CC BY
43
УДК 621.923
, t
С. М. МИХАЙЛИН
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ СВЧ-ТЕРМООБРАБОТКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ АБРАЗИВНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ НА БАКЕЛИТОВОЙ СВЯЗКЕ
Приведены результаты расчёта годового экономического эффекта от применения СВЧ-термо-обработки полуфабрикатов абразивного инструмента на термореактивных связках.
Ключевые слова: СВЧ-термообработка, абразивный инструмент, бакелитовая связка.
Анализ рынка абразивных инструментов на органических термореактивных связках показывает, что в структуре производства абразивного инструмента наибольшую долю составляет абразивный инструмент на бакелитовой связке, применяемый во многих отраслях промышленности.
На предприятиях, изготавливающих абразивные инструменты на бакелитовой связке, используется технология термообработки их полуфабрикатов на основе конвективного теплообмена в печах-бакелизаторах. Производственные циклы термообработки инструментов по этим технологиям весьма длительны и составляют в среднем 13 ... 40 часов (в зависимости от типоразмера и характеристики инструмента) при удельных энергозатратах 2,5 ... 2,9 кВт-ч/кг массы абразивного инструмента. К тому же эти технологии не отвечают современным требованиям по экологической чистоте, что ставит перед производителями абразивного инструмента дилемму: либо тратить на обеспечение экологической чистоты производства значительные средства, либо отказаться от производства абразивного инструмента на бакелитовой связке, несмотря на значительную прибыль, получаемую предприятиями.
Перспективным представляется сокращение длительности цикла термообработки полуфабрикатов абразивных инструментов и других изделий на бакелитовой связке за счёт применения микроволнового нагрева под воздействием сверхвысокочастотного (СВЧ) излучения. Сокращение длительности операций термообработки и повышение качества абразивных инструментов обеспечивается в этом случае за счёт более равномерного и быстрого нагрева связки и абразивных зёрен по всему объёму инструмента.
© С. М. Михайлин, 2006
Известны отдельные попытки применения этого метода для термообработки полуфабрикатов абразивного инструмента. Однако, в силу специфики процесса термообработки полуфабрикатов, связанной прежде всего с вспучиванием
материала абразивного инструмента при ускоре-
♦
нии его нагрева, а также с недостаточной изученностью этого метода и отсутствием промыш-
0
ленных технологий и оборудования, термообработка полуфабрикатов абразивного инструмента СВЧ-излучением практически не применяется в промышленности.
ОАО «Димитровградхиммаш» совместно с УлГТУ выполнены исследования процесса СВЧ-термообработки полуфабрикатов шлифовальных кругов на бакелитовой связке различных типоразмеров в лабораторной установке.
Предприятие производит абразивный инструмент на бакелитовой связке следующих типоразмеров:
а) шлифовальные круги типов 1, 5 и др. (ГОСТ 2424 - 83) с наружным диаметром Б от 80 до 600 мм, высотой Т от 6 до 100 мм и внутренним диаметром Н от 10 до 305 мм;
б) сегменты: 9С с размерами 394x150*86 мм, 6С - 85x50x78 мм, 5С - 10x40x150 мм;
в) шлифовальные круги с впрессованными крепёжными элементами на торце типа 36: О = 500 ... 600 мм, Т = 75 ... 100 мм, Н= 203 ... 305 мм;
г) шлифовальные круги для обдирочных работ с впрессованным армирующим элементом (кольцом): Э = 500 ... 600 мм, Т = 63 ... 100 мм, Н = 203 ... 305 мм.
Заготовки (полуфабрикаты) абразивного инструмента подвергаются длительной термообработке (бакелизации), что лимитирует длительность производственного цикла, поскольку другие операции выполняются значительно быстрее. Если с помощью бакелизации в СВЧ-поле
1. Производительность прессов (усреднённые фактические данные)
Размеры круга, мм Мощность пресса, т
D Т Н 63 1 100 160/250 400 600
Масса продукции, кг / смена
80 20 20 30 - - - -
100 20 20 64 - - - -
125 20 32 112 - - - -
150 20 32 - 216 — - -
175 20 32 - 247 - - -
200 20 32 - 290 - — -
250 32 32 - - 494 494 -
300 40 76 - - 423 423 -
350 40 127 - - 427 427 -
400 40 127 - - 385 385 -
500 63 203 - - - - 881
600 100 305 - - - — 715
Примечание. В таблице учтены потери мощности в 10 % при незапланированных простоях пресса.
2. Максимальный объём спрессованных абразивных инструментов в год
Мощность Кол-во Масса абразивных инструментов, Общая масса спрессованных
пресса, т прессов спрессованных на одном прессе, кг абразивных инструментов, кг
63 1 26 880 26 880
100 2 69 600 139 200
160 и 250 3 101 520 304 560
400 2 102 480 204 960
600 1 211440 211 440
Итого в год 887 040
сократить время термообработки, лимитирующей станет гораздо более производительная операция прессования (производительность прессов, установленных на участке производства абразивных инструментов, приведена в табл. 1). Необходимо учесть, что прессы не оснащены второй пресс-формой, что позволило бы увеличить их производительность как минимум на 70 %. Для расчёта максимальной производительности прессов выбирали типовые представители абразивных изделий, полуфабрикаты которых формуются на каждом прессе: пресс мощностью 63 т- 1-125x20x32; 100 т- 1-200x20x32; 160 и 250 т- 1-300x40x76; 400 т- 1-350x40x127; 600 т - 1-500x63x203. Режим работы прессов -односменный при пятидневной рабочей неделе. Максимальный объём производства продукции прессами в год не учитывает простои при плановом, внеплановом и капитальном ремонтах. Расчёт показывает, что операция прессования не будет лимитирующей при росте объёмов производства абразивных инструментов (табл. 2).
На участке выпуска абразивного инструмента установлены три бакелизатора: два мощностью 25
кВт каждый и один мощностью 45 кВт. Цикл термообработки для бакелизации абразивного инструмента включает следующие этапы: время нагрева полуфабрикатов абразивного инструмента до температуры 180 ... 200 °С - 15 ч; выдержка при конечной температуре: шлифовальных кругов D 200 мм, сегментов 5С, 6С - 5 ч; шлифовальных кругов D = 250 ... 400 мм - 7 ч; шлифовальных кругов D > 450 мм и сегментов 9С - 10 ч.
Один бакелизатор мощностью 25 кВт для обеспечения цикла термообработки полуфабрикатов шлифовальных кругов диаметром до 200 мм и сегментов 5С и 6С потребляет 500 кВт. ч электроэнергии, кругов D = 250 ... 400 мм - 550 кВт-ч, кругов D > 450 мм и сегментов 9С - 625 кВт-ч. Соответственно бакелизатор мощностью 45 кВт потребляет 900, 990 и 1125 кВт-ч электроэнергии.
Для расчёта удельных энергозатрат выбрали типовые представители абразивного инструмента, а затем определили среднюю величину удельных энергозатрат для каждого бакелизатора (табл. 3).
3. Удельные энергозатраты при термообработке шлифовальных кругов
Мощность бакели-затора, кВт Типоразмер круга Общая масса полуфабрикатов кругов, загружаемых в бакелизатор, кг Длительность цикла термообработки в бакелизаторе, ч Энергозатраты за один цикл бакелизации, кВт-ч Удельные энергозатраты, кВт-ч/кг Средние удельные энергозатраты, кВт-ч/кг
25 1-150х 20 х32 166 20 500 3,0 2,4
1-250 х25 х76 216 22 550 2,5
1-600x100x305 390 25 625 1,6
45 1-150х 20 х32 410 20 900 2,2 2,2
1-250 х25 х76 346 22 990 2,9
1-600x100x305 780 25 1125 1,4
Среднее значение удельных энергозатрат при термообработке полуфабрикатов шлифовальных кругов в большом и малом бакелизаторах составляет 2,3 кВт-ч/кг, общий объём электроэнергии, потребляемой на бакелизацию в год, - примерно 282 900 кВт-ч. Соответственно затраты на электроэнергию при бакелизации выбранных типовых представителей абразивного инструмента на бакелитовой связке по действующей технологии составили в ценах 2002 года 410 205 руб.
В ходе СВЧ-бакелизации шлифовальных кругов на лабораторной установке получены следующие результаты:
- длительность цикла бакелизации 5,5 ч;
- время работы СВЧ-генератора 1,5 ч;
- общая потребляемая мощность 6 кВт;
- общий расход электроэнергии 9 кВт-ч;
- удельные энергозатраты 0,7 кВт- ч/кг.
На основании результатов длительных испытаний лабораторной СВЧ-камеры создана опыт-но-промышленная установка СВЧ-бакелизации производительностью 20 кг/ч при удельных энергозатрат не более 0,7 кВт-ч/кг. Максимальная производительность этой установки без учёта простоев на ремонт составит 123 000 кг/год, а годовое потребление электроэнергии при неизменном объёме производства - 86 100 кВт-ч. Соответственно затраты на электроэнергию будут равны 124 845 руб.
Экономический эффект от внедрения опытно-промышленной установки составит Эсвч = Зб - Зсвч = 410 205 - 124 845 = 285 360 (руб.), где Зб - затраты на термообработку абразивного инструмента по действующей технологии, руб.; 3Свч- затраты по СВЧ-технологии, руб.
При этом для выпуска 123 т инструментов на бакелитовой связке в 2004 году было бы достаточно одной СВЧ-установки с ориентировочной стоимостью порядка 500 тыс. руб.
При расчёте полного экономического эффекта от внедрения технологии СВЧ-бакелизации в себестоимости продукции учтено уменьшение затрат на электроэнергию и амортизационных отчислений.
Срок амортизации СВЧ-бакелизатора определили по гарантийному сроку эксплуатации его наиболее дорогих агрегатов - магнетронов, т. е. 5 лет. Амортизационные отчисления при этом составят
Сасвч = 500 000/5 = 100 000 (руб./год).
Амортизационные отчисления от эксплуатации действующих бакелизаторов ежегодно составляют Об=Об, + Саб2+Са®=233 +1336 +1322=2891 (руб.), где Саб1, Саб2, Сабз - соответственно амортизационные отчисления от применения первого и второго малого и большого бакелизаторов, руб.
Прогнозируемый экономический эффект от внедрения технологии СВЧ-бакелизации на предприятии с учётом затрат на приобретение СВЧ-установки составит
Ээф = эсвч - Сасвч + Саб = 285 360 - 100 000 + + 2891 = 188 255 (руб./год).
Таким образом, расчёт экономической эффективности от применения СВЧ-технологии изготовления абразивного инструмента на бакелитовой связке в действующем производстве ОАО «Димитровградхиммаш» показал, что внедрение опытно-промышленной установки СВЧ-бакелизации удельной производительностью не менее 20 кг/ч при удельных энергозатратах не более 0,7 кВт-ч/кг позволит получить только за счёт уменьшения расхода электроэнергии экономический эффект в размере около 200 000 руб. в год.
Михайлин Сергей Михайлович, кандидат технических наук. Работает над совершенствованием конструкций и технологий изготовления абразивного инструмента.
