Блог

Статья в журнале "Литейщик России"

С.Д. Познышев, Н.М. Джафаров, С.В. Богушевич, Н.А. Белов, А.В. Колтыгин, В.Е. Баженов

Анализ проекта освоения серийного производства габаритных герметичных алюминиевых отливок

"Есть только один способ проделать  большую работу - полюбить ее"

Стив Джобс

По объективным причинам за последние 20 лет в России закрылось много литейных производств, которые десятилетиями выпускали сложные уникальные отливки, при получении которых не считались с затратами. И хотя в падении литейных гигантов лежит экономический фактор, сегодня ситуация еще хуже - уникальные отливки начали заказывать за границей за немыслимые деньги. В данной статье мы хотим обратить внимание профессионального сообщества на пример действительно сложного проекта, успешно реализованного в нашей державе в рамках рационального бюджета и на высоком техническом уровне.  

 Получение заказа

Предприятию ВПК, в связи с закрытием крупного литейного завода, срочно требовался надежный поставщик алюминиевых отливок «Картер» (масса детали 165 кг, габариты 1000х800х800, много полостей, несколько каналов высокого давления).

Подготовка производства и изготовление отливок были поручены ЗАО «Литмашдеталь» - предприятию во Владимирской области, специализирующемуся на сложном, герметичном алюминиевом литье. Доверие заказчика было завоевано предыдущими проектами, реализованными в течение одного года. За этот период на заводе смогли наладить серийный выпуск более 30 наименований отливок, включая лопастные колеса гидротрансформаторов и корпуса редукторов. Но максимальный вес отливок на тот период составлял 50 кг, а фактический вес отливки «Картер» с учетом литниково-питающей системы - 600 кг. Требовалось перевооружение литейных участков и комплекс организационных мероприятий.

К моменту подписания договора план действий был готов. За четыре месяца требовалось закупить, разместить и ввести в эксплуатацию современное плавильное, разливочное, грузоподъемное и смесеприготовительное оборудование, но главное – разработать технологию, спроектировать и изготовить комплект литейной стержневой оснастки. Изготовление оснастки было доверено ООО «Инжетех» (г.Екатеринбург).

Разработка технологии и изготовление оснастки

Алгоритм реализации данного этапа включал разработку конструкции отливки и литниково-питающей системы плюс моделирование заполнения и кристаллизации отливки в  несколько итераций до получения сбалансированной технологии, обеспечивающей направленную кристаллизацию, плотную структуру и герметичность отливки. Этот важный этап проекта был реализован в тесном взаимодействии с сотрудниками ИЦ ЛТМ НИТУ «МИСиС». Конструкция отливки разрабатывалась с учетом технологичности изготовления модельно-стержневой оснастки и удобством ее последующей эксплуатации.

Вооруженные современными средствами разработки и моделирования технологических процессов, инженеры успешно решили задачу оптимизации: масса литейной формы относительно базовой технологии уменьшена с 10 до 3,5 тонн, масса отливки с 600 кг до 320 кг.

Разработка развернутого технического задания на изготовление оснастки и участие во всех этапах ее проектирования – необходимые условия успешности проектов такого уровня. Следование этим принципам позволяет специалистам ЗАО «Литмашдеталь» при понимании личной ответственности за результат доверять партнерам-подрядчикам.

В результате в ООО «Инжетех» был спроектирован и изготовлен комплект оснастки, состоящий из 14 стержневых ящиков с максимальными габаритами 1650х1200х700 мм с большим количеством отъемных элементов и посадочных мест под закладную арматуру и холодильники. Необходимо было учитывать, что собрать вручную воедино 14 песчаных и 50 стальных элементов литейной формы общей массой 3,5 тонны – задача сложная, особенно для серийного производства. Здесь надо было взвешенно и обосновано выбрать базовые сопрягаемые поверхности и технологические зазоры, обеспечивающие точность сборки в условиях, когда невозможно визуально и тактильно определить моменты соприкосновения тяжелых стержней между собой.

На этапе проектирования были продуманы все виды манипуляций с тяжелыми стержневыми ящиками и самими стержнями. Для этого были разработаны специальные монтажные кондуктора, драеры, траверсы, приспособления для позиционирования в подвешенном состоянии, специальная крепежная арматура.

При изготовлении стрежневой оснастки было использовано несколько видов современных полимерных и композитных материалов, выбранных на основе многих параметров, включая прочность, коэффициент температурного расширения, технологичность обработки, ремонтопригодность, долговечность эксплуатации и хранения. Вся работа, включая проектирование и изготовление стержневой оснастки, заняла менее 3 месяцев. 

Получение качественной отливки

Высокое качество алюминиевых отливок обуславливается геометрической точностью, плотностью структуры и герметичностью, прочностными параметрами, товарным внешним видом. Значительная доля в продукции ЗАО «Литмашдеталь» – отливки гидромеханических трансмиссий (корпусные детали, картера, лопастные колеса ГТР, всего более 100 наименований) массой до 350 кг. Накопленный опыт позволяет сформулировать следующие принципы обеспечения высокого качества. 

Принцип первый – кадры решают все. Рабочий персонал литейного цеха прошел специальное обучение по направлениям: плавка алюминиевых сплавов, литье в металлические формы, литье в песчаные формы и ХТС, культура производства и техника безопасности в литейном цехе. Программа обучения разработана при участии автора монографии «Герметичность алюминиевых сплавов» Вадима Пшеничного. Программа включила 8 лекций и 4 экзамена по 20 обязательных вопросов. Заработная плата литейщиков существенно превышает средние показатели по отрасли. 

Принцип второй – качество сырья. Контроль качества алюминиевых сплавов производится на соответствие специально разработанным ТУ с ужесточенными требованиями. Химический состав сплава в дополнение к требованиям ГОСТ 1583-93 лимитируется по содержанию водорода, окисных плен и других неметаллических включений. Процентное содержание упрочняющих сплав элементов и быстро выгорающих элементов в сплаве завышается до верхнего предела, допускаемого документацией.

 Принцип третий – качество расплава. ЗАО «Литмашдеталь» не первый год использует эффективные способы подготовки расплава, в том числе современные флюсы, продувку аргоном, плавку в эффективных плавильных печах с графитовыми тиглями и другие меры, которым можно посвятить отдельную статью. Важно, что в форму попадает идеальный расплав.

Принцип четвертый – качество литейной оснастки. Литейная оснастка изготавливается на высоком техническом уровне и обслуживается в соответствии с внутренними стандартами, предусматривающими исходную высокую геометрическую точность и продолжительную многолетнюю эксплуатацию с сохранением исходной геометрии. Этот принцип позволяет существенно сократить припуска на механическую обработку. При массе детали «Картер» 165 кг отгружаемая  заготовка с удаленной литниково-питающей системой имеет массу всего 185 кг.

Принцип пятый – качество литейной формы. Песок, связующие, керамические фильтры, теплоизоляционные прибыли, противопригарные краски и разделительные покрытия – все самое лучшее.

Принцип шестой – надежное и удобное оборудование. В 2014 году вложения в оборудование составили ~ 20% годовой выручки литейного производства. 

Следование этим принципам позволяет в отношении 100% выпускаемых алюминиевых отливок выдерживать единые стандарты качества, включающие: геометрическую точность, плотность структуры и герметичность, прочностные параметры, отличный товарный внешний вид.

 Результаты

Проект сдан на месяц раньше срока, первая же отливка после механической обработки успешно проходит гидравлические испытания и полностью соответствует заданным геометрическим и прочностным параметрам. Налажен серийный выпуск.

Проделанная работа вызвала интерес специалистов на двух отраслевых выставках – «Металлургия – Литмаш-2014» и «Оборон-Экспо-2014». Получены новые заказы.

Впечатления участников проекта

Инженер-конструктор ООО «Инжетех» Иван Перевозчиков: “За последние три года наша команда реализовала более 700 проектов. Но такой интересной и грамотно сформулированной задачи перед нами еще не ставили. В той или иной мере в этой работе поучаствовали 20 специалистов нашей компании. Реализация проектов такого масштаба – это вызов, на который мы готовы откликнуться”.

Ведущий инженер ЗАО «Литмашдеталь» Андрей Мухин: «В отсутствие готовых решений было много инженерного творчества. И теперь, глядя на полученную отливку, приятно осознавать свою сопричастность к общему успеху».

Начальник литейного цеха ЗАО «Литмашдеталь» Борис Синицын: «Во время мозговых штурмов, вглядываясь в 3D-модели на мониторах, мы выработали много удачных и надежных решений, но когда приехала целая фура оснастки, поневоле охватило сомнение, что все это соберется в единое целое. Вновь ощутить чувство победы над сложной задачей оказалось по-настоящему приятно и волнительно». 

 Благодарности

При реализации проекта был детально проанализирован опыт других предприятий. Получены рекомендации от многих специалистов отрасли. За поддержку, реальную техническую помощь, плодотворный обмен опытом и идеями выражаем благодарность: директору ООО "УМЗ" Валерию Киселеву, начальнику цеха алюминиевого литья ОАО «БЛМЗ» Юрию Калягину, главному металлургу ОАО «УДМЗ» Станиславу Занодворову, заместителю директора ИЦ ЛТМ НИТУ «МИСиС» Андрею Слотину, исполнительному директору ООО «БМП Технолоджи» Александру Шрейберу, начальнику ЦЗЛ «Мособлпроммонтаж» Николаю Дынину, литейных дел мастеру Евгению Дмитриеву  и всем специалистам и ученым, которые оказались неравнодушны к проекту.

P.S.  На фоне трудностей, преодоленных при реализации проекта, в очередной раз возникает желание выразить искреннее уважение к старшему поколению литейщиков, которые решали аналогичные по масштабу задачи без компьютеров. И в тоже время поблагодарить молодую команду инженеров (средний возраст 28 лет) за блистательное использование современных технологий на благо российской промышленности!