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

Полная версия этой статьи в формате PDF:
СКАЧАТЬ

Петербургская техническая ярмарка за инновационное развитие России Считается, что любой кризис способствует появлению передовых технологий. В определенной мере это действительно так, в чем могли убедиться посетители Петербургской технической ярмарки, проходившей в этом году совместно с 15-й Меж­ду­народной выставкой-конгрессом «Высокие технологии. Инно­вации. Ин­вестиции ’2009» (Hi-Tech ’2009). Выставочные мероприятия, организованные компанией «Рестэк», были посвящены 100-летию проведения Первой российской выставки новейших изобретений. Чтобы отразить преемственность традиций, оргкомитет подготовил ретроспективную экспозицию «Эстафета времен 1909–2009 гг.». На ней были продемонстрированы экспонаты 1909 г. и современные научные достижения участников выставки-конгресса. Исто­рический экскурс привлек внимание и интерес специалистов. Ежегодно проводимая в ВК «Лен­экспо» Петербургская техническая ярмарка является крупнейшей много­профильной промышленной вы­ставкой Северо-Западного региона. В этом году, несмотря на кризис, участвовать в ней сочли необходимым более 600 российских и зарубежных компаний. В рамках ярмарки была организована биржа деловых контактов и проведен партнериат «Санкт-Петербург — регионы России. Направ­ления взаимодействия и сотрудничества». Участники партнериата за круглыми столами и на семинарах обсудили меры по сохранению экономической стабильности, эффективному управлению предприятиями в условиях кризиса, поддержке малого и среднего бизнеса через межрегиональную кооперацию и по прямым связям. Заметным событием ярмарки стало пленарное заседание инновационно-промышленного форума «Инно­­вации и промышленность. Условия для развития». С целью формирования стратегии инновационно-промышленного развития на заседании состоялся обмен мнениями между высокопоставленными чиновниками, учеными, деятелями образования, представителями промышленности и финансовых структур. В приветственном обращении к участникам форума министр образования и науки РФ Андрей Фурсенко сделал акцент на том, что «будущее России за высокими технологиями, без которых невозможно говорить о подъеме экономики нашей страны». Правильность такого суждения ни у кого не вызвала сомнений. Говорить то, что хотят услышать, — старый прием ораторов и политиков. Поэтому по окончании пленарного заседания у многих участников возникло закономерное опасение, что если курс на инновационное развитие будет и дальше ощущаться больше в виртуальной реальности, чем в действительности, стране будет труд­но избежать превращения сначала в военно-сырьевую державу, а затем в отсталую колонию с 40-миллионным населением. (По оценкам западных аналитиков, для обслуживания российского сырьевого комплекса такая численность населения является необходимым и достаточным количеством.) Появление во время кризиса передовых технологий вовсе не означает получения реальных возможностей для их развития с выходом на должный экономический эффект. Практика показывает, что чиновничий аппарат и банковская система у нас к этому не готовы. Уникальные разработки, оперативное внедрение которых в производство, собственно, и называется инновационно-промышленным развитием, как правило, игнорируются чиновничьими структурами, призванными этому развитию всесторонне содействовать. Поэтому многие разработчики рассматривают сегодня участие в выставках как фактически единственную реальную возможность заинтересовать своей продукцией потенциальных покупателей и инвесторов. В этом отношении Петер­бургская техническая ярмарка является очень удобной площадкой для взаимодействия предприятий разных отраслей промышленности. Моделирование литейных процессов Сегодня на мировом рынке программного обеспечения известно около 10 специализированных продуктов для компьютерного моделирования литейных процессов. Одним из них является система LVMFlowCV, разработанная Научно-производ­ствен­ным объединением «МКМ» (г. Ижевск, Удмуртская республика). Первым процессом, успешно смоделированным предприятием в 1986 г., было литье по выплавляемым моделям*, что нашло отражение в фирменных названиях его последующих разработок. Благодаря целому ряду достоинств система LVMFlowCV получила признание технологов-литейщиков в России, США, Канаде, Израиле, Австралии, а также в Западной и Восточной Европе. В эти страны было продано более 250 лицензий. Одно из главных достоинств программы заключается в простоте ее освоения литейщиками. LVMFlowCV разрабатывалась специалистами, хорошо разбирающимися в физике литейных процессов. Они постарались, чтобы технологии моделирования и интерфейс программы в полной мере соответствовали подходам, взглядам и профессиональным знаниям технологов-литейщиков. По своим возможностям и кругу решаемых задач новая версия программы приближается к возможностям таких мощных и дорогих систем, как ProCast и Magma, а стоит значительно меньше известных мировых аналогов. В новой версии LVMFlowCV применен современный алгоритм расчета граничных поверхностей сложных отливок Control Volume и скорректирована физико-математическая мо­дель, составляющая основу программы. В предыдущих версиях единичным элементом пространственной сетки, накладываемой на моделируемую отливку, был куб, и граница отливки представлялась в виде негладкой поверхности, построенной из таких кубиков. Для более точного представления границ приходилось делать очень большое разбиение, задавая наименьшие размеры единичного куба. Построение же расчетной сетки методом Control Volume позволяет обсчитывать поверхность сечения единичного кубика, что значительно сокращает число рассчитываемых элементов. В результате в новой версии время моделирования границ отливки сократилось почти в 10 раз, границы стали представляться с большей точностью, уменьшилась погрешность расчета напряжений и деформаций. При этом моделирование процесса заполнения формы расплавом приблизилось к реальному процессу литья заготовки. Если раньше для разработки технологии получения сложной отливки требовалось до 4 сут., то теперь — всего несколько часов. Уже после двух-трех компьютерных расчетов технология отрабатывается и может применяться для серийного производства отливок. Новый пакет программ используют для моделирования следующих способов литья: по выплавляемым моделям, в землю, кокиль, изложницу и под давлением. Сис­тема LVMFlowCV позволяет, в частности, проследить динамику процессов заполнения формы металлом и кристаллизации отливки в форме. На каждом временном шаге она дает возможность получать информацию о температуре и доле жидкой фазы, о давлении расплава и скорости его течения, о доле дефектов усадочного происхождения. Можно также узнать температуру в любой точке отливки и формы, снять термические и кинетические кривые, рассчитать возникающие напряжения и деформации. Используя программу, технолог-литейщик дополняет разработанную конструктором 3D-деталь прибылью** и летниковой системой и просматривает, как происходит заполнение формы, где возникают непроливы или остывания металла. Парал-­­л­ельно он выясняет, при каких начальных условиях и при какой конфигурации летниковой системы отливка изготавливается без дефектов. Затем на основе проведенного анализа технолог моделирует технологию бездефектного изготовления отливки с оптимальной прибылью. В процессе моделирования образ отливки и поля функций, характеризующих ее состояние, выводятся в виде изотермического 3D-изображения в соответствии с цветовой гаммой установленной шкалы, а также в произвольно выбранном плоском сечении. Структурно LVMFlowCV состоит из модулей, легко адаптируемых к условиям любого литейного производства. Связь с CAD-системами гео­­-метрического моделирования (Pro­Engineer, SolidWorks и др.) осуществляется модулем конвертора, преобразующим файлы соответствующих форматов (IGES, STEP, STL) во внутренний формат LVMFlowCV. Модуль базы данных о сплавах содержит информацию об их химическом составе, теплофизических свойствах, фазовых диаграммах и другие сведения, необходимые для моделирования процесса кристаллизации. Условия кристаллизации задаются в модуле начальных условий. Этот модуль позволяет сформировать расчетную область, задать условия теплообмена и параметры заливки, установить датчики для съема термических и кинетических кривых. Кроме того, он дает возможность ввести и другие параметры, например, характеризующие противопригарное покрытие, а также учитывающие образование воздушных зазоров между металлом и формой при затвердевании отливки. Модуль начальных условий обеспечивает моделирование работы ТЭНов, каналов с теплоносителями (газом, жидкостью, плазмой) и фильтров. При этом мощность тепловыделения ТЭНов в процессе моделирования может меняться, а каналы с теплоносителями могут использоваться и как нагревательные, и как охлаждающие. Предусмотрено также внесение поправок, учитывающих многократное использование формы. Специальные модули служат для моделирования процесса заполнения формы расплавом и его затвердевания, а также расчета напряжений и деформаций, возникающих в ходе охлаждения отливки и нарастания твердой корочки. Модуль напряжений и деформаций дает технологу возможность просмотреть образо­ва­ние трещин, смещений, микропористости и других дефектов и на основе анализа причин их возникновения внести необходимые корректировки. Модуль архива технологических решений обеспечивает автоматическое сохранение результатов моделирования и паспортизацию каждой отливки. При этом он дает возможность просматривать сохраненные данные и создавать на их основе отчеты и анимационные ролики процессов моделирования. Благодаря тому, что программа позволяет «видеть физику» процессов, происходящих внутри отливки, она может успешно применяться в учебных заведениях при подготовке молодых специалистов-литейщиков. В следующей версии разработчики планируют предусмотреть возможность просмотра структуры (зернистости) металла отливки после затвердевания. Базовая стоимость новой версии системы LVMFlowCV, по словам заместителя генерального директора НПО «МКМ» Александра Прокошева, составляет 25 тыс. евро. Срок окупаемости пакета программ — 1 год. Спектрометры для анализа металлов На стенде ЗАО «ОКБ “Спектр”» (г. Санкт-Петербург) впервые был представлен оптико-эмиссионный спектрометр нового поколения ДФС-500, серийный выпуск которого освоен компанией в этом году. Прибор разработан для анализа черных и цветных металлов и сплавов в производственных лабораториях металлургических, литейных и машиностроительных предприятий. Если раньше в спектрометрах подобного назначения в качестве приемников излучения устанавливались фотоэлектронные умножители (ФЭУ), то в ДФС-500 используются линейные ПЗС (CCD) детекторы или, как их еще называют, многоэлементные ПЗС-линейки. Применение линейных детекторов позволило почти в 2 раза уменьшить стоимость прибора и обеспечить регистрацию всего спектра излучения анализируемого образца (без мертвых зон), а не отдельных линий. (Каждый из фотоумножителей может регистрировать только одну спектральную линию.) Если в спектрометрах с ФЭУ количество аналитических каналов ограничивалось 36, то в ДФС-500 оно состав­ляет 36 480. По принципу работы ПЗС-линейка мало отличается от светочувствительной матрицы цифрового фотоаппарата. Отличие заключается в том, что пиксели в ней расположены не в виде ПЗС-матрицы, а одной линией, т. е. 3648 пикселей по горизонтали и один по вертикали. Подобные линейные приемники излучения используются, например, в бытовых сканерах или устройствах считывания штрих-кодов. Недостаток линейных ПЗС-детекторов заключается в том, что их чувствительность на один-два порядка меньше, чем у фотоэлектронных умножителей. Поэтому у ДФС-500 она ниже, чем у ранее выпускаемых моделей и составляет 0,01–0,001%. Но, как показывает мировая практика, для металлургических, литьевых и машиностроительных производств (в отличие от пищевых) такая точность определения концентраций легирующих элементов и примесей (включая серу, фосфор и углерод), за редким исключением, вполне достаточна. Относительная погрешность определения в зависимости от концентрации варьируется от 0,5 до 5%. Оптическая система спектрометра построена по схеме Пашена–Рунге с диаметром круга Роуланда 0,5 м. Для обеспечения пространственной стабильности спектра все оптические элементы установлены на единой платформе, обладающей высокой теплопроводностью. При проведении элементного анализа с использованием коротковолнового ультрафиолета полихроматор продувается аргоном или азотом, расход которого не превышает 0,05 л/мин. Продувная конструкция обеспечивает такие же спектроскопические возможности полихроматора, как и вакуумная, но является при этом более простой и надежной в эксплуатации. Спектральный диапазон оптической системы — 175–425 нм. Прибор комплектуется штативом с продуваемым аргоном столиком, рассчитанным на установку образцов различной формы. Система водяного охлаждения столика устраняет влияние его разогрева (во время искрового разряда) на результаты анализа. В качестве источника возбуждения спектра в ДФС-500 приме­нен высокостабильный генератор СПАРК-400 мощностью 2,5 кВА, создающий в атмосфере аргона низковольтный разряд управляемой формы. Ток плазмы регулируется в диапазоне 25–350 А, длительность разряда — в пределах от 30 до 600 мкс, частота следования импульсов — от 50 до 400 Гц. Благодаря таким настройкам прибор дает возможность проводить анализ различных сплавов и металлов. Компьютерное управление параметрами генератора позволяет в ходе одного анализа использовать до пяти разных режимов разряда включая обжиг. Кроме того, это дает возможность дополнительно обострять передний фронт разрядного импульса и укорачивать задний. При выборе аналитической программы можно автоматически задавать оптимальные для нее параметры разряда и частоты. Время анализа образца составляет 45 с. Для минимизации ошибки в течение этого интервала делается три прожига. ДФС-500 комплектуется программой WinCCD, обеспечивающей через USB-порт управление спектрометром, прием, обработку и хранение данных, анализ спектра и разработку аналитических методик. Программа содержит базу данных о спектрах различных элементов и сплавов, позволяющую по результатам анализа автоматически определять марку материала образца. WinCCD обладает всеми достоинствами программы WinQuant, работающей со спектрометрами, в которых применяются фотоумножители. Она способна проводить качественный анализ неизвестного сплава, детально рассматривать каждую аналитическую линию в нужном масштабе, выбирать для количественного анализа любые линии или их пары (с учетом рекомендаций ГОСТ и накопленного опыта). При этом в окрестности выбранной линии программа дает возможность учитывать влияние фона и строить градуировочные графики в линейном или логарифмическом масштабе с учетом взаимного влияния элементов. Корректировку графиков можно вы­полнять любым способом, удобным для решения конкретной задачи. Кроме того, программа способна производить подбор линии сравнения без повторного экспонирования образца, в автоматическом режиме контролировать положение спектра и, при необходимости, автоматически корректировать шкалу длин волн. Новый спектрометр стоит около 650 тыс. руб. — как минимум, в 3 ра­за дешевле любого западного аналога с линейными ПЗС-детекторами и такими же возможностями. По словам создателя ДФС-500 Даниила Маринова, в настоящее время ОКБ «Спектр» заканчивает разработку переносного спектрометра для входного контроля металлоизделий на месте их расположения. Марку металла и его состав он будет определять с точностью 1%. В оптической схеме переносного спектрометра используется дифракционная решетка с криволинейным штрихом, исключающая аберрацию и улучшающая качество спектра. Для прибора специально разработан новый источник возбуждения спектра, а в качестве приемников излучения используются четыре линейных ПЗС-детектора новосибирского производства. Лазерная очистка поверхностей Научно-производственное предприятие «Лазерные технологии» (г. Санкт-Петербург) представило опытный образец универсальной переносной лазерной установки ПЛТУ-50И для очистки поверхностей от различных загрязнений. По сравнению с абразивной и химической очисткой новый способ обладает следующими преимуществами. Поскольку при лазерной очистке отсутствует механический контакт с обрабатываемой поверхностью, по­следняя не подвергается износу, а неприменение химических реагентов не создает экологических проблем, связанных с утилизацией отходов. Таким способом можно обрабатывать изделия сложной геометрической формы, а также труднодоступные места в замкнутых объемах. Нагрев изделий в процессе дистанционной лазерной очистки исключается. По данным начальника инновационно-технологического отдела пред­приятия Михаила Волкова, в настоящее время на мировом рынке не существует* универсальных лазерных систем подобного назначения. Переносная установка ПЛТУ-50И, помимо обработки металлических и каменных памятников архитектуры, может использоваться для очистки металлов и сплавов от окалины, очистки кромок материалов перед сваркой, для удаления слоев коррозии и лакокрасочных покрытий. Кроме того, ее применяют для реставрации картин, очистки инструмента от эксплуатационных загрязнений, а также удаления до 70% радиоактивных поверхностных за­грязнений с деталей атомных реакторов. Для удобства утилизации отделяющихся загрязнений детали перед обработкой допускается помещать, например, в полиэтиленовые пакеты, что не препятствует процессу. По окончании обработки они извлекаются из пакетов, а загрязнения получаются уже упакованными. Де­зактивацию радиоактивных поверхностей можно производить через сорбирующую пленку. (Сегодня та­кие поверхности дез­-активируются жидкими реагентами, последующий сбор и утилизация которых сопряжены с известными сложностями.) В качестве источника излучения в установке применяется волоконный импульсный лазер производства НТО «ИРЭ-Полюс» (г. Фрязино, Мос­ковская обл.) Лазер имеет длину волны 1060 нм, мощность 150 Вт, а время его наработки на отказ составляет 50 000 ч. Очистку переносная установка производит в кадровом режиме. Для построчного перемещения луча по очищаемой поверхности в ней используют два гальваносканера с отражающими зеркалами. Излу­чение попадает на первое зеркало, отражается от него, попадает на второе и фокусируется объективом. За счет перемещения зеркал строится кадр очистки. При этом качество обработки мало зависит от угла наклона луча к поверхности. Максимальные размеры поля обработки (кадра очистки) составляют 150?150 мм, наибольшая плотность потока излучения — 87 МВт/см2. На следующее поле обработки установка (в опытном исполнении) перемещается вручную. Наибольшая скорость очистки, с учетом времени на ручное перемещение, достигает 3 м2/ч. Обработку крупногабаритных металлоконструкций можно производить с помощью нескольких параллельно работающих установок, оснащенных платформами автоматического перемещения или манипуляторами. При мелкосерийном производстве стоимость ПЛТУ-50И составляет около 1,1 млн руб. Ультразвуковая финишная обработка На стенде ООО «Северо-Западный центр ультразвуковых технологий» (г. Санкт-Петербург) специалисты могли ознакомиться с роботи­зированной установкой для без-­абразивной ультразвуковой финиш­­ной обработки металлических де­талей БУФО 0,63/22 модели 34. Использование в качестве платформы робота фирмы Fanuc (Япония) позволяет с высокой скоростью обрабатывать практически любые пространственные поверхности. Так, например, плоские и полусферические детали с исходной шероховатостью, соответствующей классу 8, обрабатываются до класса 12 при скорости линейных перемещений излучателя 2 м/с и шаге перемещения 0,2 мм. С тех пор, как мы впервые рассказали о БУФО, прошло 8 лет. В течение этого времени установка постоянно совершенствовалась, а ее типоразмерный ряд расширился до шести моделей. Генеральный директор центра доктор технических наук, профессор Юрий Васильевич Холо­пов, рассказывая о последних новшествах, сообщил, что с 2001 по 2008 г. различные модификации БУФО поставлены в адрес 200 российских заводов и 37 иностранных компаний из ближнего и дальнего зарубежья. Сегодня, как и прежде, технология и оборудование, разработанные российскими учеными, не имеют мировых аналогов. Напомним, что суть метода без­абразивной ультразвуковой финишной обработки состоит в том, что под воздействием ультразвука микронеровности поверхности подвергаются пластической деформации с изменением шероховатости Ra от 6,3 до 0,025 мкм. Остаточные растягивающие напряжения трансформируются в сжимающие, при этом твердость поверхностного слоя в зависимости от исходной величины увеличивается на 5–150%, а усталостная прочность — на 10–200%. Согласно исследованиям, проведенным Российской академией естественных наук (РАЕН), в результате ультразвуковой обработки в целом ряде случаев изменяется структура металла. В частности, на глубине 15–20 мкм возникают слои наноструктур с зернами размером порядка 5–10 нм. БУФО позволяет обрабатывать конструкционные, инструментальные и нержавеющие стали, чугуны, титановые сплавы, алюминий, медь и другие цветные металлы и их сплавы. При этом обработке могут подвергаться поверхности различной формы: цилиндрические (наружные и внутренние), торцевые, конические, шаровые, а также выступы, впадины, прямоугольные и радиусные канавки и прочие элементы. Оборудование для безабразивной обработки состоит из универсального ультразвукового генератора ИЛ-10-0,63 мощностью 630 Вт и УЗ-излучателя — акустической головки, которые можно устанавливать на любой станок: токарный, фрезерный, строгальный, плоско­шлифовальный и др. Например, на токарном станке акустическую головку зажимают в резцедержателе, а ультразвуковой генератор устанавливают на подставку, закрепленную на станине. Чистовое точение заготовки резцом в заданный размер и финишная обработка ее поверхности производятся без переустановки детали, т. е. станок фактически становится многооперационным. Если деталь из незакаленной стали, обработанная резцом, имеет 4–5-й класс шероховатости с Ra=6,3 мкм, то после одного прохода излучателя ее поверхность начинает соответствовать 10-му классу с Ra=0,1 мкм. А за один финишный проход излучателя по исходной поверхности клас­-са 8 получается упрочненная поверх­ность класса 11–12 с Ra 0,05–0,025 мкм. При ультразвуковой обработке значительно улучшаются антифрикционные свойства изделий, а износо­устойчивость пар трения увеличивается в 2–3 раза. Благодаря этому БУФО используют при изготовлении штоков гидро- и пневмоцилиндров, трубопроводной арматуры, деталей двигателей, трансмиссий, редукторов, компрессоров, насосов и других механизмов. Современные установки БУФО с высокой эффективностью можно применять при производстве пресс-форм, для запрессовки в пары трения геомодификаторов, а также совместно с электроискровым легированием. Для обработки наружных поверхностей компания предлагает использовать 10-ю модель БУФО 0,63/22. Типоразмерный ряд соответствующих установок для обработки внутренних поверхностей включает модели 30, 31, 32, 33 и 34. Последние позволяют обрабатывать внутренние отверстия диаметром от 5 мм и более на глубину до 1500 мм. Все оборудование имеет одинаковую стоимость — 185 тыс. руб. Александр Пуховский, фото автора * В литейной промышленности эта технология обозначается аббревиатурой LVM. * * Литейная прибыль — надбавка металла, которая учитывает усадку расплава в процессе отверждения и дает возможность избежать появления раковин. Оптимальный размер прибыли минимизирует потери металла, что при изготовлении отливок из дорогих материалов, например титана, имеет большое значение. * Если не считать итальянскую установку Smart Clean II, специально предназначенную для очистки каменных памятников архитектуры. Ее аналог — РЛТУ-50И изготавливается НПП «Лазерные технологии».