книги из ГПНТБ / Ефимычев Ю.И. Экономические проблемы повышения качества, надежности и долговечности литых деталей

шего оборудования со сроком установки 20 лет и более. Важную роль играет и фактор морального старения литейного оборудова­ ния1. В первую очередь это относится к вагранкам — основным плавильным агрегатам в чугунолитейном производстве страны, конструкция которых сохранилась, в основном, на уровне 30— 50-х годов. Чугун, выплавляемый в вагранках, имеет высокое содержание серы, вносимой литейным коксом и литейным чугу­ ном, и поэтому прочностные свойства его низки, а отливки тя­ желовесны, с толстыми стенками.

В последнее время в технически развитых странах в произ­ водстве чугунного литья широкое развитие получила выплавка чугуна в индукционных печах промышленной частоты, которая обеспечивает резкое повышение качества, стабилизацию химиче­ ского состава12, температурного режима, сокращение неметалли­ ческих включений и прежде всего серы. В результате прочность чугунного литья повышается примерно в 2 раза, что позволяет получать тонкостенное литье, уменьшать вес отливок примерно

на 15—25%.

Расширение применения индукционных печей в странах За­ падной Европы и США происходит очень быстро, соответственно уменьшается выплавка литейного чугуна в доменных печах. Ис­ пользование индукционных печей дает большой экономический эффект. Не случайно в США уже работает свыше 3 тыс. элект­ рических индукционных печей, а количество вагранок за послед­ нее десятилетие сократилось почти в 2 раза3.

Индукционная печь является самым экономичным агрегатом для плавки высокопрочного чугуна, применяемая или в качест­ ве самостоятельного агрегата, или в составе дуплекс-процесса (табл. 2.11).

Особенно возрастает роль индукционных печей при замене стального литья магниевым чугуном. Шихта для стального литья состоит, в основном, из отходов собственного производства и лома. Поэтому важно, чтобы при плавке магниевого чугуна не повышалась доля свежих чугунов, так как при больших объемах производства магниевого чугуна это вызовет увеличение произ­ водства доменных высококачественных чугунов, что экономиче­ ски нежелательно.

1 Средний срок службы оборудования под влиянием научно-технической революции сокращается в настоящее время до 10—7 лет (См.: Ухов Н. Н.— «Ученые записки Горьковского университета», вып. 116, 1970, с. 68). По мне­ нию И. С. Бема, срок службы литейного оборудования должен быть ограни­ чен в пределах 14—15 лет.

2 По нашим исследованиям, на Горьковском автозаводе среднеквадрати­ ческая величина отклонений по углероду, кремнию и марганцу для индукцион­ ной печи в 1,5—2 раза меньше, чем для вагранок. Механические свойст­ ва стандартных образцов, полученных из жидкого металла индукционных печей, также имеют разброс в 2—2,5 раза меньше.

3 Пашко И. Г. Вопросы снижения материалоемкости продукции.—«Вопро­ сы экономики», 1970, № 7.

40

Представляется экономически целесообразным внедрить ин­ дукционную плавку в литейных цехах массового и крупносерий­ ного производства отливок (автомобилестроение, тракторострое­ ние, станкостроение), где имеется возможность достаточного обеспечения технологического процесса чугунной и стальной стружкой. В то же время накопленный в нашей стране опыт показывает, что плавка чугуна в газовых вагранках обходится дешевле, чем в коксовых, на 15%. Проф. Л. М. Мариенбах счи­ тает, что, например, на ближайшие 15 лет следует ожидать раз­ витие дуплекс-процесса вагранка-{-канальная индукционная элек­ тропечь с постепенным переходом на отопление вагранок природ­ ным газом1. Зарубежная литейная практика отмечает особовысокий спрос на канальные печи-миксеры в цехах большой мощ­ ности, в небольших литейных цехах ваграночный процесс заменя­ ется на электроплавку в связи с повышением требований к чисто­ те окружающей среды.

Реализация внедрения индукционных печей в отечественном литейном производстве связана с решением сложных вопросов,, главные из которых заключаются в накоплении опыта проекти­ рования и производства этих плавильных агрегатов, в подборе- и отработке исходных материалов для футеровки тиглей и т. п„ Удельный вес электростали в балансе сталелитейного производ­ ства уже составляет 90%, причем свыше 50% всей электростали используется для отливок. Основные направления совершенство­ вания техники и технологии при производстве стального литья формулируются, по нашему мнению, следующим образом:

— оптимизация состава и синтез новых марок стали и спла­ вов с обеспечением минимального содержания вредных приме­ сей: серы и фосфора (^0,03% ), азота (^0,010% ), водорода

«5 с д і3/100 г);

—широкое применение сложных режимов термической об­ работки, включая закалку;

1 Мариенбах Л. М. Развитие процессов плавки чугуна.— XXV Всесоюзная научно-техническая конференция литейщиков. Тезисы докладов. М., 1971.

41

—организация эффективного питания и направленного за­ твердевания с помощью принудительного охлаждения и приме­ нения экзотермических смесей с целью устранения рыхлот и га­ зо-усадочной пористости;

—применение эффективных и высокопроизводительных мето­ дов рафинирования и раскисления сталей, ковшевой обработки синтетическими шлаками, хлоридами, фторидами алюминия и натрия;

—внедрение автоматических средств контроля и регулирова­ ния хода технологических процессов;

—повышение удельного веса специальных способов литья;

—механизация и автоматизация технологических процессов. В 8-й пятилетке выполнены значительные работы по комплекс­

ной механизации литейного производства. Однако на машинах изготовлялось менее 70% форм и около 40% стержней, причем необходимо отметить исключительную пестроту уровня машин­ ной формовки на различных предприятиях, выпускающих даже однотипную продукцию. Примером этого могут служить Выксун­ ский и Кулебакский металлургические заводы, причем на первом машинная формовка вообще отсутствует; завод им. М. Воробь­ ева и дробильно-размольного оборудования (г. Выкса), выпуска­ ющие мельничное оборудование (табл. 2.12) п др.

Т а б л и ц а 2.12

Удельный вес литья машинной формовки в литейных цехах Горьковской

Средний уровень механизации производства песчано-глини­ стых форм на предприятиях г. Горького и области находится примерно на уровне общесоюзного, однако без учета производ­ ства отливок на Горьковском автозаводе картина резко меняется.

42

В 1972 г. только каждая вторая форма изготовлялась в этом районе на формовочных станках и каждая седьмая-восьмая зали­ валась на конвейере (табл. 2.13).

Т а б л и ц а 2.13

Удельный вес литья машинной формовки и литья, залитого

На наш взгляд, состояние механизации формовочных работ на предприятиях Горьковской области отражает общее положе­ ние в литейном производстве страны, и прежде всего — низкий удельный вес отливок машинной формовки в литейных цехах не­ большой мощности. Безусловно, для выравнивания уровня меха­ низации литейных цехов различной мощности должны быть соз­ даны необходимые предпосылки, заключающиеся в увеличении степени сосредоточения производства однотипных отливок. В то же время уже сейчас имеется реальная возможность по опыту передовых отечественных и зарубежных литейных цехов поднять уровень механизации в небольших и средних цехах. Например, в условиях многономенклатурного единичного и мелкосерийного производства успешно применяется в США и ФРГ формовка по двусторонним модельным плитам со сборкой форм и съемом опок на машине фирмы «Hunter» (США) ‘.

Необходимо шире использовать пескометную формовку, по­ тенциальные возможности которой, особенно для улучшения ка­ чества литья в землю, полностью не раскрыты. К сожалению, в развитии типажа оборудования и автоматизации литейного производства отмечается несравненно большее внимание к отрас­ лям с массовым характером производства12. В значительной мере это объясняется низкой (по данным Г. Ф. Баландина—всего 1%) автоматизацией литейного производства. Проектируемое в на-

1 Иванов В. В., Ефимычев Ю. И., Прохоров И. И. Современные процессы литейного производства и качество отливок в зарубежной промышленности. Л., 1970.

2 Онуфриев И. А. Основные направления развития тнпажа оборудования и автоматизации литейного производства.— XXV Всесоюзная научно-техниче­ ская конференция литейщиков. Тезисы докладов. М., 1971.

43

стоящее время автоматическое оборудование в этих отраслях, естественно, даст быстрейшую отдачу. Поэтому в ближайшие го­ ды разрыв в уровне механизации массового и мелкосерийного производства отливок, по всей видимости, не уменьшится.

Проблемой автоматизации литейного производства, требую­ щей быстрейшего практического решения, является повышение производительности автоматического оборудования, а также его технологической и эксплуатационной надежности.

Автоматизация литейного производства предусматривает соз­ дание комплекса автоматических машин, агрегатов и систем, осуществляющих необходимые основные и вспомогательные опе­ рации изготовления отливок на основе экономичных и высоко­ производительных процессов.

Автоматическое регулирование и контроль литейных процес­ сов, в том числе и с применением ЭВМ, позволяют значительно повысить их стабильность, а следовательно, и качественные пара­ метры отливок: весовую и геометрическую точность, физико-меха­ нические свойства и т. п. Нестабильность состава формовочных смесей, а также неточность механизмов автоматических линий приводят к снижению весовой точности и перекосам форм, что совершенно неприемлемо для мелких отливок. Большинство оте­ чественных автоматических линий пока обеспечивают точность отливок до III класса точности, за исключением автоматической линии на Горьковском автозаводе, где отливки, в основном, имеют II класс точности.

С учетом того, что литейное производство предприятия явля­ ется наиболее отсталым, разработан комплекс мер по резкому поднятию его технического уровня и степени механизации работ: предстоит освоить 150 видов нового оборудования для комплекс­ ной механизации литейных процессов, ежегодный выпуск авто­ матических линий необходимо довести до 100 комплектов.

В системе мер по повышению технического уровня литейного производства важное место отводится развитию прогрессивных способов литья, эффективность которых с точки зрения улучше­ ния качества литых деталей исследуется нами в следующей главе.

Доля специальных способов литья (в оболочковые формы, по выплавляемым моделям, в кокиль, центробежное) увеличивается во всех ведущих отраслях промышленности, производящих и по­ требляющих литые заготовки, что предопределяет опережающие темпы их производства по сравнению с общим ростом производ­ ства отливок (табл. 2.14). Например, в судостроении выпуск от­ ливок специальными способами за период 1966—1970 гг. увели­ чился в 1,6 раза. Это означает, что производство отливок точными методами развивалось в 1,5 раза быстрее, чем выпуск всех видов литья. При этом темпы роста всех видов точнолитых судострои­ тельных заготовок превосходили средние по стране. В текущей пятилетке удельный вес специальных видов литья по отрасли бу­ дет доведен до 30% от общего выпуска отливок.

44

Ые менее актуальная задача стоит перед литейщиками ряда отраслей промышленности — повышение качества и экономично­ сти точного литья. Мелкосерийный характер производства, отсут­ ствие четкой специализации, низкая вооруженность, наличие морально и физически изношенного оборудования и другие при­ чины затрудняют внедрение и улучшение качества прогрессивных методов литья.

Т а б л и ц а 2.14

* Годьбии Я- А., Горман В. Л. Проблем:.! экономики литейного производства. Минск, .Наука и техника*, 1971; XXV Всесоюзная научно-техническая конференция литейщиков. Тезисы докладов. М„ 1971.

По литературным данным, в американской литейной промыш­ ленности также наблюдается тенденция к увеличению специаль­ ных методов литья, удельный вес которых по отдельным способам в общем выпуске отливок приводится в табл. 2.15.

Развитие кокильного литья черных металлов в СССР превос­ ходит уровень его в США, однако производство отливок из чер­ ных металлов в оболочковые формы, и в первую очередь из угле­ родистой стали, заметно уступает американскому. Наиболее вы­ сокие темпы развития характерны для центробежного способа изготовления отливок. За предшествующее пятилетие выпуск та­ ких отливок возрос на .64,1 % и достиг в 1970 г. 1,4 млн. т. В ре­ зультате увеличения доли специальных способов литья улучшено металлоиспользование в отраслях промышленности, потребляю­ щих литые заготовки.

Дальнейшее повышение технического уровня производства отливок из черных металлов будет осуществляться за счет усо­ вершенствования технологических процессов и оборудования,

45

Т а б л и ц а 2.15

* Шестопал В. М., Поляков Я- Г. Технология и оборудование литейного произ­ водства. М., ВИНИТИ, 1967, 1969; Гуляев Б. В. Состояние и перспективы развития литейного производства в СССР. М., 1970; Состояние литейной промышленности США. М., НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1970; Дубинин Н. И. Кокильное чугунное литье.— XXV Всесоюзная научно-техническая конференция литейщиков. Тезисы док­ ладов. М., 1971.

обеспечивающих сокращение доли ручного труда. Поэтому будет возрастать производство такого типа литейного оборудования, как кокильные и центробежные машины, автоматы для изготов­ ления оболочковых форм и стержней, автоматические линии для литья по выплавляемым моделям и т. п.

При проведении мероприятий, направленных на повышение технического уровня отдельных литейных предприятий, требуется выявить наиболее отсталые в техническом отношении участки. Сопоставимость технического уровня различных литейных цехов и участков может быть достигнута с достаточной степенью точ­ ности с помощью комплексных показателей, разработанных в на­ учно-исследовательских институтах г. Горького.

Наличие во многих экономических районах страны литейных цехов с устаревшим оборудованием, непригодность производст­ венных площадей старых цехов для установки современных ли­ тейных машин объясняют необходимость выделения 60—70% всех капиталовложений на строительство литейных баз1. Интере­ сы развития машиностроения и других отраслей промышленно­ сти, потребляющих литые изделия из черных металлов, требуют пересмотра существующих традиций в отношении относительно повышенных капиталовложений в развитие механической обра­ ботки заготовок. Кроме того, большая часть средств, выделяемых в машиностроении на развитие новой техники (70%), в настоя­ щее время расходуется на совершенствование механообрабаты­ вающих цехов, а литейных — только 9—40%.

Между тем затраты на совершенствование литейного произ­ водства, повышение качества его продукции обеспечивают

экономию в 1,5 раза большую, чем соответствующие затраты

1 Асабин А. Ф. Концентрация и специализация литейного производства на Урале.— В кн.: Повышение производительности труда в литейном произ­ водстве. М., НИИМАШ, 1969.

46

в механообрабатывающих цехах1. Выделяемые в литейное произ­ водство капиталовложения должны расходоваться более рацио­ нально. Во-первых, сложившаяся структура капиталовложений не обеспечивает ускоренный ввод новых специализированных мощ­ ностей литейного производства. Следовательно, при планирова­ нии следует предусматривать уменьшение затрат на реконструк­ цию литейных цехов и повышать долю капиталовложений на новое строительство до 60—70%, как сказано выше. Во-вторых, необходимо увеличить объем средств, направляемых на обнов­ ление устаревшего оборудования в действующих литейных цехах. По расчетам И. С. Бема, новые производственные мощности за­ водов литейного машиностроения должны быть доведены до S0 млн. руб. годового выпуска литейного оборудования. Пока же литейное машиностроение не обеспечивает нужды литейных це­ хов в современном оборудовании, поэтому с учетом сложившего­ ся положения целесообразно, по нашему мнению, использовать опыт автомобильной и некоторых других отраслей машинострое­ ния по закупке импортного литейного оборудования: отдельных автоматических линий (например, автоматических линий безопочной формовки, автоматов для производства стержней в го­ рячих ящиках индукционных печей, контрольно-измерительной аппаратуры, например квантометров, машин для литья под дав­ лением, а также полных литейных комплексов (литейные цехи Волжского автомобильного завода)."

Широкие возможности для повышения технического уровня литейных цехов открывают специализация и концентрация ли­ тейного производства.

По мере опережающего развития специализированных литей­ ных производств, обслуживающих предприятия как одной отрас­ ли, так и других отраслей, находящихся в данном экономическом районе, необходимо планировать постепенную ликвидацию литей­ ных цехов и участков, неоптимальных по мощности, технико-эко­ номическим показателям, с использованием их площадей в основ­ ном производстве. Однако в решении этих вопросов нужна разумная последовательность. Так, при остром дефиците загото­ вок нельзя прекратить малорентабельное и децентрализованное их производство, не освоив централизованных мощностей.

В свою очередь качество продукции оказывает влияние на тех­ нический уровень производства. Невозможно совершенствовать литейные процессы, если качество поставляемых, например ос­ новных и вспомогательных, материалов не соответствует услови­ ям поставки.

1 Бем И. С. Экономические проблемы развития литейного производства

СССР. Докт. дисс. Киев, 1970; по мнению Н. Ф. Склокина, внедрение произ­ водства металлопродукции повышенного качества в металлопотребляющих отраслях обеспечивает снижение их фондоемкости и соответственно повышает уровень их рентабельности, что почти в три раза перекрывает соответствую­ щие дополнительные затраты в черной металлургии.

47

§ 3

Процессы специализации и концентрации в литейном произ­ водстве на основе унификации исходных материалов, инструмен­ тария и оснастки, технологического оборудования и готовой про­ дукции открывают большие перспективы для систематического повышения качества изготовляемых отливок при одновременном снижении их себестоимости и повышении производительности труда. «Для того, чтобы повысилась производительность челове­ ческого труда, направленного, например, на изготовление какойнибудь частички всего продукта, необходимо, чтобы производст­ во этой частички специализировалось, стало особым производст­ вом, имеющим дело с массовым продуктом и потому допускаю­ щим (и вызывающим) применение машин и т. п.»1.

Преимущества специализации заключаются в том, что в ус­ ловиях изготовления технологически однородной продукции создается реальная основа экономически выгодного внедрения прогрессивной технологии, современной высокопроизводительной техники и передовых методов организации производства.

Показателем уровня специализации, как известно, служит удельный вес продукции специализированной отрасли в общем производстве соответствующей продукции.

Его конкретизация применительно к литейному производству сводится, по мнению проф. В. М. Шестопала, к рассмотрению доли отливок, изготовленных специализированными заводами и цехами в суммарном объеме выпущенных отливок12. В этом хотя и слишком общем определении специализации литейное произ­ водство вполне правомерно отождествляется с отдельной от­ раслью промышленности.

Сущность понятия специализации заготовок уточняется проф. В. С. Бялковской, которая считает, что производство заготовок специализированно, если оно организовано в цехе предприятия детальной специализации (например, заводы запасных частей) или если оно организовано на базовом предприятии, в том числе на заводах, производящих заготовки (например, централизован­ ные предприятия типа «Станколит»), а также в цехах узкой технологической специализации (например, в литейных цехах по выплавляемым моделям)3.

1 Ленин В. И. Поли. собр. соч., т. 1, с. 95.

2 Шестопал В. М. Специализация и проектирование литейных цехов и за­ водов. М., «Машиностроение», 1969.

3 Бялковская В. С. Вопросы экономики межотраслевых производств. — «Вопросы экономики», 1969, № 4.

48

В основу методики определения уровня развития специализа­ ции литейного производства следует положить размеры концент­ рации производства технологически однородной литейной продукцин1, степень развития массового и серийного производства,, удельный вес специализированного оборудования и типовой, т. е~ оптимальной и прогрессивной технологии.

С таких позиций специализацию, например, завода «Станколит», где применяется несколько способов литья и видов ме­ талла, а номенклатурный план достигает 12 тыс. наименований? отливок различных весовых групп, вероятно, необходимо рассмат­ ривать как начальную фазу ее развития. Тем не менее при нали­ чии такой раздробленной структуры чугуно- и сталелитейногопроизводства это один из основных путей их концентрации.

Возможность широкого использования новой техники, передо­ вой технологии в литейных процессах позволяет в условиях кон­ центрации технологически однородной продукции резко поднять уровень качества литых заготовок (см. § 2, гл. II).

Признаки однородности, по которым осуществляется концент­ рация производства отливок, формируются в зависимости от ус­ ловий изготовления, вида металла, веса, сложности, способа их: формообразования и т. п.

По условиям изготовления отливки целесообразно объединять в такие группы:

—отливки, получаемые современными прогрессивными метода­ ми, включая центробежное и кокильное литье, литье в оболоч­ ковые формы и с применением оболочковых стержней, повыплавляемым моделям, в формы из быстротвердеющих смесей, в керамические формы, в спрессованные формы, погазифицируемым моделям и некоторые другие;

—отливки, представляющие собой законченные литые изделия

(литые трубы, изложницы, литая посуда, художественное ли­ тье и т. п.);

—отливки, выступающие в качестве заготовок для деталей ма­ шин, приборов и оборудования, производство которых носиг массовый и крупносерийный характер;

—аналогичные отливки, но с единичным или мелкосерийным ха­ рактером производства;

—отливки для запасных частей оборудования, штампов, при­ способлений и т. п.

Выделение последней группы отливок продиктовано необходи­ мостью резкого улучшения их качества. В большинстве литейных цехов, выпускающих такие отливки, чрезвычайно низкий техни­ ческий и организационный уровень.

По признаку однородности металла различают литейные цехи серого, ковкого или высокопрочного чугуна и стального литья.

1 В данном случае под литейной продукцией понимаются не только отлив­ ин, но и стержни, оснастка и т. п., которые могут быть объектами само­ стоятельного производства.

4»