Ученые создают не имеющую мировых аналогов технологию штамповой оснастки

12:01, 27 февраля 2020

Она поможет увеличить производительность, снизить энергозатраты и трудоемкость процесса

На данном прессе будет установлена система индукционного подогрева штамповой оснастки. Фото: ОАО КУМЗ.

Ученые Уральского федерального университета предложили не имеющую мировых аналогов технологию индукционного подогрева штамповой оснастки. Установка состоит из нескольких индукторов (крепятся к верхней и нижней плитам вертикального гидравлического пресса), а также из источников питания и станций охлаждения для источников питания и индукторов. Инженерное ноу-хау заключается в том, что индукторы подогревают штамповую оснастку во время работы гидравлического пресса в течение как минимум шести часов. Как следствие, отпадает необходимость останавливать пресс, менять штамповую оснастку, чтобы разогреть ее в электрической печи.

«Во-первых, технология отвечает принципам ресурсосбережения и энергоэффективности. Во-вторых, осуществление проекта приведет к появлению единственного в своем роде технологически инновационного, экономически эффективного, конкурентоспособного в глобальном масштабе отечественного производства крупногабаритных штампованных изделий из магниевых и алюминиевых сплавов для авиастроения», — поясняет заместитель директора центра по работе с предприятиями УрФУ Александр Черепанов.

Эта технология — прорыв, так как для получения барабанов авиационных колес из магниевых и алюминиевых сплавов с однородной волокнистой структурой штамповую оснастку приходится нагревать 24 часа в электрических печах сопротивления, а затем устанавливать на гидравлический пресс. Проблема в том, что через полтора часа работы пресса штамповая оснастка остывает, и ее необходимо менять. За восьмичасовую смену проходит два таких цикла. В итоге пресс работает с большими перерывами, по три часа в смену, а предприятие расходует дополнительную энергию на разогрев штамповой оснастки в круглосуточно работающих электрических печах.

Установка индукционного нагрева штампового инструмента, которую разработали сотрудники кафедры «Электротехника и электротехнологические системы» УрФУ (опытные ученые, аспиранты, студенты), изменит ситуацию.

«У металлургов появится возможность использовать вертикальный гидравлический пресс на протяжении трех рабочих смен в сутки. Его производительность увеличится вдвое, энергозатраты на производство крупногабаритных авиационных штамповок снизятся на 6,5%, трудоемкость процесса — на 14,5%. Будут исключены ручные операции по переустановке штампового инструмента, высвободятся рабочие руки и электрические печи, улучшатся условия труда, — говорит руководитель группы разработчиков, доцент кафедры Федор Тарасов. — Важнейший результат — к 2025 году выпуск продукции увеличится с 320 тонн до 580 тонн в год, повысится ее качество и сократится себестоимость, что полностью соответствует интересам и запросам компаний Boeing, Airbus и „Сухой“».

Вместе с тем, технология индукционного подогрева универсальна. Подходы к трехмерному математическому моделированию электромагнитных и тепловых полей, а также опыт проектирования систем индукционного нагрева позволяют получить характеристики индукционного оборудования (напряжение, токи, частоты, параметры конструкции для подогрева штамповой оснастки) разного масштаба и для разного нагреваемого материала.

«Разработанную технологию можно внедрить как на других российских штамповочных производствах, так и за рубежом. Мы рады, что таким образом УрФУ подтверждает свое значение незаменимой опоры реального сектора экономики», — заключает Федор Тарасов.

Проект реализуется совместно с Каменск-Уральским металлургическим заводом. Получил поддержку правительства РФ по приоритетным направлениям научно-технологического развития «Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике...». Правительство выделит субсидии в размере 50 млн рублей, компания «Алюминиевые продукты» (управляющая КУМЗ) — аналогичные по объему инвестиции. Правительство финансирует научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы университетских ученых, завод модернизирует промышленную площадку. Согласно заключенным договоренностям, к концу 2021 года заводчане получат комплект оборудования, прошедшего монтаж и испытания.

«Сотрудничество университетской науки и промышленности в лице УрФУ и КУМЗ послужит становлению технологического лидерства нашей страны и укреплению ее положения на внешних рынках. Закономерно, что проект получил высокие оценки правительственных экспертов и вошел в число лучших из тех, что претендовали на государственные субсидии», — полагает Александр Черепанов.

Отметим, штамповки барабанов авиационных колес для компаний Boeing, Airbus, «Сухой» производятся на Каменск-Уральском металлургическом заводе. КУМЗ — лидер среди российских предприятий по выпуску крупногабаритных авиационных штамповок из алюминиевых и магниевых сплавов. На заводе установлен уникальный гидравлический пресс усилием 30 тыс. тонн.