О роли конструкторских разработок в развитии технологии легких сплавов

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

УДК 621.777

О РОЛИ КОНСТРУКТОРСКИХ РАЗРАБОТОК В РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИИ ЛЕГКИХ СПЛАВОВ

И.А. Шур, канд. техн. наук

Дана общая характеристика деятельности конструкторских подразделений начиная с 1955 г. Представлены основные конструкторские разработки по развитию технологии легких сплавов и масштабы их внедрения. Показано, что в современных условиях перспективным направлением конструкторской деятельности является разработка технических предложений на модернизацию основного технологического оборудования для внедрения новых технологий.

Ключевые слова: А.Ф. Белов, ОМД, конструкторские разработки, нагревательные печи, линии термообработки, металлургия гранул, горизонтальные гидравлические прессы, техническое предложение.

On Role of Engineering Developments in Progress of Light Alloy Technology.

I.A. Shur.

General characterization of design department activities since 1955 is given. Main engineering developments in the field of light alloy technology and scales of their adoption are presented. It is shown that under current conditions an advanced trend in the design activity is development of technical proposals aimed at modernization of the basic equipment for adoption of new technologies.

Key words: A.F. Belov, metal plastic working, engineering developments, heating furnaces, heat treatment lines, powder metallurgy, horizontal hydraulic presses, technical proposal.

Организационная структура ВИЛСа с момента его создания в 1961 г. наряду с металловедческими, технологическими и контрольно-испытательными лабораториями включала конструкторские подразделения, основой которых послужило конструкторское бюро ОКБ-65, действующее с 1955 г. В соответствии с концепцией развития института и его ролью в разработке и внедрении технологий производства новых видов полуфабрикатов для авиакосмической и гражданских отраслей промышленности были организованы конструкторские отделы низко- и высокотемпературного печного и термического оборудования, индукционных нагревательных и вакуумных плавильных печей, нестандартного механического оборудования,электроприводов и систем автоматизации [1].

Создание такого многопрофильного конструкторского бюро было обусловлено необхо-

димостью комплексного решения всех этапов реализации новых технологических процессов от научной идеи, изготовления и опробования опытных образцов, разработки опытно-промышленной технологии до внедрения на серийных заводах. Кроме того, в период организации ВИЛСа по ряду научно-технических направлений отсутствовала производственная база, технологии промышленного производства полуфабрикатов из легких и специальных сплавов находились в стадии развития, отечественное машиностроение не имело достаточного опыта в создании некоторых необходимых машин и агрегатов. Поэтому наличие конструкторского бюро, численность которого в восьмидесятые годы достигала 300 человек, и машиностроительного производства выгодно отличало ВИЛС от других подобных организаций и позволяло успешно и в сжатые сроки решать сложные проблемы,

-Ф-

-Ф-

-Ф-

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

напрямую связанные с внедрением деформированных полуфабрикатов из алюминиевых, титановых и жаропрочных сплавов в различных отраслях промышленности. При этом опытно-промышленные образцы нестандартного печного и термического оборудования предназначались в дальнейшем для оснащения заводов отрасли.

К ним относятся:

- вертикальные воздушно-циркуляционные печи для закалки труб, профилей и панелей из алюминиевых сплавов, что позволило отказаться от взрывоопасных селитровых ванн [2];

- более 20 типоразмеров индукционных нагревательных печей, заменивших малоэффективные печи сопротивления в прессовых цехах [3];

- вакуумно-дуговые и гарнисажные печи для плавки титана и получения слитков с массой до 5000 кг, благодаря чему были удовлетворены потребности в полуфабрикатах из титановых сплавов [4].

По мере роста опыта и авторитета института, повышения научного и технического уровня его кадров, укреплялись связи с заводами отрасли и машиностроительными заводами, изготовителями металлургического оборудования, в результате чего совместными усилиями были разработаны новые технологические процессы и созданы непрерывные поточные линии и агрегаты, направленные на расширение применения алюминиевых сплавов в гражданских отраслях промышленности. Причем первые образцы таких линий были опробованы в институте, что позволило в короткие сроки внедрить их в промышленность. Среди них следует отметить станы для радиочастотной сварки труб со скоростями до 120 м/мин, используемые на ЗЛС, КУМЗе и СМК [5], линии скоростного прессования профилей на базе горизонтальных гидравлических прессов усилием 12,5 МН, установленные на ЗЛС, КраМЗе и др. заводах [6], линии непрерывной термообработки лент с печами на воздушной подушке на ЗЛС, СМК, СМЗ [7].

Значительная роль принадлежит технологическим и конструкторским разработкам ВИЛСа при реконструкции прокатного производства на заводах отрасли, которая была проведена в 60-70-х гг. прошлого столетия.

Под руководством начальника института академика А.Ф. Белова были разработаны оптимальные варианты модернизации действующего основного оборудования, усовершенствованы технологии, даны предложения по коренному техническому перевооружению прокатных цехов [8].

В качестве примеров следует отметить:

- оснащение действующих станов горячей прокатки напольными моталками с ременными заправщиками полосы, что позволило увеличить массу прокатываемых слитков в 2-3 раза;

- внедрение циркуляционно-масляных систем на станах холодной прокатки, что обеспечило получение листов из алюминиевых сплавов со светлой поверхностью и др.

В семидесятых годах перед ВИЛСом была поставлена сложнейшая задача получения жаропрочных материалов для деталей вращения современных газотурбинных двигателей летательных аппаратов. Научный и технический потенциал института был задействован для решения этой проблемы. В результате на основе металлургии гранул была создана первая в стране линия по производству дисков из жаропрочных никелевых сплавов, которая включала получение гранул, их первичную обработку, заполнение капсул, компактирование в газостате, удаление капсул, термическую обработку, контроль качества [9]. Все технологические операции потребовали проектирования и изготовления нового нестандартного металлургического оборудования, причем часто в нескольких вариантах, подавляющая часть которого была разработана и изготовлена в ВИЛСе. Среди них следует отметить установку центробежного распыления, предназначенную для изготовления гранул, установку заварки и герметизации капсул, магнитные и электростатические сепараторы для очистки гранул от магнитных и шлаковых включений и др. [10].

Перечисленное оборудование, линии и установки составляют лишь малую долю от общего числа конструкторских разработок ВИЛСа, внедренных на металлургических заводах в РФ и за рубежом, но даже по ним можно судить о проделанной за эти годы плодотворной работе, отмеченной Ленинской и Госу-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

дарственными премиями и премиями Совета Министров СССР. Статьи с описанием конструкций нового литейного, прокатного, прессового и термического оборудования, разработанного в ВИЛСе и внедренного на заводах отрасли, регулярно публиковались в бюллетене «Технология легких сплавов», что в немалой степени способствовало авторитету института.

Однако начиная с 90-х гг. в связи с изменениями административных и экономических отношений в отрасли произошли существенные изменения в работе ВИЛСа, его технологических и конструкторских подразделений. Сократилось количество опытных и опытно-промышленных разработок, уменьшился объем заказов на совершенствование технологии и модернизацию оборудования. Численность конструкторского бюро стала сокращаться и в 2007 г. оно прекратило свое существование. В настоящее время лишь отдельные небольшие группы конструкторов сохранились в некоторых подразделениях института.

Следует отметить, что в указанный период времени существенно изменился характер труда конструкторов. В связи с применением компьютерного проектирования многократно ускорилась разработка чертежей, отпала необходимость в специалистах низкой квалификации: техниках, чертежниках, копировщицах. Значительно расширились возможности приобретения технологического оборудования и комплектующих изделий за рубежом, что существенно снизило нагрузку на конструкторские разработки и машиностроительное производство.

В сложившихся условиях для развития технического потенциала института, создания нового «технологического каркаса» приходится рассчитывать только на локальные инвестиции [11]. Это означает, что наряду с новыми технологическими процессами и современными машинами и агрегатами достаточно длительное время будет параллельно функционировать существующее промышленное производство, использующее традиционные технологии и оборудование. Учитывая постоянно растущие требования к качеству готовых изделий, не менее актуальным на данном этапе становится совершенствование технологии, модернизация и восстановительный

ремонт технологического оборудования, задействованного на выпуске востребованной продукции.

Срок эксплуатации большинства металлургических машин составляет 50 лет и более. При этом вместе с физическим износом растет число отказов в системах управления, устаревают контрольно-измерительные средства, снижаются технические характеристики оборудования и качество продукции. Своевременное проведение модернизации, ремонт-но-восстановительных работ, оснащение современными системами управления и контроля позволяет при сохранении базовых несущих элементов оборудования расширить или получить новые технологические возможности, экономя на материальных и временных затратах. Решение подобных проблем вынуждены искать многие российские предприятия, имеют они непосредственное отношение и к ВИЛСу, в цехах которого было установлено, в частности, значительное количество прессового оборудования.

Среди имеющихся горизонтальных гидравлических прессов для прессования полуфабрикатов из легких сплавов в качестве перспективных с целью модернизации можно рассматривать следующие:

- пресс усилием 20 МН со скоростью прессования до 350 мм/с после проведенной модернизации направляющих контейнеродер-жателя и прессующей траверсы и освоения технологии прессования трубных заготовок с экспандированием при оснащении его новыми нагревательными печами может служить базовым агрегатом для производства высокоточных труб из титановых сплавов;

- пресс усилием 35 МН с прошивной системой после модернизации системы управления и механизма подачи заготовок может обеспечить выпуск широкой номенклатуры труб из легких сплавов;

- пресс усилием 50 МН УЗТМ после модернизации системы управления и оснащения нагревательными печами позволит заменить физически изношенный с ручным управлением пресс фирмы Шлеман 1944 г. выпуска того же усилия.

Для оценки экономической целесообразности модернизации подобного уникального

-Ф-

-Ф-

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ

технологического оборудования требуется достаточно глубокая проработка намечаемых мероприятий. В данном случае нельзя ограничиваться разработкой исходных данных или технического задания. Необходимо иметь развернутое техническое предложение, которое должно включать параметры исходных заготовок и готовой продукции (технологический регламент), планировку основного технологического оборудования и его технические характеристики в сравнении с лучшими образцами, перечень элементов и систем, подвергаемых модернизации, требования к транспортным операциям и системе управления. Техническое предложение является конструк-

торским документом, в процессе разработки которого выявляются дополнительные или уточняются исходные требования к технологическому процессу и оборудованию, согласовываются основные проектные решения. Чтобы учесть конкретные условия производства и избежать просчетов, разработку технических предложений целесообразно поручать специалистам института или осуществлять с их непосредственным участием.

Технические предложения, подготовленные по основным направлениям деятельности института, создадут надежный задел по развитию его научно-технического потенциала и созданию будущих технологий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Елагин В.И. // Технология легких сплавов. 2011. № 2. С. 5-14.

2. Барбанель Р.И., Дзюбенко М.И. // Технология легких сплавов. 1964. № 4. С. 11-17.

3. Коротков М.Я. // Технология легких сплавов. 1969. № 3. С. 64-74.

4. Синько П.П., Кононов И.А. // В кн.: Вакуум-но-дуговая плавка металлов и сплавов. - М.: Ме-таллургиздат, 1963. С. 44-51.

5. Журавлев Ф.В., Локшин М.З., Лунин И.В. // Технология легких сплавов. 1970. № 2. С. 75-80.

6. Курбатов В.С., Захаров М.Ф., Синько П.П. и др. // Технология легких сплавов. 1967. № 5. С.47-53.

7. Шур И.А., Миронов Н.К., Цукров С.Л. и др. //

Технология легких сплавов. 1977. № 9. С. 3-8.

8. Белов А.Ф., Кирпа И.Г., Поначайбо Ю.Н. //

Технология легких сплавов. 1970. № 2. С. 34-45.

9. Белов А.Ф., Аношкин Н.Ф., Ходкин В.И. и др. //

В кн.: Обработка легких и жаропрочных сплавов. -М.: Наука, 1976. С. 217-236.

10. Кононов И.А. // В кн.: Металлургия гранул. - М.: ВИЛС, 1984. Вып. 2. С. 226-237.

11. Ковалев Г.Д. // Технология легких сплавов. 2006. № 1-2. С. 11-21.