Еженедельник "Снабженец"
http://www.snab.ru

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Euroguss: литье под давлением Новые технологические горизонты на выставке в Нюрнберге Характерное для последних нескольких лет устойчивое развитие промышленного производства в европейских странах и особенно в Германии сопровождается непрерывным расширением выставочного бизнеса. Наряду с ростом популярности традиционных выставок появляются новые, узкоспециализированные форумы по наиболее актуальным направлениям формирования отдельных отраслей. Активное проведение специализированных выставок в Германии особенно заметно на фоне рецессии в некоторых отраслях американской промышленности. И, прежде всего, это относится к металлургии — одному из немногих направлений, где европейцы обладают неоспоримым техническим превосходством перед Соединенными Штатами. Благодаря общему росту мировой конъюнктуры и серьезной внутренней политике Германии в 2004–2005 гг. прирост объемов производства в металлургии и электротехнике страны составил в 2007 г. 8,5% (по отношению к 2006 г.). Чистая прибыль в отрасли возросла с 3,3 до 3,8 евро (на каждые 100 евро), зарплата — на 4,1%, а число работников увеличилось на 3,5%. Эти цифры были бы значительнее, однако сказался дефицит квалифицированных специалистов и инженерно-технических работников, от которого промышленность страдает уже в течение двух лет. Впрочем, нехватка рабочих рук стала в последние годы подлинной бедой не только металлургии, но и всех других отраслей. Сказались десятилетия слишком мягкой популистской политики правительства в области рынка рабочей силы. В результате щедрые и продолжительные пособия по безработице перестали стимулировать людей, в особенности молодежь, к приобретению профессиональных знаний, да и вообще к трудовой деятельности. Очевидно, что оживление конъюнктуры в Германии не будет продолжаться долго. Нынешнее правительство, сразу же после выборов больше всего озабоченное избранием на второй срок, упускает инициативу в развитии промышленности. Согласно перспективным прогнозам в 2008 г., прирост объемов металлургического производства в стране сократится вдвое. И это еще при условии, если инфляционные процессы и финансовый кризис в Америке не слишком чувствительно затронут европейское промышленное пространство. Что же касается проведенной в марте 2008 г. в Нюрнберге 7-й Европейской выставки по технологии литья под давлением Euroguss, то ее успех превзошел все ожидания организаторов. Прошедшее впервые в 1996 г., мероприятие всей своей последующей историей показало пример успеха узкоспециализированной выставки. Кроме того, направление форума удачно соответствует тенденции технического развития отрасли, в которой Германия занимает лидирующее положение по уровню литейных технологий. Популярность Euroguss постоянно растет, причем этот процесс не замедляется. Если посмотреть статистику трех последних выставок 2004, 2006 и 2008 гг., то количество участников составляло соответственно 271, 324 и 403 фирмы, а число посетителей постоянно увеличивалось (5300, 6440 и 7000 человек). На нынешнее мероприятие съехались представители из 33 стран мира, а суммарная площадь стендов превысила рекорд 2006 г. на 15%. Признанию выставки способствовала также проведенная параллельно с ней Международная конференция по литью под давлением, которую еще в 2007 г. было решено устраивать в Нюрнберге ежегодно. Прогрессивные технологии Большой интерес участников выставки вызвала продемонстрированная швейцарской фирмой Buhler Druckguss технология литья под давлением с параллельной заливкой металла по системе Speeddiall. В основе предложения лежит новая концепция литейного цикла, когда заливка металла в форму не выделяется в отдельную операцию, а ведется по ходу процесса. Для этого на неподвижной полуформе установлены дополнительная задвижка и особое устройство, позволяющие заливать металл в еще открытую форму и завершать заливку одновременно с полным ее закрытием. Длительность остальных операций литейного цикла сохраняется, поэтому общее время процесса сокращается. Изменение режима заливки металла несколько модифицирует тепловые параметры литейного процесса и требования к охлаждению форм. С учетом этого в линию вводится автоматизированная система управления, которая на основании пробных отливок определяет оптимальный момент подачи расплава и одновременно синхронизирует заливку с фазой закрытия формы. Система Speeddiall без особых сложностей и переделок может быть установлена на уже существующем оборудовании с управлением, базирующимся на современном программном обеспечении. На сегодняшний день технология с параллельной заливкой применена на нескольких предприятиях. В частности, на 420-тонной литейной установке по выпуску накладок для скрепления железнодорожных рельсов. Практика показала, что фактическое сокращение продолжительности литейного цикла достигает 10–15% (в зависимости от его условий). Металлурги нередко используют неизмеримо более богатый опыт литья под давлением, накопленный в производстве пластмассовых изделий. Примером может служить постепенный перевод технологии литья деталей из легких сплавов с машин, имеющих масляную систему охлаждения, на оборудование с водяным охлаждением высокого давления. Сегодня к водяному охлаждению (или подогреву пресс-форм) обращаются в том случае, когда рабочая температура не выходит за пределы 200 °С. Применение в качестве теплоносителя воды под высоким давлением (вместо масла) дает неоспоримые технологические преимущества, связанные с намного большими теплоемкостью, теплопроводностью и парообразованием воды. Это выгодно даже с учетом того, что такой подход значительно усложняет оборудование. Избыточное давление в водяной системе при 120 °С составляет 1 бар, при 160 °С оно доходит до 5 бар, а при 200 °С достигает уже 15 бар. Немецкая фирма Single Temperaturtechnik приступила к промышленному выпуску водяных тепловых агрегатов, поддерживающих интервал температур 20–160 °С. Предприятием уже изготавливается несколько моделей машин с теплоотводом от пресс-формы в диапазоне от 10 до 40 кВт и соответствующим расходом воды. Для крупных агрегатов с большей интенсивностью охлаждения пресс-форм фирма считает более экономичным использование нескольких малых охлаждающих установок, а не одной высокопроизводительной. В предложения компании входят также и машины с масляным охлаждением для пресс-форм с рабочей температурой до 350 °С и теплоотводом до 36 кВт. По специальному заказу поставляются темперирующие агрегаты с паровой системой охлаждения. Одновременно предприятие продолжает работы по созданию высокотемпературных водяных тепловых машин, функционирующих при значениях свыше 200 °С. Пока эти разработки не выходят за пределы экспериментальных образцов и не могут быть запущены в серию из-за сложности конструкции и высокой стоимости. Главные же трудности в больших агрегатах связаны с удлинением путей подачи воды, удорожанием шлангов, потерями давления жидкости и сложностью обеспечения требований техники безопасности. Литье в песчаные формы Бурное развитие техники литья под давлением сопровождается энергичным внедрением высокотехнологичных методов и материалов. Примером может служить аэрогель для связывания формовочных песков, разработанный Институтом физики материалов в космосе Германского центра по воздухоплаванию и космонавтике DLR IMP. Вещество представляет собой литейный крепитель на основе наночастиц, способный при минимальном расходе связующего надежно формовать зерна песка в своеобразную смесь Aerosand, причем таким образом, что при извлечении отливки песок легко удаляется. Аэрогель может использоваться со всеми видами формовочных песков. Его плотность находится в пределах от 5 до 200 кг/м3, внутренняя удельная поверхность составляет от 100 до 2000 м2/г, а пористость достигает 99,9%. Материал инертен по отношению к расплавам, что позволяет применять его даже в тиглях, а высокая пористость придает ему хорошие тепло- и звукоизолирующие свойства. Крепитель представляет собой водный раствор активированных мономеров и олигомеров с катализатором, присутствие которого определяет тонкопенистую наноструктуру вяжущего. В отличие от обычных крепителей, полностью заполняющих межчастичное пространство песка, в смеси Aerosand частицы песка несколько раздвинуты, а связующий мостик имеет вид пенистой наноструктуры с толщиной пленок в несколько микрон. Благодаря такой структуре содержащиеся в аэрогеле и выделяющиеся из расплава газы частично заполняют поры песка, а частично входят в состав связующего. Содержание крепителя в смеси Aerosand в общем случае всего 1–4%, но при необходимости оно может быть доведено до 15%, причем в тонких нанопленках материал реагирует быстрее. Через короткое время после смешения образуется однородная смесь, которая сохраняет способность к формованию на протяжении всего рабочего дня. Используемые в веществе химикалии маловредны, применяются в небольших количествах и очень низких концентрациях, поэтому отпадает необходимость в специальных мерах по технике безопасности и вентиляции помещений. Благодаря низкой теплопроводности смеси расплав при заливке не отдает тепла и может проникать в самые тонкие пустоты форм, поскольку его подвижность не уменьшается. Учитывая высокую газопроницаемость Aerosand и слабое газовыделение, возможно получать отливки сложной формы с высокой точностью, качественной поверхностью и малой толщиной стенок. Конечно, все отмеченные преимущества реализуются лишь в случае, если отливка легко извлекается из формы. При использовании данной смеси проблема решается очень просто. Тончайшие нанопленки крепителя самопроизвольно разрушаются при термических воздействиях, возникающих по ходу охлаждения отливок. Связующие мостики полностью распадаются, не образуя прилипающих к поверхности изделия остатков и конгломератов. Потерявший связность песок легко высыпается и может быть без дополнительной обработки вновь использован для формовки. Технология литья в песчаные формы стала поводом для создания еще одной новинки, разработанной фирмой EEW Maschinenbau (Германия). Суть предложения заключается в использовании автоматизированного пятиосного фрезерного станка для выпуска песчаных форм и в отказе от предварительного изготовления модели. Фрезерование песка целесообразно применять для создания особо сложных или очень больших форм, которые выходят за пределы технических возможностей формовочных автоматов. В случаях, когда ручная формовка требует много времени, связана с большими затратами квалифицированного и физически тяжелого труда или не обеспечивает достаточной точности, ее можно заменить на фрезеровку песчаной формы. Особенно удобно применять фрезерование, когда отливаемая деталь уже оцифрована в формате САD, поскольку на основе последнего относительно просто и быстро разрабатывается программа для фрезерного станка. Для изготовления форм из формовочных смесей используют высокопроизводительные портальные фрезерные центры HSM-Modal. Обработка песка ведется гораздо быстрее металла, поэтому обычные станки с тяжелым стальным порталом оказываются слишком инерционными для достижения нужной точности и скорости профилирования. На практике применяют специальные облегченные модификации, в которых все подвижные детали (включая пиноль и портал) производят из алюминиевого сэндвича, в состав которого входит углеродное волокно. Такой материал соединяет в себе легкость и высокую прочность, устойчивость и жесткость. Вторая принципиальная особенность фрезерного формовочного станка — модульная, решетчатая конструкция портала, позволяющая в зависимости от величины обрабатываемой формы увеличивать размеры агрегата до 20 м в длину, 9 м в ширину и 4 м в высоту. В настоящее время технологию фрезерованных песчаных форм уже используют несколько крупных литейных предприятий Германии, но до широкого внедрения дело пока не дошло. Ограниченность распространения нового метода заключается в значительной стоимости фрезерных центров и необходимости видоизменения способа литейного производства. Однако основная причина — в сегодняшней перегруженности немецких литейщиков заказами, не оставляющими фирмам ни времени, ни желания для внедрения новых технологий. А вот при спаде конъюнктуры и ужесточении конкуренции на рынке металлов литейные предприятия быстро найдут время для ввода фрезерованных песчаных форм. Особенно, если они хотят привлечь заказчиков качеством своей продукции и в то же время облегчить специальность формовщика, сделать ее более привлекательной для молодых рабочих. Процессы доводки В тех случаях, когда отлитая под давлением деталь требует доводки, производственная линия дополняется машинами для механической или бесконтактной доработки контура. Германская фирма Aulbach Entgratungstechnik, специализирующаяся на подобной технике, предлагает использовать для универсальной механической обработки поверхностей портальные прессы с выносным наклонным столом. При горизонтальном положении последнего деталь обрабатывается штампами по общепринятой технологии. Если же необходима роботизированная доводка контура детали металлорежущим инструментом (фрезерование, шлифовка), то устройство гидравлически выдвигается из рабочей зоны пресса в направлении по диагонали и вверх. Дополнительный гидравлический механизм поворачивает стол на угол до 90° вправо или влево, пока он не примет вертикальное положение. При этом кинематика движения стола позволяет выиграть пространство для работы робота. Одновременно образуется и достаточно места для размещения без заглубления транспортера, убирающего отходы. Пресс имеет мощную, не требующую ухода конструкцию, гарантирующую многолетнее безаварийное функционирование в условиях литейного производства. Особенно он удобен для работы с крупноформатными изделиями. Агрегат оборудован и системой автоматического видеонаблюдения, которая обеспечивает высокий уровень безопасности. По мере улучшения точности и качества литья под давлением все большую популярность получают бесконтактные методы доработки изделий на небольшую глубину. В их числе — электрохимическая доводка контура (ЕСМ), предлагаемая немецкой фирмой Aulbach Entgratungstechnik. Она применяется для работы с плоскими формами из углеродистых и аутентичных сталей, а также из сплавов никеля. К преимуществам ЕСМ относится то, что металл не подвергается никаким механическим воздействиям. Его твердость и вязкость не изменяются и не оказывают влияния на процесс обработки, для которой важны только температура плавления, тепло- и электропроводность. При направленной доработке изделия в заданных точках требуется создать разность потенциалов. Анодом служит деталь, а катодом — инструмент соответствующей формы. Зазор между ними составляет от 0,05 до 1 мм и заполнен электролитом (нитратом). В процессе доводки ионы материала отрываются от детали, оседают на катоде и реагируют с электролитом, образуя гидроокись металла. Защита от подделок Как и любая продукция, литые изделия требуют защиты от пиратства и подделок. В особенности, когда отливка представляет собой корпус (например, мотора) и является как бы лицом всей конструкции. В качестве средства защиты от подделок в последнее время широко применяются цветные голографические нанопленки. Именно такого рода элементы используются более чем 60 валютами мира для защиты бумажных купюр от фальшивомонетчиков. Государственным институтом химической технологии ICT по заказу Миннауки Германии недавно разработан метод Holo-Impact — наноструктурирование металлических поверхностей путем вдавливания голографических пленок. В настоящее время выполнен первый этап проекта — отработана уникальная технология неудаляемой маркировки плоских поверхностей путем голографического структурирования применительно к инструменту, изготовленному методом литья под давлением. Технология голографического структурирования Holo-Impact довольно сложна. Она состоит из нескольких стадий. Сперва логотип, маркировка или код переносятся лазерным способом на фотоактивный материал. С него гальваническим копированием снимается мягкая никелевая голограмма, потом она передается (также гальваническим способом) на более прочные пленки, которые уже можно отпечатывать на металлической поверхности. Перенос голограммы на металл осуществляется методом взрывной чеканки. Пленку укладывают на маркируемую поверхность отлитой детали и подвергают воздействию сильного детонационного импульса, получаемого с помощью взрывного воздействия. В результате голограмма переводится в металл, поверхность которого приобретает дополнительную твердость. Подобный метод передает голограмму с очень высокой степенью разрешения (до двух порядков нанометрической области) и может обеспечить ей достаточно большой объем информации. Соскоблить или подделать такую маркировку нельзя. И если даже кому-то удастся воспроизвести аналогичную голограммную пленку, то детонационный процесс повторить невозможно. С помощью технологии Holo-Impact голографическую маркировку наносят как на металлические изделия, так и на штампы, с которых потом голограмму переводят на пластмассовые изделия. Параллельно с этим методом компанией разработано программное сопровождение, позволяющее создавать числовые модели голограммных структур (например, объемные штрихкоды), обладающие очень высокой плотностью информации. На втором этапе проекта (который должен быть завершен в 2009 г.) предполагается разработать технику голографической маркировки цилиндрических стальных поверхностей и выпустить долговечные маркировочные валки для многократного голографического структурирования пластмасс. Похоже, что уникальная технология Holo-Impact создает новую рыночную нишу, которая будет заполнена немецкими предприятиями. Именно поэтому ее разработка ведется по государственной программе на основе бюджетного финансирования. Альберт Полуновский, г. Нюрнберг, Германия