На основании постановления Правительства РФ от 9 апреля 2010 года № 218 в Челябинской области в 2016–2017 годах реализуется выигранный на конкурсной основе проект «Создание высокотехнологичного литейного производства по газифицируемым моделям с использованием экзотермических процессов и наноструктурированных материалов».
О работе над проектом рассказывает его научный руководитель – заведующий кафедрой пирометаллургических и литейных технологий, профессор, доктор технических наук, почётный работник высшего профессионального образования РФ, почётный металлург РФ Борис Алексеевич Кулаков.
– Кто заказчик данного проекта и кто руководит работами?
– Заказчиком выступает ООО «ПК “Ходовые системы”», а головным исполнителем – Южно-Уральский государственный университет. Объём бюджетного финансирования – 130 миллионов рублей, и столько же вкладывает сам заказчик. Возглавляет проект проректор по научной работе, профессор, доктор технических наук Сергей Дмитриевич Ваулин, главный технолог – доцент, кандидат технических наук Виктор Борисович Фёдоров.
– Когда началась эта работа, в чём её цель и каковы особенности?
– Практически изыскания по проекту ведутся с мая, в соответствии с утверждёнными техническими требованиями и календарным планом. Их конечным итогом должно стать техническое перевооружение литейного цеха ЛГМ (литья по газифицируемым моделям) с целью обеспечения выпуска фасонных отливок массой до тонны из стали 30Л и высокопрочного чугуна ВЧ50 в количестве двух тысяч тонн в год для машиностроения и нефтегазового комплекса.
Литьё по газифицируемым моделям – один из современных способов литья, который позволяет обеспечить высокую производительность, размерную и весовую точность отливок из сплавов чёрных и цветных металлов, снизить расход формовочных материалов, обойтись без применения стержней, а следовательно – без оборудования для их изготовления и стержневых ящиков. Кроме того, этот способ хорошо поддаётся комплексной механизации и автоматизации.
В литейном производстве, наряду с закономерностями формообразования, где существенную роль играют противопригарные краски, большое значение имеют и процессы формирования самой отливки. Особенно важны эффективность краски и процессы объёмной усадки отливки при кристаллизации залитого в форму металла: это во многом определяет качество литых заготовок, расход металла на прибыли и литниковые системы, то есть технологический выход годного (ТВГ) литья и себестоимость отливок, а значит, и их конкурентоспособность.
Поэтому применение экзотермического внутреннего разогрева металла прибылей отливок за счёт термитных реакций и качественных противопригарных модельных красок позволяет сократить расход металла на прибыли, повысить качество отливок, и тем самым увеличить ТВГ, снизить трудоёмкость финишных операций, что для литейного производства весьма важно.
С учётом особенностей литья по газифицируемым моделям необходимо разработать состав экзотермической смеси, унифицированной для стального и чугунного литья, форму и способ ввода экзотермических вставок в модель прибыли, а также составы красок отдельно для стальных и чугунных отливок, способы их нанесения на модельный блок.
Экзосмеси и краски изготавливаются только с использованием отечественных материалов. В их состав входят наноструктурированные компоненты, содержащие до 20% наночастиц, в виде коллоидов и отходов производства искусственных алмазов.
– Кто задействован в работе со стороны ЮУрГУ и промышленных предприятий?
– Технологическая цепочка литья по газифицируемым моделям включает металлургические и литейные процессы, механическую и термическую обработку литых заготовок, сварку и резку металлов; при этом применяются различные методы и приборы для анализа вспомогательных материалов, сплавов и самих отливок. Соответственно, для осуществления проекта требуются специалисты в разных областях. К работе привлечены преподаватели и сотрудники кафедр пирометаллургических и литейных технологий; материаловедения и физикохимии материалов (факультет МиМТ); технологий автоматизированного машиностроения (МТ), двигателей летательных аппаратов (АК), научно-образовательных центров «Экспериментальная механика», «Нанотехнологии» и «Машиностроение», а также работники производственной компании (ПК) «Ходовые системы». В ЮУрГУ проектом занимаются не только профессора и доценты, но и аспиранты и магистры.
– Последним это наверняка пригодится в работе над диссертациями?
– Безусловно, часть полученных результатов войдёт в магистерские выпускные работы, а также в кандидатские аспирантов по специальности «Литейное производство».
– На какой стадии сейчас находитесь? Чего удалось достичь?
– В нынешнем году заканчивается первый этап работ. Проведён литературный и патентный поиск по данному направлению, разработаны комплект технической и технологической документации, программы и методики исследовательских испытаний экзотермических смесей и противопригарных красок, их влияния на качество отливок из стали и чугуна, сформулированы маршрутные карты техпроцесса литья по газифицируемым моделям, сконструированы элементы литейной формы для девяти отливок-представителей, пресс-формы для изготовления газифицируемых моделей отливок, формовочные вакуумируемые опоки, получены экспериментальные отливки, проведены комплексные испытания и протокольно оформлены их результаты. Подготовлено несколько научных статей и заявок на изобретения и полезные модели. На будущий год запланированы следующие два этапа.
– Какова польза проекта для промышленности страны и для ЮУрГУ?
– По завершении работы в Челябинской области появится ещё одно современное конкурентоспособное литейное производство, которое сможет обеспечивать литыми заготовками различные отрасли народного хозяйства во многих регионах России, а ЮУрГУ, и в частности учёные, которые занимаются литьём, приобретёт опыт проведения таких масштабных работ, включающих практическую организацию выпуска промышленной продукции.
Рассказывает главный технолог проекта, кандидат технических наук, доцент Виктор Борисович Фёдоров:
– Особенность проекта в том, что наряду с теоретическими исследованиями выполняется большой объём работ по практической отработке технологий литья по газифицируемым моделям, проводятся испытания для определения фактических значений характеристик получаемых отливок. Это вызвано тем, что целью проекта является создание прогрессивной технологии литья на реальном производстве. При этом ЮУрГУ предлагает к применению новые рецептуры модельной краски и новую технологию использования экзотермических вставок для поддержания оптимальной температуры расплавленного металла прибыльной части.
Напомню, что «технология» в буквальном переводе с греческого означает «наука о мастерстве». Литейное производство – во многом искусство. Его технологические процессы отличаются сложностью и комплексностью: помимо чисто металлургических, выполняется много сопутствующих операций: изготовление моделей из вспененного полимера, формовка экзотермических вставок, механическая обработка изделий, контроль и оценка их качества. Огромное значение имеет подбор и подготовка основных и вспомогательных материалов.
Чрезвычайно важно отработать усовершенствованные способы литья на реальном производстве, накопить практический опыт. ЮУрГУ – передовой научно-технический центр с мощной испытательной, исследовательской базой, которая позволяет с высокой степенью достоверности оценить качество получаемых отливок – их химический состав, микро- и макроструктуру, механические свойства и другие параметры, которые определяют эффективность литейного процесса и в целом экономическую эффективность производства.
– Применяется ли уже подобная технология в России? Если да, то зачем разрабатывать новую? Не проще ли скопировать уже существующую?
– Такая технология в нашей стране используется – однако недостаточно широко, чтобы говорить о массовом её применении на предприятиях. Это обстоятельство снижает конкурентоспособность отечественного машиностроения. Я недаром упомянул, что технология – это наука о мастерстве. Чтобы её воспроизвести, обеспечить нужное качество здесь, в наших условиях, необходимо, используя типовые подходы, наработать собственный опыт, воспитать, подготовить и выучить свою команду специалистов-практиков. Без этого наладить выпуск качественной продукции невозможно.
Поэтому наряду с использованием известных методов, критически подходя к анализу их эффективности, мы и предложили значительно модернизировать существующие подходы. Кроме того, в наших силах обеспечить отечественного, местного производителя консультационной поддержкой, кадрами. Мы готовы проработать программу повышения квалификации для работников предприятий, в связи с внедрением новых технологий. Также обеспечим научное сопровождение – поможем адаптировать лучший мировой опыт к нашим производственным условиям.
Необходимо иметь не только представление о технологии, но и регламент, документацию. Вся система работы предприятия должна быть нацелена на неукоснительное соблюдение положений технологического регламента, технологических инструкций, которые обеспечивают высокое качество. Только так можно сделать продукцию конкурентоспособной!
Мнение заказчика
На вопросы «Технополиса» ответил директор производственной компании «Ходовые системы», депутат Законодательного собрания Челябинской области Владимир Геральдович Перезолов.
– Почему для выполнения работ выбран именно Южно-Уральский государственный университет?
– Конечно, свою роль сыграл имидж ЮУрГУ как главного научно-образовательного центра региона. Здесь готовят специалистов соответствующего профиля, есть учёные высочайшего уровня. Кроме того, вуз удобно расположен – в областном центре, достаточно близко, в любой момент можно встретиться и решить рабочие вопросы. Я лично знаю профессора Бориса Алексеевича Кулакова, многие наши сотрудники окончили его кафедру.
– Это первый такой проект? Какова его цель?
– Да, первый. Задача – создать высокотехнологичное литейное производство по газифицируемым моделям с использованием экзотермических процессов и наноструктурированных материалов. Заказчик, «Ходовые системы» – довольно давно и успешно функционирующее предприятие, занимающееся выпуском деталей, узлов, навесного оборудования для гусеничных машин. Сотрудничество с университетом и реализация проекта даст в результате принципиально новое литейное производство на высоком техническом уровне.
– Чем вызвана необходимость работы над проектом?
– Мы в какой-то момент обнаружили, что отечественного литья необходимого качества просто нет. За последние лет двадцать Россия утрачивала производственные компетенции. Во многом – из-за дешёвого импорта, в частности китайского, буквально задавившего нашу промышленность, в том числе – литейное производство, которое все эти годы не развивалось. И это очень плохо: без современного высокотехнологичного литейного производства не может существовать ни одна машиностроительная отрасль. Заказчикам необходимы исполнители, а для этого нужны разработки, научные школы, кадры для предприятий. Нам требуются высококвалифицированные инженеры-технологи, мы готовы им платить хорошие деньги. Кадры нужно готовить – именно этим и занимается ЮУрГУ.
На российском рынке доля зарубежного литья, в том числе китайского, огромна. Китай очень чётко проводит государственную политику в области обеспечения валютного курса и поддержания собственной промышленности на мировом рынке. К огромному сожалению, в РФ такого нет.
Технология, о которой идёт речь, занимает на зарубежных предприятиях от 30 до 50% в общем объёме литейных технологий, а на российских – в десять раз меньше: 3–5%! Фактически литейные мощности последнее время умирают. Старые технологии экономически неэффективны, поэтому заводы, применяющие их, не выдерживают конкуренции.
Из-за девальвации рубля в 2015 году цены взлетели. Вырос курс доллара, подорожало всё импортное, в том числе литьё. Соответственно, возросла и стоимость продукции машиностроительных предприятий, которые используют его, а также другие ввозимые из-за рубежа комплектующие. Использовать импорт стало невыгодно, хочу это подчеркнуть. В то же время наше государство взяло курс на импортозамещение, развитие собственного машиностроения. Это вызвано и дороговизной закупок за рубежом, и необходимостью обеспечивать безопасность страны, в том числе экономическую. Всевозможные санкции, эмбарго заставляют действовать незамедлительно. Представьте: для производства чего-либо необходимого нельзя обойтись без зарубежных поставок – а их вдруг взяли и перекрыли! Такой зависимости от внешних факторов не должно быть! Тем более что наша страна всегда славилась своей тяжёлой индустрией. Поэтому так важно современное высокотехнологичное литейное производство как основа машиностроения, отсюда и повышение его значимости, потребность делать своё, а не закупать за границей. Технология, о которой идёт речь, выбрана по рекомендациям учёных ЮУрГУ. Научная разработка касается экзотермических вставок и нанокрасок и реализуется в рамках совместного с университетом проекта.
– Какой результат ожидаете получить?
– Разумеется – повышение экономической эффективности и литейного производства, и предприятия в целом, а опосредованно – промышленности всего Южного Урала и российской экономики. Качество литья позволит удовлетворять очень многие потребности самых разных машиностроительных предприятий, включая и те, что работают в ответственных сферах, в частности оборонные. Спрос на высококачественное литьё есть в металлургии, горно-добывающей, строительной, железнодорожной, энергетической отраслях. Сейчас нам важно реализовать на практике эту современную технологию, а далее, несомненно, на результаты работы появится спрос и будет всё больше заказов.
На данный момент я вполне удовлетворён взаимодействием с университетом. Особую признательность хочу выразить руководителю проекта, проректору ЮУрГУ по научной работе Сергею Дмитриевичу Ваулину за обеспечение работы коллектива вуза и достигнутые результаты.
Технология литейного производства по газифицируемым моделям с использованием экзотермических процессов и наноструктурированных материалов универсальна, мобильна и оптимально подходит для современной индустрии.
Мы уже видим, какие возможности она открывает, обсуждаем долгосрочные перспективы решения крупных государственных задач.