Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением

5.Вся нормативная документация написана «кровью».

6.Кадры решают все.

Способами преодоления негативной наследственности может служить:

∙шихтовка плавки (первичные материалы, ограничение использования отходов, оптимальное применение компонентов с негативной наследственностью и т. д.);

∙плавка металла (вид процесса, внепечная обработка, двойной (многостадийный) переплав, соблюдение технологиче- ских режимов и т. д.);

∙разливка (выбор требуемого типа и размеров слитка и т. д.);

∙деформирование (деформация в соответствии с диаграммой рекристаллизации, термомеханическая обработка, назна- чение и соблюдение оптимальных режимов нагрева, деформации и охлаждения, оптимальная расстановка оборудования

èò. ä.);

∙термообработка (отпуск для снятия остаточных напряжений, соблюдение режимов термообработки и т. д.);

∙лезвийная обработка (обдирка до и после деформации, назначение оптимальных режимов обработки резанием, расточка, шлифовка, оптимальная расстановка оборудования и т. д.);

∙химическая обработка (электрохимическая полировка

èò. ä.);

∙гибридные (комплексные) технологии (ковка – сварка, обточка – правка – термообработка, ковка – ультразвуковой контроль, ковка – оптимальный раскрой и т. д.);

∙порошковая металлургия и нанотехнологии;

∙нанесение покрытий (оксидирование, хромирование, азотирование и т. д.);

∙воздействие высоким и сверхвысоким давлением;

∙своевременный ремонт;

∙разумные конструкторские решения.

Многообразие видов наследственности и способов преодоления негативной наследственности требует использования всего арсенала средств для оптимизации производства металлоизделий с целью повышения их качества и работоспособности.

Ресурсосбережение может осуществляться следующим

образом:

1. За счет уменьшения припусков, напусков, допусков. 1.1. припуск на механическую обработку;

– активно применяя правку при механической (лезвийной) обработке;

11

–используя прогрессивные процессы обработки металлов давлением;

1.2. припуск на образцы для механических испытаний;

–применяя образцы меньших размеров;

–используя прогрессивную технику для вырезки образцов, тогда этот припуск можно использовать как образцы – свидетели и как припуск на державку при вертикальной загрузке в печь;

1.3. напуск использовать как припуск для механических испытаний;

–на многих металлоизделиях различные элементы детали, при производстве для нее заготовки, стандартами разрешается закрывать, т. е. не производить. На некоторых предприятиях для увеличения эффективности использования металла, из этих напусков производится вырезка образцов для испытаний, разработав для этого особую технологию и инструмент;

1.4. напуск назначать, в крайнем случае;

–в зависимости от применяемого оборудования, один и тот же элемент детали может быть воспроизведен, а может быть закрыт;

1.5. металлопродукцию возможно производить, заняв все поле допуска, а возможно пользоваться какой-то частью, например минусовой.

2. За счет улучшения качественных показателей.

–качества поверхности;

–проработки структуры для выполнения требований по отсутствию склонности к межкристаллитной коррозии;

–проработки структуры для выполнения требований по величине условного предела текучести при определенной температуре;

–проработки структуры для выполнения требований по проведению ультразвукового контроля;

–проработка металла для выполнения требований по макроструктуре.

3. За счет использования комплексных технологий.

–при невозможности изготовления чего-то из-за масштабного фактора или геометрических соотношений.

4. За счет применения многофункционального оборудования.

–многофункциональность оборудования часто позволяет, не затрагивая других ресурсов, выполнить работы направленные на ресурсосбережение.

12

Основные термины и определения (ОТиО) концепции ресурсосбережения:

1.Идеальная и реальная заготовка характеризуется набором параметров, отражающим все требуемые потребительские качества изготавливаемой детали. При использовании реальной заготовки необходимо иметь в виду, что все требуемые параметры распределены неравномерно по объему заготовки. Это, в свою очередь, влечет за собой особенности производства той или иной детали, и возникают они на разных стадиях ее производства. На основании приведенных классификаций, зная ее место и время, возможно, более эффективно управлять процессом.

2.Брак бывает окончательный и исправимый. Но всегда брак необходимо рассматривать не только относительно той детали, для которой данная заготовка производилась, а вообще ко всей совокупности деталей, которые из нее могут быть сделаны. Например, отковали гладкий вал, и после осмотра обнаружен заков, т. е. брак, но предположительно исправимый, после удаления которого образовалась зачистка, уводящая размер из поля допуска детали. Если невозможна ее заварка, то для этой детали данная заготовка – окончательный брак. А для других деталей, даже такого диаметра, как та, для которой он изготовлялся, возможно, и годная поковка. Поэтому очень важно оценивать конкретную заготовку относительно применения ее к конкретной детали. Это особенно касается таких деталей, как фланцы, переходы, тройники, т. е. имеющих центральное отверстие, поскольку в 60 % случаев центральная часть заготовки дефектная (см. второй постулат),

àво-вторых, они относительно короткие.

3.Лом металлов – это пришедшие или утерявшие эксплуатационную ценность изделия из металлов и сплавов.

Отходы металлов – это отходы при производстве изделий из металлов и сплавов, а также неисправимый брак, возникающий в процессе производства.

4.Отпуск – операция термообработки (см. следствие 3.2 постулата 3), улучшающая состояние металла, всегда является обязательной после закалки и очень часто – гибки. Также отпуск может оказать помощь при разработке металлосберегающих технологий. Во-первых, снижая уровень остаточных напряжений в металлоизделиях и тем самым реально продляя им жизнь (см. следствие 3.2 постулата 3), а во-вторых, снижая напряжения в утилизируемом металле, позволяя получать

13

компактные образования, улучшающие металловыход при их переработке (см. постулат 1).

Рассмотрим пример.

Известно, что стружка является шихтой не продуктивной, и ее в плавках в отражательных печах используют только в качестве подстилки, да и то если она свежая и не покрыта толстым слоем окислов (см. постулат 1).

Также известно, что переплавлять более эффективно кусковые отходы и, если стружку перевести в «кусок», то шихта станет намного дороже, поскольку ее показатели повысятся (см. постулат 1). Это возможно сделать пакетированием и брикетированием.

В процессе же получения стружки при обработке резанием ее металл получает очень сильный наклеп. В ряде случаев достигается предел прочности и при брикетировании полу- чаются сплошные осыпи, поскольку какое бы давление не давать, не происходит взаимного проникновения ее частиц одного в другое. Вьюнообразная стружка не может переплестись между собой, поскольку ломается при деформировании. Кроме этого, вьюн с длиной более пяти размеров ширины вряд ли возможно загрузить в штамп брикетировочного пресса.

Пакетирование стальной стружки в чистом виде невозможно и оно реализуется только если подходящую листовую обрезь затарить стружкой и тогда произвести пакетирование. Это достаточно сложно, поскольку и то и другое, чаще всего, образуется в разных местах.

Нержавеющие стали считаются труднодеформируемым материалом и попытки получить из них брикеты обычно заканчивались неудачей, хотя было известно, что на Западе этот процесс работает.

Кроме того, при производстве металлопродукции из нержавеющих сталей заготовка под нее подвергается сплошной обдирке, т. е. стружки образуется достаточно много.

Так вот, для реализации процесса брикетирования стружки сталей AISI 321 и AISI 316L перед его выполнением стружка подверглась отпуску при температуре ≈300 ºС в течение одно-

го часа. В результате применения процесса брикетирования удалось получить кондиционные брикеты с минимальным количеством осыпи, переработав при этом опытную партию в количестве ≈ 25 òîíí.

Вполне возможно, что таким образом улучшится компактирование материала и в процессах порошковой металлургии.

14

5. При разработке какого-либо процесса ресурсосбережения обязательно должен учитываться социальный фактор (см. постулат 6). Данную проблему можно проиллюстрировать примерами:

а) стружка алюминиевых сплавов должна накапливаться и храниться по группам, а иногда и по видам сплавов. Откуда при таких обстоятельствах может в ней взяться стальная стружка и прочее. Допустим, сверло бросили, потому что расстроились из-за его поломки, резец тоже, ветошь – после вытирания рук, по привычке, мусор при уборке территории – близко стоял короб, а стружка, если это конечно не мусор, только специально (см. постулат 1 и 6).

В этом ключе (другой пример) необходимо упомянуть следующее. При отборе отдельных образцов химический анализ показал АК-7, т. е. цинк меньше 0,5 %, при заказе вагона – цинк ≈11 %, при покупке машинной партии цинк ≈11 %. Â äðó-

гом месте литейный шлак (съемы) от литья под давлением корпусов мясорубок АК-7п, при балансовой плавке только на этих съемах цинк ≈20 % (см. постулат 1 и 6).

Также грузят окалину на металлургических предприятиях, в качестве доменного присада. В ней можно очень много найти всякого, кроме того что нужно и чего быть не должно (см. постулат 1).

б) с шихтой выдается справка о взрывобезопасности, однако в гражданской шихте найден снаряженный выстрел от гранатомета, а в военной – несколько боевых частей (БЧ) от ракет (см. постулат 6).

в) при загрузке печи взорвался пакет из пакетированных молочных бидонов. Выявили поставщика, предупредили его. Через какое-то время опять привезли. При пакетировании один пакет загорелся. Всю партию отложили. Через два месяца хранения решили загрузить в печь (в приказном порядке) и ее взорвали (см. постулат 6).

г) известно, чтобы при пакетировании получались крепкие пакеты, они должны быть по длине равны не более половины от возможной длины получаемых на прессе пакетов. Однако на мусороперерабатывающем заводе кроме того, что сортировка происходила так, что в металлолом, предназна- ченный для пакетирования, попадало много мусора (пленки, бумаги, дерева и прочего), так и пакеты были рыхлые из-за невыполнения требований по получению оптимальной длины. Результат – вагон загружен пакетами, а на металлургиче-

15

ский завод приходит вагон с мусором т. к. пакеты растряхиваются и из-за вибрации тяжелая фракция (металлолом) опускается на дно, а легкая – всплывает на поверхность (см. постулат 1 и 6).

д) на некоторых самолетах приборы сделаны таким образом, чтобы их было видно в ночное время без подсветки. При списании самолета в металлолом они должны в первую оче- редь сниматься, наряду с драгоценными металлами. Приходит самолет на ломоперерабатывающий завод, приборы не сняты, стекла побиты, вся кабина «фонит» и требует дезактивации (см. постулат 6).

И таких примеров великое множество, хотя известно, что «Доказанное примерами нельзя считать полностью доказанным».

6. О выборе заготовки. В чертеже детали обычно указан нормативный документ, по которому должна изготавливаться для нее заготовка. И очень часто в стремлении к улучшению потребительских качеств готового изделия заготовкой назна- чается поковка.

В технической литературе неоднократно указывалось, что заготовку и технологию ее изготовления необходимо выбирать таким образом, чтобы не происходило перерезывание волокон металла, но практически нигде не затронут вопрос о том, что же действительно требуется для выполнения детали – поковка или прокат. Рассмотрим более подробно эту дилемму.

Существует миф о том, что у поковок более равномерные свойства (см. постулат 2), но его опровергает даже ГОСТ 847970, разрешая снижение ударной вязкости на поперечных образцах до 50 %. По технологии ковки добиваться равномерности свойств в виде снижения карбидной неоднородности требуется при ковке быстрорежущих сталей, когда необходимо менять ось осадка – протяжка до пяти раз, в остальных же случаях это применяется крайне редко по нескольким причи- нам, например:

–осадка – наиболее энергоемкая операция ковки и не всегда для ее выполнения достаточно силы у технологического оборудования;

–осадка является операцией повышенного риска с точки зрения техники безопасности;

–осадка в определенных случаях делает невозможным заков пор в металле слитков.

16

Таким образом, в большинстве случаев поковки удлиненной формы получают только протяжкой, чаще всего это круглый цилиндр, по внешнему виду ничем не отличающийся от проката. Но при выборе проката всегда получаются припуски меньше. Кроме этого, при производстве проката центральная дефектная зона (см. постулат 2) вытягивается в центральной его области. Это еще обусловлено тем, что каждое поперечное сечение проката проходит одно и то же обжатие по одному и тому же режиму, чего не скажешь о протяжке, особенно при использовании комбинированных бойков, хотя бы на одном из переделов. Дефектная зона может выходить вплоть до рабочих поверхностей будущей детали и выявляется при последующей механической обработке и дефектоскопии.

С экономической точки зрения прокат обычно дешевле поковок в 3–4 раза, но при этом если для детали требуются определенные механические свойства (КП), то на поковках в состоянии поставки они должны быть достигнуты, поскольку это сдаточная характеристика продукции, а на прокате – как повезет и, возможно, придется делать термообработку (см. следствие 3.2 постулата 3). Ее стоимость обычно составляет от четверти до половины стоимости проката в зависимости от ее сложности, что несравненно в сумме меньше стоимости поковки.

Но бывают случаи, когда без поковки не обойтись, поскольку прокат выпускается только до диаметра 340 мм и длиной, чаще всего, около 6 метров.

Еще есть один интересный вопрос, что для деталей в виде параллелепипеда лучше взять в виде заготовки: круглый прокат или поковку приближенных прямоугольных размеров? Как не парадоксально, если, конечно, нет какой-то особой направленности свойств у изготавливаемой детали, которую в поковке достичь возможно, то это прокат. Во-первых, круглый прокат дешевле; во-вторых, он легче подготавливается к проведению термообработки (см. следствие 3.2 постулата 3); в-третьих, представлен и поставляется в широкой номенклатуре типоразмеров и марок материала; в-четвертых, получе- ние его последующей параллелепипедной формы очень удобно на ленточнопильных станках, когда в безвозвратные потери в виде стружки материала уходит очень мало.

Существует еще один вопрос, что делать, если нужно выточить какую-то деталь малого диаметра, а есть заготовка только значительно большего диаметра, чем требуется? Обычно

17

поступают просто: берут и вытачивают. Недостаток такого подхода – не только потери металла в виде стружки, но и потеря потребительских качеств полученной детали, поскольку с какого-то момента, а именно приближаясь к своей сердцевине, металл этой большой заготовки перестает отвечать требованиям, которые необходимо к нему предъявлять, из-за большого влияния металлургического происхождения проката (см. постулат 2), как круглого, так и плоского. И если в слу- чае круглого металла и наличия кузницы все это можно привести в норму, то в случае листовой заготовки это чаще всего не поможет.

Например, в практике западных фирм, производящих оборудование, работающее при сверхвысоком давлении, при креплении фланцев применяются болты.

Âотечественном производстве такое крепление запрещено нормативной документацией (см. постулат 5 и 6): правила безопасности (ПБ), ГОСТы, ОСТы и т. д. Регламентировано применение шпилек и гаек из сталей 25Х1МФ, 25Х2М1Ф.

Âчем же соль? Может быть, причина кроется в том, что метизная промышленность из этих марок сталей, в виду мизерной потребности, крепеж не изготавливает, а на местах он может быть изготовлен с большой потерей качества.

Болт возможно изготовить тремя способами. Первый – берется прокат соответствующего телу болта диаметра, высаживается утолщение под головку, полученная заготовка термообрабатывается на свойства, и далее механической обработкой получается все остальное. Второй – берется прокат диаметра соответствующего диаметру головки болта, протягивается его часть на диаметр соответствующий телу болта, полученная заготовка термообрабатывается на свойства, и далее механической обработкой получается все остальное. Третий – берется прокат диаметра соответствующего диаметру головки болта, данная заготовка термообрабатывается на свойства, и далее механической обработкой получается все остальное.

Âроссийских условиях, скорее всего, крепеж и будет делаться по третьему варианту. А это уже обсуждалось выше.

7. О выборе заготовок для изделий из нержавеющей стали. Допустим, требуется изготовить ремонтный вариант продуктопровода. Он состоит из внутренней (корпуса) и внешней (рубашки) трубы с техническими данными: корпус – сре-

18

да (расплав полиэтилентерефталата), рабочее давление – до 20 МПа, рабочая температура – до 310 °С; рубашка – среда (динил паровой), рабочее давление – до 0,28 МПа, рабочая температура – до 320 °С. Он состоит из нескольких колен в различных пространственных плоскостях, и для его транспортировки и монтажа необходимо предусмотреть разъемы, т. е. в технологический процесс изготовления требуется заложить операции гибки и сварки.

Тогда получается следующее: после гибки термообработку в виде аустенизации необходимо проводить обязательно (см. следствие 3.2 постулата 3), однако вопрос не об этом, а о том, какие требования предъявить к заготовке, чтобы минимизировать затраты при изготовлении требуемой конструкции. Также необходимо помнить о том, что качественную термообработку после сварки провести, скорее всего, не удастся (см. следствие 3.2 постулата 3).

Тогда необходимо сказать следующее.

Во-первых, заготовка должна пройти аустенизацию. Во-вторых, материал заготовки должен выдерживать тест

на отсутствие склонности к межкристаллитной коррозии после сенсибилизирующего (провоцирующего) отжига (см. постулат 5).

Известно, что сталь 08Х18Н10Т должна такой тест должна проходить без проблем, но, поскольку наша конструкция будет работать при повышенной температуре, то в данном слу- чае лучше подойдет сталь 12Х18Н10Т, т. к. она считается жаропрочной и должна гарантированно проходить тест, при котором условный предел текучести при рабочей температуре не должен быть ниже допустимой величины, определяемой нормативной документацией (см. постулат 5).

Таким образом, для гарантированного выполнения этих требований химический состав стали 12Х18Н10Т должен содержать углерод около 0,1 %, а никель на верхнем пределе.

Тогда аустенизацию гибов возможно проводить не всей конструкции (см. следствие 3.2 постулата 3 и ОТиО 4), а только непосредственно гиба с помощью местной термообработки, а после сварки не делать термообработки вообще.

Но если эти требования жестко не включить в контракт на поставку (см. постулат 6), то получится «как повезет» и, следовательно, по полученному материалу и необходимо выстраивать технологический процесс по изготовлению требуемой конструкции, если, конечно, это возможно, а для этого необ-

19

ходимо провести тщательный входной контроль получаемых

ñзавода труб.

8.Групповая технология в практике мелкосерийного производства.

При крупносерийном производстве изделий (см. постулат 4) оборудование жестко закреплено в технологические линии, разработаны схемы передвижения заготовок и готовой продукции, не соблюдение которых влечет существенные потери.

Мелкосерийное же производство должно быть мобильным (см. постулат 4), и при этом оборудование может использоваться по мере надобности в создаваемых временных технологических цепочках. Поэтому в данном случае достаточно остро возникает вопрос о многофункциональности оборудования и его рациональном размещении.

Известно понятие «групповая технология» [см., например, Камнев П. В. Организация и планирование производства в кузнечных цехах / Под общей ред. П. В. Камнева и А. П. Атрошенко. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. – 95 с. – (Б-чка кузнеца-новатора)], актуальное для крупносерийного производства. Оно обычно используется в отношении формирования различных заготовок в одной из них таким образом, что после ее разделения и механической обработки получается несколько деталей.

Однако данное понятие возможно распространить и на мелкосерийное производство, но не в смысле формирования заготовки, а в рациональном и объективном расположении оборудования, так чтобы имелась возможность внедрения его во временные технологические цепочки.

А. Способ организации технологической цепочки, вклю- чающей оборудование с различной жесткостью.

В кузнечно-штамповочном производстве в условиях мелкосерийного многономенклатурного изготовления деталей из различных сталей и цветных металлов для выполнения производственной программы в качестве основного деформирующего оборудования используется различное вспомогательное оборудование, загрузка которого недостаточна.

Известен способ организации технологической цепочки, при котором недостаточно загруженное, но необходимое при изготовлении некоторых деталей оборудование предусматривают переносным или передвижным (например, ковочные

20