Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением

Г. И Куёик





                КОНЦЕПЦИЯ




            РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ



С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАШИН И ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ








САИ<Т-ПЕТЕРБУРГ
ХИМИЗДАТ
2024

УДК УДК 621.735.004.18 К 903




       Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедры «Высокоэнергетические устройства автоматических систем» ГОУ ВПО «Балтийский государственный технический университет им. Д. Ф. Устинова (ВОЕНМЕХ)» Панкратов И. Н.








        Кулик Г. Н.

К 903 Концепция ресурсосбережения с использованием машин и технологий обработки давлением. - СПб.: ХИМИЗДАТ, 2024, изд. 2-е. стереот.. — 72 с., ил.
       ISBN 978-5-93808-443-8

           Обобщен многолетний опыт научно-исследовательской и производственной деятельности в области машиностроения и металлургии.
           Классифицированы наследственные составляющие заготовок металлоизделий, изложены практические рекомендации минимизации влияния этих наследственных составляющих, основные термины, определения и принципы ресурсосбережения, а также представлены конкретные примеры их реализации.
           Книга рассчитана на широкий круг читателей и может быть полезна представителям промышленности, малого бизнеса, специалистам научно-исследовательских учреждений и студентам (в качестве учебного пособия).



К

2704030000-
001 050(01)-24

Без объявл.

ISBN 978-5-93808-443-8

© Кулик Г. Н., 2014
© ХИМИЗДАТ, 2024

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие                                                  5
Введение                                                     6
Глава I. РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ            9
       НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ
       Классификация видов наследственности             9
       Постулаты технологической наследственности      10
       Способы преодоления негативной наследственности 11
       Способы ресурсосбережения                       11
       Основные термины и определения (ОТиО)           13
       концепции ресурсосбережения
Глава II. обзор использования ресурсосберегающих             44
       ТЕХНОЛОГИЙ
       II.1. Ресурсосбережение путем удовлетворения          44
          требований по выполнению размеров
          II.1.1. Переработка труб с размера на размер       44
          II.1.2. Переработка сортового круга          47
          II.1.3. Переработка листового проката        48
          II.1.4. Способ производства длинномерных     49
               металлических изделий
       II.2. Ресурсосбережение путем удовлетворения    49
          требований по качественным показателям
          II.2.1. Переработка труб для выполнения требований 49 на отсутствия склонности их металла к межкристаллитной коррозии при проверке по методу ДУ
          II.2.2. Переработка труб для выполнения требований 50 по получению требуемого значения условного предела текучести при 350 °С
          II.2.3. Переработка труб для получения качественной 51 поверхности
          II.2.4. Обработка высоким и сверхвысоким давлением 51

3

       II.3. Ремонтные операции                        52
          II.3.1. Ремонт бракованных корпусов          52
       II.4. Использование комплексных технологий      52
          II.4.1. Разработка технологии получения заготовки 52 гребного вала из стали НН3Б
          II.4.2. Изготовление щита подшипника из стали НН3Б 53
          II.4.3. Получение патрубка укрепления              60
          II.4.4. Разработка технологии изготовления тройни- 61
               ка высокого давления
          II.4.5. Способ сверления глубокого отверстия       63
               в детали с использованием балансира

Глава III. МНОГОКРИТЕРИАЛЬНАЯ ОЦЕНКА И ВЫБОР                 65
       ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАМКА БУРОВОЙ КОЛОННЫ
Основные результаты и выводы по работе                       69

    ПРЕДИСЛОВИЕ

   Ресурсосбережение экономически и технически целесообразно всегда, поскольку используемые ресурсы при производстве металлоизделий чаще всего либо полностью невосполнимы, либо частично. И это негативно сказывается на экологии и ухудшает качество жизни.
   Глава I представляет описание ресурсосбережения и технологической наследственности.
   В главе II дан обзор использования ресурсосберегающих технологий.
   Глава III посвящена многокритериальной оценке и выбору технологии изготовления замка буровой колонны.
   В конце работы обобщены основные результаты и выводы.
   Некоторые термины, используемые в данной книге, созвучны с терминами, приведенными в монографии [Введение в материалогию: монография /ЛД Верхотуров, Л. М. Шпилев. -Владивосток: Дальнаука, 2010. - 780с.].
   Автор благодарит за помощь в работе над рукописью рецензента И. Н. Панкратова и коллектив редакции издательства «ХИМИЗДАТ».

    ВВЕДЕНИЕ


   Важнейшая потребительская характеристика промышленной продукции - ее качество.
   Эффективность продукции повышенного качества проявляется в экономии капиталовложений на увеличение производственных площадей, уменьшении потерь от простоев, снижении себестоимости единицы продукции (трудоемкости), сокращении издержек при эксплуатации изделий и тем самым ресурсосбережении. Однако повышение качества нельзя рассматривать как самоцель, поскольку затраты на применение такой продукции могут превысить получаемый положительный результат. Поэтому повышение качества должно находиться в каких-то оптимальных пределах.
   Под качеством металлопродукта понимается заранее установленная совокупность потребительских свойств, стабильно сохраняемая в определенных пределах в течение регламентированного срока службы при заданных режимах работы и условиях эксплуатации. Одна из классификаций включает в себя показатели технического уровня, показатель надежности и долговечности, экономические показатели и конструктивную, эргономическую характеристики.
   Таким образом, анализ путей повышения качества распадается на несколько этапов. На первом этапе производится анализ технического уровня выпускаемого металлопродукта. На втором этапе определяются оптимальные показатели качества, на третьем разрабатываются технические, организационные и экономические мероприятия, проведение которых позволит выпускать продукцию с оптимальными показателями качества, и устанавливается последовательность их проведения.
   Поскольку научный и технический прогресс непрерывно создает новые, все более совершенные изделия, то технический уровень выпускаемых изделий время от времени должен подвергаться пересмотру. Изучение технического уровня способствует выявлению путей совершенствования выпускаемых изделий и повышение их качества.

6

   Определение оптимальных показателей качества по существу сводится к расчетам, связанным с определением эффективности повышения качества в случае бесчисленно большого числа сопоставимых вариантов. При этом, сопоставляя затраты, связанные с повышением качества при различных значениях показателей качества, стремятся определить уровень качества изделия, отвечающий минимальным затратам, т. е. проводя ресурсосбережение.
   Анализ соотношения производственных и эксплуатационных затрат показывает, что для большинства видов изделий с длительным сроком службы затраты труда на поддержание и восстановление работоспособности изделий могут во много раз превышать затраты труда на их разработку и изготовление. При этом причиной чрезмерно больших эксплуатационных затрат является недостаточный уровень техники. Производственные и эксплуатационные затраты нельзя рассматривать в отрыве друг от друга, так как в ряде случаев изделия весьма экономичные в изготовлении могут оказаться неэкономичными в эксплуатации и наоборот.
   Системный анализ позволяет теоретически моделировать качество изделия при помощи вектора, характеризуемого набором каких-то любых мыслимых потребительских свойств. В определенных случаях является оправданным выбор основных потребительских свойств, имеющих решающее значение для условий промышленного потребления и производства продукции, а в отдельных случаях оправданием может быть выбор одного свойства, являющегося наиболее важным для характеристики рассматриваемого изделия, что значительно упрощает задачу.
   Жизнь металла в том состоянии, в котором он существовал в детали (изделии), не может и не должна заканчиваться только переплавом по окончания жизни этой детали (изделия), при условии выполнения комплекса мероприятий, не последнюю роль в котором служит обработка металлов давлением. Это зиждется на том, что деформация изменяет как внешнюю (размеры, форма и т. п.), так и внутреннюю суть металла. Переплав также не может рассматриваться панацеей, поскольку для того чтобы после него получить качественный металл, необходимо приложить и употребить много ресурсов, что чаще всего не оправдано.
   Цель работы: выработка концепции ресурсосбережения как за счет повышения качества выпускаемых металлоизделий, так

7

и сохранения потребительских свойств металла при их выпуске, в течение жизни и после утилизации.
   Основные научные положения, сформулированные автором на основании приведенных исследований:
   -  классификация технологической наследственности;
   -     классификация способов преодоления негативной наследственности;
   -     классификация постулатов технологической наследственности;
   -     основные термины и определения (ОТиО) концепции ресурсосбережения;
   -  классификация способов ресурсосбережения;
   -     математическая модель формоизменения при двухсторонней кузнечной прошивке;
   -     многокритериальная оценка и выбор технологии ресурсосберегающей технологии изготовления деталей;
   -  методология ресурсосбережения.
   Научная значимость результатов - разработана научно-обоснованная концепция ресурсосбережения при производстве металлоизделий с использованием машин и технологий обработки металлов давлением, позволяющая на стадии разработки определить сырье и отходы производства, осуществить выбор технологических процессов и произвести переработку комплексно.
   Практическая значимость результатов - на основании теоретического анализа и экспериментальных исследований установлены технологии производства заготовок различных деталей, на большинство из которых получены патенты Российской Федерации на изобретения или полезные модели.

Глава I

        РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ


   Ресурсосбережение - это сохранение возможности металла быть в работоспособном состоянии требуемое время, причем другие ресурсы (электроэнергия, топливо, время и т. д.) при этом не должны быть потрачены напрасно.
   Ресурсосбережение близко взаимосвязано с технологической наследственностью, они как бы являются разными сторонами одной медали.
   Работоспособность металлоизделия чаще всего зависит от механических свойств и химического состава металла, формы, размеров и чистоты поверхности детали, структуры и отношения к коррозии металла, а иногда и к противодействию радиоактивного воздействия на металл.
   Практически все приведенные факторы имеют неразрешимое противоречие, заключающееся в точности параметра и его погрешности.
   Возникает оно потому, что на протяжении всего времени формирования металлоизделия на него действуют, либо входят в его состав различные факторы и компоненты, поэтому повышение качества металлопродукции не может происходить без учета истории его изготовления, т. е. наследственности. С первых шагов рождения металла этот процесс отягощен спутниками в виде различных компонентов и технологических составляющих, которые необходимо учитывать при планировании металловыхода, выборе заготовки и дальнейшей обработке.
   Классификация видов наследственности:
   •    наследственность происхождения (шихтовка и ведение плавки, раскисление и разливка металла, деформирование, адьюстаж, наличие или отсутствие сертификата на металл, его достоверность и полнота);
   •    пооперационная наследственность (режимы обработки, технологический и технический уровни производства);

9

   •    наследственность, обусловленная типом производства (при мелкосерийном производстве технологии изготовления не такие, как при крупносерийном);
   •    наследственность эксплуатации (появление трещиноватости, охрупчивание, повышение остаточных напряжений, появление коррозии);
   •    наследственность требований нормативной документации (неважно, выгодно или нет, важно, чтобы было в соответствии с требованиями нормативной документации);
   •    наследственность социальных факторов (развал государства, наследственность принятия законов, менталитет народа и т. д.).
   Тогда постулатами технологической наследственности могут служить следующие утверждения:
   1.    При разумной шихтовке плавки металл получается качественный.
   2.    В слитке раскисленной стали центральная зона всегда дефектна.
   Следствие 2.1: При равномерной деформации дефектная зона располагается в осевой части заготовки.
   Следствие 2.2: При неравномерной деформации дефектная зона находится ближе к поверхности той части заготовки, которая имела меньшее сопротивление деформации.
   Следствие 2.3: Если хотя бы в одном из переделов заготовка подвергалась неравномерной деформации, то неравномерность размещения дефектной зоны в заготовке сохранится и в конечном продукте.
   3.    Металл является работоспособным на протяжении всей жизни при условии, что его служебные характеристики позволяют ему находиться там, где он установлен, а также при периодическом его приведении в работоспособное состояние.
   Следствие 3.1: Средством приведения металла в работоспособное состояние является комплекс операций: неразрушающий контроль, термообработка, механическая (лезвийная) обработка, обработка давлением и т. д.
   Следствие 3.2: Термообработка является операцией, улучшающей состояние металла, и она тем качественней, чем в более одинаковых условиях находятся разные части термообрабатываемого изделия.
   Следствие 3.3: Самая некачественная часть металла - это поверхность.
   4.   Технология изготовления зависит от типа производства.

10

   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 технологических режимов и т. д.);
   •    разливка (выбор требуемого типа и размеров слитка и т. д.);
   •    деформирование (деформация в соответствии с диаграммой рекристаллизации, термомеханическая обработка, назначение и соблюдение оптимальных режимов нагрева, деформации и охлаждения, оптимальная расстановка оборудования и т. д.);
   •    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 и т. д.);
   •    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