Золотая стружка

Рост цен на электроэнергию и металл, повышение уровня оплаты труда влияют на стоимость продукции машиностроительных заводов. Как повысить эффективность производства и снизить его себестоимость? Опыт развитых стран подсказывает, что для этого необходимо разрабатывать и внедрять новые ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие снижение затрат на металл и энергию и позволяющие существенно повысить производительность труда.
 

На многих предприятиях машиностроения большинство деталей относительно простых конфигураций изготавливается обработкой на металлорежущих станках с низким коэффициентом использования металла — не более 30 процентов. С помощью таких технологий для изготовления детали массой один килограмм необходимо обработать заготовку массой три килограмма и собрать и переработать стружку весом почти два килограмма. Металлурги затрачивают лишнюю энергию и труд на получение такой заготовки и переплавку стружки, и машиностроители вынуждены производить дополнительные манипуляции. Значительного повышения эффективности производства можно достигнуть при использовании современных технологий холодной объемной деформации. Такие технологии условно можно разделить на две группы: процессы холодной объемной штамповки и методы деформации с использованием жидкости высокого давления.
 

   С ведущим научным сотрудником лаборатории нелинейной механики Института физики металлов УрО РАН Борисом Исааковичем Каменецким мы беседовали об организации промышленных производств и развитии новых ресурсосберегающих технологий в западных странах и в России. Борис Исаакович всю свою жизнь искал решения, как сделать те или иные технологические процессы более производительными, менее энергоемкими и материалозатратными. И у него это получалось почти всегда. Только довести найденные решения до промышленного использования удавалось нечасто.

   Впервые о работах Каменецкого мне рассказал его коллега по институту, называя их уникальными и фантастическими. Честно говоря, когда я увидела образцы и изделия, ожидаемого впечатления эти трубки, профили и фланцевые детали не произвели. Их особенность замечаешь не сразу — деталь «рулевая колонка мотоцикла» имеет переменное по длине поперечное сечение, а изготовлена из трубы. И только когда задаешься вопросом, как же это сделано из одной заготовки без сварки, понимаешь, что речь идет о действительно уникальных разработках.

   Исследования воздействия деформации методом гидроэкструзии на свойства хрупких материалов проводились в Институте физики металлов с 60-х годов под руководством доктора технических наук, а в последствии члена-корреспондента НАН Украины Б.И. Береснева. Основатель этого направления американский ученый, лауреат Нобелевской премии, П. Бриджмен обнаружил, что при деформации различных материалов в условиях высоких гидростатических давлений, они приобретают высокую пластичность. Он предполагал, что некоторые хрупкие материалы можно будет деформировать методом прессования жидкостью высокого давления, но первые опыты были неудачными — даже пластичные материалы стали разрушаться. Это получилось у Б.И. Береснева. Он создал лабораторную установку, на которой ему удалось осуществить гидроэкструзию широкого класса металлов и сплавов без разрушения. В этот же период времени английский профессор Х. Пью сделал то же самое, занимаясь параллельными исследованиями. Благодаря своим работам оба ученых приобрели большую известность в научных кругах. Всем казалось, что это очень революционный процесс.
 

Именно тогда к этим исследованиям подключился Борис Исаакович Каменецкий. Он пришел в ИФМ в 1972 году, спустя десять лет после окончания Уральского политехнического института по специальности «обработка металлов давлением». До того он успел проработать конструктором на Уралмашзаводе в отделе тяжелых гидропрессов, оттуда его призвали в армию. Три года Борис служил вторым штурманом самолёта ТУ-16 на Украине в дальней авиации. Демобилизовавшись, поступил на работу старшим инженером в лабораторию гидроэкструзии отдела высоких давлений Института физики металлов.
 

Молодому ученому поручили разработать методику гидроэкструзии с волочением для изготовления больших образцов, которые могли бы пройти натурные и стендовые испытания. Эти образцы моделировали детали гусениц танков и имели улучшенные механические свойства. Следующая работа была посвящена исследованиям и разработкам метода гидроэкструзии на «гидравлической оправке» полых изделий с отверстиями малых диаметров большой длины. Подобные детали широко применяются в изделиях ответственного назначения, их изготавливают методами глубокого сверления.
 

Борис Исаакович вспоминает, как пришел в цех, где изготавливались детали по технологии глубокого сверления. В цехе трудились только женщины из деревень, так как из-за сильной вибрации у мужчин появлялись специфические заболевания. В заготовке длиной 400 мм сверлили отверстие диаметром 4,5 мм при ее вращении со скоростью 5000 оборотов в минуту. Все вокруг дрожало. Если в прокате попадалось включение — сверло ломалось. Б.И. Каменецкий начал разрабатывать новую технологию. Через полтора года удалось. Из заготовок получили детали и провели испытания изделий. Изготовленные более высокотехнологичным способом, изделия имели высокие эксплуатационные свойства.
 

Лабораторные процессы гидроэкструзии уже не соответствовали поставленным задачам. Ученые задумались об установке в институте большого пресса и оснащении его специальными устройствами высокого давления. Через пять лет пресс заработал. Стали заниматься процессами, которые были бы пригодны к промышленному использованию.
 

Существовала проблема — жидкость, давление которой в три раза выше, чем в пушке, сжимается, как пружина. Если не управлять процессом, то образец может выстрелить посильнее любого снаряда. Процесс надо было сделать, во-первых, управляемым, чтобы заготовка останавливалась с определенной точностью, во-вторых, полунепрерывным, чтобы, не осуществив до конца деформацию заготовки, ставить следующую. А главное — все должно быть очень прочным.
 

Удалось разработать высокопроизводительный процесс гидроэкструзии точных профилей из сплавов цветных металлов и конструкционных сталей, который обеспечивает высокий коэффициент использования металла 85–90 процентов, сокращает затраты энергии на 30 процентов и позволяет повысить производительность в три-пять раз по сравнению с традиционными технологиями изготовления профилей. Высокая точность профилей стала одним из преимуществ этого метода наряду с получением улучшенных свойств и существенным снижением себестоимости.
 

В течение многих лет лаборатория проводила исследования и разрабатывала опытно-промышленные технологии для Ирбитского мотоциклетного завода, «Ижмаша», «Уралхиммаша», Кировградского завода твердых сплавов и других промышленных предприятий. Были выполнены исследования и разработки по созданию метода гидроформовки рулевых колонок мотоциклов из трубной заготовки под действием внешнего давления сжатой жидкости. При этом осуществляется автоматический контроль качества, происходит экономия труда, металла (нет стружки), энергии по сравнению с существующей технологией изготовления этих деталей.
 

Гидроформовка внутренним давлением и другие процессы с использованием жидкостей в наше время получили широкое распространение в развитых странах, там уже созданы автоматизированные комплексы по выпуску многих деталей большими сериями. Полые детали из труб используются в машиностроении — в конструкции автомобилей, так как существенно уменьшают их вес. Масса легких и прочных деталей изготавливается подобным способом, а на российских заводах до сих пор преобладают процессы с использованием стружки. Даже там, где выпускаются изделия из золота и серебра, коэффициент использования металла очень низкий.
 

Борис Исаакович знает это не понаслышке. Его нередко привлекают в качестве консультанта, чтобы оптимизировать то или иное производство. Даже его, видавшего виды, золотая стружка приводит в недоумение.
 

— Выход годной продукции всего 18 процентов, а 82 процента золота 585 пробы идет в стружку, — возмущается Б.И. Каменецкий, — конечно, эта стружка собирается и снова идет в прокат, но цикл замедляется и при переработке есть небольшие, но безвозвратные потери, и дополнительно тратится энергия и труд. Мы готовы предложить технологии с выходом годной продукции порядка 40–50 процентов. Применяя эти технологии, можно сэкономить металл, энергию, усилия рабочих. Разработаны эффективные процессы, они развиваются, совершенствуются и позволяют на имеющемся оборудовании уменьшать затраты.
 

В последнее время в нашей стране стали задумываться о модернизации промышленности. И в лабораторию нелинейной механики начали заглядывать руководители предприятий в поисках недорогих эффективных технологий. Но пока новые хозяева заводов думают, как бы, не вкладывая ни рубля в переоснащение производства, сделать его эффективнее, станки продолжают гнать золотую стружку.
 

Т. ПЛОТНИКОВА
На снимке: Б.И. Каменецкий.
Фото автора.