ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ СОВРЕМЕННОГО ЛИТЕЙНОГО ПРОИЗВОДСТВА

 

Кокарева В.В., Малыхина О.Н., Смелов В.Г.

(Самарский государственный аэрокосмический университет имени С.П. Королева, (национальный исследовательский университет), г.Самара, РФ)

 

Реализация крупных проектов в области машиностроения и литейного производства может быть осуществлена различными способами и в разных масштабах. Возможно формирование государственной программы развития, изложенной, например, в Концепции формирования государственной комплексной программы развития машиностроения России. Эту программу подготовил Российский союз машиностроителей под руководством Председателя Союза С.В. Чемезова (руководитель корпорации «Ростехнологии»). Для литейщиков трудно создать единую программу, поскольку литейное производство обеспечивает разные отрасли машиностроения, и везде необходима разная номенклатура продукции, а значит, различные технологии и оборудование, имеются свои требования и особенности. Поэтому для литейного производства целесообразны программы и проекты применительно к отдельным отраслям машиностроения.

Некоммерческое партнерство «Союз литейщиков Санкт-Петербурга» разработало и планирует реализовать проект создания современного литейно-механического комплекса применительно к локализации производства компонентов для работающих в России сборочных заводов зарубежных марок автомобилей, заводов электробытовой техники, а также для поставки комплектующих на российские заводы автомобильной, тракторной, электробытовой техники и на европейский рынок.

Комплексный подход к созданию подобного производства заключается в следующем.

Современное литейно-механическое производство создается в рамках реализации проекта под названием «Многофункциональный технопарк с литейно-механическим производством для локализации изготовления и поставки комплектующих изделий для машиностроения (автомобилестроения и электробытовой техники) и учебным центром».

Цели данного проекта:

– разработать и осуществить индивидуальный план развития литейно-механических предприятий, создания конкурентоспособных производств литейной продукции для отечественного и зарубежного рынка: от модернизации системы организации и управления, логистики, продаж и качества, до фактической модернизации производства и обучения кадров;

– создать многофункциональный технопарк на основе действующего предприятия для предоставления всех сопутствующих услуг литейно-механическим заводам (лаборатория, испытания, сертификация, сервисная служба), обеспечения их специализации, доведения до реализации отечественных разработок ученых, технологов и конструкторов.

В рамках нашего проекта, полностью соответствующего целям программы модернизации литейного производства России, планируется решить проблему повышения эффек­тивности многономенклатурного уникального и мелкосерийного производства с помощью создания  технологического комплекса  современными методами организации и управления в совокупности с соответствующим оборудованием, которое сможет обеспечить полную обработку заданных изделий при повышенной производительности труда и приближении к автоматизации технологии.  В данном случае речь идет об организации таких производственных комплексов, которые обладают высокотехнологичными средствами компьютерного моделирования, быстрого прототипирования и технологий прямого про­изводства изделий наукоемкого машиностроения.

Учитывая необходимость максимизации экономического эффекта от внедрения технологий быстрого прототипирования и прямого производства, в структуре данных комплексов должны быть созданы несколько лабораторий, отвечающих за освоение и применение следующих взаимосвязанных технологий и направлений: «Разработка и ведение проектов», «Конструкторско-технологическая подготовка производства», «Быстрое прототипирование и прямое производство», «Центр принятия решений», «Производство на базе оборудования с ЧПУ».

Рисунок 1 –Схема работы комплекса

 

Технологии прототипирования и технологии прямого безинструментального производства на передовых западных предприятиях уже несколько десятилетий являются обязательным этапом в процессе разработки и подготовки производства любого нового изделия практически во всех отраслях машиностроения: авиационной промышленности, автомобилестроения, приборостроении, электротехнической промышленности. Они позволяют не только оценить внешний вид разрабатываемого изделия, но и проверить элементы конструкции, ее эргономику, собираемость, провести необходимые испытания, изготовить мастер-модель для последующего литья и многое другое. При использовании этих технологий практически исключается длительный и трудоемкий этап изготовления опытных образцов вручную или на станках с ЧПУ. Мировая практика использования этих технологий доказывает, что прототипирование изделий на стадии проектирования позволяет в 2 – 4 раза сократить сроки разработки и технической подготовки производства новой продукции.

Рисунок 2 – Структура интегрированных технологий

 

В экспериментах NASA сделан вывод, что полимерные модели, изготовленные с помощью технологии лазерной стереолитографии, можно испытывать в аэродинамической трубе при высоких скоростях, вплоть до сверхзвуковых. Экономический анализ, проведенный в ЦАГИ, показал, что аэродинамические модели, получаемые стереолитографией, по сравнению с типовой моделью позволяют снизить трудоемкость до 20-60%, стоимость на 25-75%, а время изготовления на 2-5 месяцев. При этом точность модели находится в пределах 100 мкм, шероховатость Ra = 2-5 мкм. То есть, 3D изготовление деталей/прототипов при концептуальном моделировании может широко применяться на начальных этапах разработки аэрокосмической техники, двигателей, автомобилей, поездов и других сложных, наукоемких машин.

Интегрированные технологии базируются на органическом сочетании последних достижений в различных областях науки, техники, технологий, информатики, материаловедения и др., использование которого обеспечивает быстрое получение нового продукта с принципиально иным уровнем функциональных, эстетических и экологических свойств, гарантирующим ему высокую конкурентоспособность на рынке.

Таким образом, целью современного развивающего производства, в частности, литейного производства, является создание комплекса коллективного доступа к высокотехнологичным средствам компьютерного моделирования, быстрого прототипирования и технологий прямого безинструментального производства изделий наукоемкого машиностроения при использовании передовых технологий и инновационного оборудования «умного производства» наукоемкого машиностроения.

Текущие и перспективные результаты от использования представленных интегрированных инженерных технологий позволят:

·                        Повысить качество и конкурентоспособность изделий благодаря возможности производства функциональных прототипов на самых ранних стадиях разработки, анализа изделия с точки зрения потребителя, функциональности, ремонто­пригодности и т.п.

·                        Сократить длительность цикла разработки и производства изделий благодаря применению инновационных технологий в подготовке производства безинструментальное изготовление (выращивание) оснастки, внедрению новых литейных технологий на основе систем быстрого прототипирования.

·                        Осуществить техническое совершенствование производимой продукции благодаря уменьшению или полному исключению технологических ограничений на сложность, точность и качество производимых изделий или его компонентов.

Комплекс мероприятий по интегрированию современных технологий, описанный выше, мы реализовали на базе лаборатории аддитивных технологий СГАУ имени академика С.П. Королева. В рамках деятельности лаборатории прототипирования  решаются следующие задачи:

В частности нами было сделано следующее:

- разработана методика проектирования ТП изготовления силиконовых форм с использованием различных  методов формирования поверхностей разъема;

- выполнено вакуумное литье в эластичные формы, получены опытные образцы и партии деталей из пластмасс, выплавляемые восковые модели без применения традиционной технологической оснастки;

- произведена расплавка и заливка металла в индукционной печи в вакууме;

- методом быстрого прототипирования получены опытные детали камеры сгорания газотурбинного двигателя, в САDAM системе NX построены модели деталей и в СAE системе ProCast смоделирован процесс заливки металла в керамическую форму. 

И далее рассмотрим реальную модель интегрированного процесса/ производства.

Рисунок 3 – Элементы интегрированного производства