способами: без оправки (б), на короткой неподвижной оправ­ке (в) или на движущейся длинной оправке (г).

а б в Рис. 13.8. Схемы волочения: а — проволоки; б-- трубы без оправки; в — трубы на короткой неподвиж­ной оправке; а — трубы на длинной движущейся оправке; I — волока; 2 — заготовка; 3 — заостренный конец заготовки; 4— захват; 5 — короткая неподвижная оправка; 6 — длинная движущаяся оправка

Для обработки металла волочением применяется волочильный стан, состоящий из ра­бочего инструмента — волоки и тянущего устройства, сообщающего обрабатываемой за­готовке движение через волоку. При волочильном стане имеется ряд вспомогательных ус­тройств для механизации и автоматизации производства.

Фрезерование — процесс резания металлов и других твердых материалов фрезой. В качестве режущего инструмента при фрезеровании используются многозубые инстру­менты — фрезы. Фрезы различаются: по назначению (рис. 13.9); по форме зубьев — с пря­мыми, винтовыми, разнонаправленными зубьями; но направлению винтовых канавок — с правыми и левыми канавками; по конструкции — цельные, составные, сборные, со встав­ными зубьями (ножами), комплектные; по способу крепления — насадные, с хвостовиком (коническим или цилиндрическим); по материалу режущей части — из быстрорежущей стали, твердого сплава, композиционного материала.

Главное движение при фрезеровании — вращение инструмента, движение подачи — поступательное перемещение заготовки; скорость резания равна окружной скорости наи­более удаленных от оси фрезы точек ее зубьев. Фрезерование применяется для обработки плоских и фасонных поверхностей и осуществляется на фрезерных станках (рис. 13.10).

Шлифование (шлифовка) — обработка поверхностей заготовок абразивным инстру­ментом. Производится на шлифовальных и металлорежущих станках с помощью специ­альных приспособлений (например шлифовальных головок), вручную. Известны различ­ные виды шлифования: круглое наружное и внутреннее, планетарное, бесцентровое на­ружное и внутреннее, плоское, фасонное и др. (рис. 13.11).

Рис. 13.9. Фрезерование: a — фрезы; 7 — цилиндрическая; 2 — торцевая; 3 и 4 — дисковые пазовые; 5 — прорезная; би 7— концевые; 8~ угловая; 9 и 10—фасонные; 11 — шпоночная; б—схема фрезерования цилиндрической фрезой; 1 —- обрабатываемая поверхность; 2 — обработанная поверхность; 3—поверхность резания; В- - ширина обрабатываемой поверхности; s—подача; t — глубина резания

верти калы ю-фрезер н ы й;

Для обработки трудно обрабатываемых металлов применяют также электрохимическое (электролитическое) шлифование токопроводящими шлифовальными кругами с подводом к зоне резания постоянного электрического тока. Шлифование может производиться абразив­ным порошком, взвешенным в жидкости, с помощью методов вибрационной обработки.

Обработка деревянных изделий в деревообрабатывающих и заготовительных цехах ва­гоностроительных и вагоноремонтных предприятий осуществляется на распиловочных, строгальных, токарных, фуговальных, рейсмусовых и других станках (рис. 13.12).

На деревообрабатывающих станках из древесного сырья вырабатывают брусья, доски, древесные плиты, фанеру, детали изделий и конструкций, используемые в пасса­жирском и грузовом вагоностроении и при ремонте вагонов в эксплуатации.

По производству технологических процессов станки разделяются на дереворежущие, гнутарные (придают требуемую форму путем изгиба), сборочные, для нанесения клея и отде­лочные. Отдельную группу составляют многооперационные автоматы и полуавтоматы, аг­регатные станки, автоматические линии и станки-комбайны, выполняющие (одновременно или последовательно) несколько технологических операций на обрабатываемой детали.

Рис. 13.11. Схемы работы шлифовальных станков: а — кругло-шлифовального; б — внутришлпфовалыюго; в — внутришлифовального планетарного; г — бесцентрово-шлифовального; д — бесцентрового внутришли- фовального; е—плоско шлифовального, шлифующего периферией круга; ж — шюскошлифовального, шли­фующего торцом круга; 1 — шлифовальный круг; 2 - - хомутик; 3 — обрабатываемая деталь; 4 - - патрон; 5 — ведущий круг; 6 — опорный нож

13.5. Основы технологии литья

В вагоностроении многие детали получают с помощью литья, осуществляемого раз­личными способами: в формы — металлические (кокиль), оболочковые, песчаные, само- твердеющие; по выплавленным моделям; под давлением; центробежное и др.

Литье в кокиль (кокильное литье) — способ получения фасонных отливок в металличес­ких формах — кокилях. В кокилях получают отливки из чугуна, стали, алюминиевых, магние­вых и других сплавов. Особенно эффективно применение кокильного литья при изготовлении отливок из алюминиевых и магниевых сплавов. Эти сплавы имеют относительно невысокую температуру плавления, поэтому один кокиль можно использовать до десятка тысяч раз. Для стали этот метод литья находит меньшее применение, чем для цветных металлов.

Литье в оболочковые формы — способ получения фасонных отливок из металлических сплавов в формах, состоящих из смеси песчаных зерен (обычно кварцевых) и синтетического порошка (обычно фенолоформальдегидной смолы и пульвер-бакелита). Этим способом изго­тавливают различные отливки массой до 25 кг. Преимуществами способа являются значитель­ное повышение производительности по сравнению с литьем в песчаные формы, управление тепловым режимом охлаждения отливки и возможность механизировать процесс.

Литье в песчаные формы — способ получения отливок в разовых формах, изготовлен­ных из песчано-глинистых смесей.

Литье в самотвердеющие формы — способ получения отливок, при котором использу­ют литейные формы и стержни, изготовленные из смесей, затвердевающих на воздухе и не требующих сушки и дополнительной обработки внешними реагентами.

Литье по выплавленным моделям — способ получения фасонных отливок из металли­ческих сплавов в неразъемной, горячей и негазотворной оболочковой форме, рабочая по­лость которой образована удалением литейной модели выжиганием, выплавлением или растворением — прецизионное литье. Размеры отливок, полученных этим способом, мак­симально приближены к размерам готовой детали, вследствие чего за счет сокращения механической обработки снижается стоимость готового изделия.

Лоперечпо-распиливающие

Смсшалло- распилившощие

юкарныс

Фрезерующие

Строгальные

Рис. 13.12. Схематическое изображение принципа работы деревообрабатывающих станков: 1 — лесо­пильный (лесопильная рама); 2 — ленточнонильный; 3 и 4 — круглопильные; 5 — с возвратно-посту­пательным движением пилы; 6 — - лобзиковый; 7 — шипорезный; 8 — круглопильный с цилиндричес­кой пилой; 9—сверлильно-зенковальный; 10 — сверлильно-фрезерный; 11— сверлильно-долбежный; 12 — токарный; 13 — круглопалочный; 14 — токарно-фрезерный; 15 — цепно-фрезерный; 16 — фуго­вальный; 17 — рейсмусовый; 18 — 4-сторонний строгальный; 19 - фрезерный; 20 — пазовально-фре- зерный; 21 -- копировально-фрезерный; 22 — шипорезно-фрезерный; 23 — поперечно-строгальный; 24 — циклевальный; 25 — продольно-строгальный; 26 — лущильный; 27 — дробильный; 28 — рубиль­ный; 29 — с контактными утюжками; 30 — дисковый; 31 — с контактным вальцом; 32 — цилиндровый

Литье под давлением — способ получения из сталей и сплавов цветных металлов в пресс-формах, которые сплав заполняет с большой скоростью под высоким давлением, приобретая очертания отливки. Литье производят на литейных машинах с холодной и го­рячей камерами прессования (рис. 13.13). При получении отливок на машинах с холодной камерой прессования (рис. 13.13, я и б) необходимое количество сплава заливается в каме­ру прессования вручную или заливочным дозирующим устройством.

Сплав из камеры прессования под дав­лением поршня через литниковые каналы по­ступает в оформляющую полость плотно зак­рытой формы, излишек сплава остается в ка­мере прессования в виде пресс-остатка и уда­ляется. После затвердевания сплава форму от­крывают, снимают подвижные стержни и от­ливка выталкивателями удаляется из формы.

Рис. 13.13. Схемы литья под давлением на машинах с камерами прессования: а-- холодной горизонталь­ной; б — холодной вертикальной; в — горячей; 1 — плита крепления подвижной части формы; 2 — вы­талкиватели; 3 — подвижная матрица формы: 4 — полость формы (отливка); 5 — неподвижная матри­ца формы; 6 ■— камера прессования; 7 — прессую­щий поршень; 8— пресс-остаток; 9— тигель нагре­вательной передачи; 10- - обогреваемый мундштук

При получении отливок на машинах с горя­чей камерой прессования (рис. 13.13, в) сплав из тигля нагревательной печи самотеком по­ступает в камеру прессования.

После ее заполнения срабатывает автома­тическое устройство (реле времени, настроен­ное на определенный интервал), а поршень на­чинает давить на жидкий сплав, который через обогреваемый мундштук и литниковую втул­ку под давлением поступает по литниковым ка­налам и оформляющую полость формы и кри­сталлизуется. Через определенное время, необ­ходимое для образования отливки, срабатыва­ет автоматическое устройство на раскрытие формы и отливка удаляется выталкивателем.

Данный метод обеспечивает высокую производительность от 1 до 50 заливок в мину­ту, точность размеров, четкость рельефа и качество поверхности. Применяют многогнез­довые формы, в которых за 1 заливку изготовляют более 20 деталей.

Центробежное литье — изготовление отливок в металлических формах, при котором расплавленный металл подвергается действию центробежных сил. Заливаемый металл отбра­сывается к стенкам формы и, затвердевая, образует отливку. Этот способ литья широко рас­пространен в промышленности при получении пустотелых отливок, например, пустотелых осей колесных пар вагонов.

В зависимости от положения оси вращения форм различают горизонтальные и верти­кальные литейные центробежные машины. Горизонтальные машины (рис. 13.14, а) наиболее часто применяют при изготовлении трубчатых изделий. При получении отливок на машинах с вертикальной осью вращения (рис. 13.14,6) металл из ковша заливают в форму, укрепленную на шпинделе, приводимом во вращение электродвигателем. Центробежная сила прижимает металл к боковой цилиндрической стенке. Форма вращается до полного затвердения металла, после чего ее останавливают и извлекают отливку. Сложные внутренние стенки отливки вы­полняют при помощи стержней. Стенки форм для отливок со сложной наружной поверхнос­тью покрывают формовочной смесью, которую уплотняют роликами, образуя необходимый рельеф. Отливки, полученные методом центробежного литья, по сравнению с отливками, по­лученными другими способами, обладают повышенной плотностью во внешнем слое.

Методы литья под давлением и прессованием широко применяются в вагоностроении и при ремонте вагонов для изготовления деталей внутреннего оборудования из полимерных материа­лов, пластмасс и резиновых смесей (термопластов и реактопластов). При литье под давлением ма­териал нагревается и размягчается (пластицируется) в обогреваемом цилиндре литьевой машины (рис. 13.15, я), откуда под давлением червяка или поршня нагнетается в литьевую форму.

После остывания материала (для термопластов), отверждения (для реактопластов) или вулканизации (для резиновых смесей) он сохраняет конфигурацию и размеры изделия. Пре­имущества метода по сравнению с другими методами формирования изделий из полимер­ных материалов — высокие производительность и качество изготовляемых изделий.

Литьевое прессование пластмасс (трансферное прессование) — метод изго­товления изделий различной формы из ре- актопластов, при котором материал раз­мягчается (пластицируетея) в литейном цилиндре (тигле), откуда нагнетается в пресс-форму (рис. 13.15, б), где, отвержда­ясь, принимает конфигурацию и размеры изделия. Литьевое прессование пластмасс осуществляют на универсальных прессах с одним рабочим плунжером для замыкания пресс-формы и нагнетания в нее материала или на специализированных прессах, у ко­торых замыкание пресс-формы осуществ­ляется одним плунжером, а нагнетание — другим. По технологии и оборудованию литьевое прессование занимает промежу­точное место между прессованием полимер­ных материалов и литьем под давлением полимерных материалов.

Рис. 13.14. Схема получения отливок способом центро­бежного литья на машинах; а — с горизонтальной осью вращения; б — с вертикальной осью вращения; 1—ковш; 2 — желоб; 3 — форма; 4 — отливка; 5 — шпиндель

Прессование полимерных материалов (компрессионное) — метод изготовления изделий из пластических масс и резиновых смесей в пресс-формах, установленных на прессе (чаще всего гидравлическом). В зависимости от температуры пресса этот метод подразделяют на высокотемпературное (горячее) и низкотемпературное (холодное) прессование. При го­рячем прессовании материал, например в виде пресс-порошка (обычно таблетированного или гранулированного) или листов, помещают в разомкнутую пресс-форму, нагретую до заданной температуры. При опускании пресса форма замыкается, материал в результате на­гревания и создаваемого прессом давления растекается и заполняет формующую полость, приобретая размеры и конфигурацию изделия. Реактопласты и резиновые смеси выдержи­вают в пресс-форме под давлением до завершения процесса отверждения или вулканизации,