Модернизация производства ракетно-космической техники с использованием технологии электронно- лучевой сварки в общем вакууме Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

МОДЕРНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЙ СВАРКИ В ОБЩЕМ ВАКУУМЕ

Латышенко Г.И.

доцент, Инженерно-экономический факультет Сибирский аэрокосмический университет

Терещенко К.

Сибирский аэрокосмический университет

Красноярск

MODERNIZATION OF PRODUCTION OF ROCKET AND SPACE TECHNOLOGY USING THE TECHNOLOGY OF ELECTRON BEAM WELDING IN GENERAL VACUUM

Latyshenko G.I., Associate Professor, faculty of Engineering Economics Siberian State Aerospace University Tereshchenko K., Siberian State Aerospace University Krasnoyarsk

АННОТАЦИЯ

Техническое перевооружение и модернизация предприятий оборонно-промышленного комплекса (ОПК) является одним из национальных приоритетов развития российской промышленности на среднесрочную перспективу. Рассматривается проект модернизации производства на одном из ведущих предприятий ОПК, выпускающих изделия ракетно-космической техники.

ABSTRACT

Technical re-equipment and modernization of enterprises of the military-indu^rial complex (MIC) is one of national priorities of development of Russian indu&ry in the medium term. Discusses the project of modernization of production on one of the leading enterprises of the defence indu^iy, producing products of rocket and space technology.

Ключевые слова: модернизация предприятий ОПК, ракетно-космическая техника, технология электронно-лучевой сварки в общем вакууме, установка электронно-лучевой сварки, технологическая оснастка, технологическая подготовка производства, риски проекта.

Keywords: modernization of the enterprises of defense indu^ry, rocket and space technology, technology of electron beam welding in General vacuum, inflation of electron-beam welding, tooling, manufacturing planning, project risks

Для того, чтобы российский оборонно-промышленный комплекс, заметно пострадавший в кризисные 1990-е годы, смог справиться с поставленными перед ним задачами, его необходимо модернизировать. На сегодняшний день значительную долю производственных фондов машиностроительных предприятий ОПК составляет технологическое оборудование, устаревшее морально и физически. Техническое перевооружение и модернизация предприятий ОПК является государственной задачей, поскольку от эффективности ее решения зависит экономическая и оборонная безопасность страны.

В сфере ОПК в рамках соответствующих федеральных целевых программ намечено вложение значительных объемов бюджетных средств в техническое перевооружение и модернизацию предприятий, участвующих в выполнении государственного оборонного заказа. В ближайшие годы предприятия ОПК должны осуществить комплексное техническое (технологическое, информационное и кадровое) перевооружение, без которого невозможно решить проблему обеспечения производства современной военной техники. Основными направлениями модернизации определены: обновление производственной базы; финансирование перспективных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ; омоложение кадров.

Для известного машиностроительного предприятия, размещенного на территории Сибирского Федерального Округа, получение нового государственного оборонного заказа стало отправной точкой разработки стратегической программы развития. Одним из направлений программы является модернизация действующего производства с целью освоения принципиально нового изделия для ракетно-космических войск.

Предприятию удается успешно проводить техническое перевооружение и модернизацию. Но, к сожалению, существуют еще некоторые проблемы, одной из которых является физический и моральный износ сварочного оборудования, что не позволяет производить сварку новых изделий ракетно-космической техники из перспективных алюминиевых сплавов с улучшенными массогабаритными характеристиками. Это приводит к повышению затрат на производство, снижению многих экономических показателей деятельности, а также препятствует динамичному развитию предприятия, а значит и оборонной отрасли в целом. Таким образом, выявленная проблема является очень актуальной.

Для выполнения уникальных сварочных операций на предприятии в настоящее время используется оборудование, которое по своим техническим характеристикам не соответствует требованиям, необходимым при производстве нового изделия, разрабатываемого в рамках государственного оборонного заказа.

Используемое сварочное оборудование требует замены на новое, обеспечивающее изготовление деталей и сборочных единиц (ДСЕ) с улучшенными массогабаритными характеристиками.

В связи с увеличением массогабаритных характеристик ДСЕ нового изделия в сравнении с выпускаемой продукцией, усложнением конструкции сборочных единиц, появлением новых материалов, требуется техническое перевооружение участков и цехов, оснащение их новым сварочным оборудованием, а также проведение модернизации имеющегося на предприятии уникального сварочного оборудования, что позволит расширить технологические возможности сварки.

На предприятиях оборонно-промышленного комплекса применяется широкий спектр способов получения сварных соединений:

- электронно-лучевая сварка алюминиевых, титановых и стальных сплавов;

- автоматическая аргонодуговая сварка неплавящимся электродом в среде инертных газов кольцевых и продольных швов изделий из алюминиевых сплавов и сталей;

- автоматическая аргонодуговая сварка сталей (жаропрочных, на никелевой основе) плавящимся электродом;

- автоматическая и ручная сварка титановых сплавов в контролируемой атмосфере;

- контактная (стыковая, шовная и точечная) сварка сталей;

- сварка трением биметаллических соединений (алюминиевый сплав + нержавеющая сталь);

- высокотемпературная пайка узлов;

- пайка сопел из сталей;

- термообработка в аргоне после пайки.

При сварке сборочных единиц корпусных изделий ракетно-космической техники (РКТ) применяются электронно-лучевая и аргонно-дуговая сварки.

Аргонодуговая сварка - дуговая сварка в среде инертного газа аргона. Может осуществляться плавящимся или непла-вящимся электродом.

Сварка плавящимся электродом используется при сваривании нержавеющих сталей и алюминия. Однако объем ее применения относительно невелик.

Недостатками аргонодуговой сварки являются невысокая производительность при использовании ручного варианта. Применение же автоматической сварки не всегда возможно для коротких и разно ориентированных швов. [1]

Для решения данной проблемы предлагается внедрение новой установки электронно-лучевой сварки (ЭЛС) в общем вакууме. Применение ЭЛС в установках общего вакуумиро-вания вместо аргонодуговой сварки позволит повысить механические свойства сварных соединений, увеличить удельные массогабаритные характеристики корпусных элементов изделий РКТ, снизить энергопотребление и себестоимость изготовления корпусных конструкций.

Если сравнивать ЭЛС с лазерной сваркой, то нужно отметить, что лазерная сварка имеет несколько недостатков по сравнению с ЭЛС:

- высокая сложность и стоимость оборудования;

- низкий коэффициент полезного значения лазеров, примерно 0,01 - 2,0%;

- неспособность сваривать изделия с большой толщиной.

Габаритные размеры сварива«

ЭЛС в сравнении с другими способами сварки плавлением позволяет обеспечить очень высокую скорость процесса: до 60 м/мин (1 м/с) при плотности мощности до 107 Вт/см2. При ЭЛС плиты толщиной 200 мм за один проход со скоростью 1,25 мм/с длительность сварки шва длиной 1 м составляет 13,3 мин/м.

В рамках федеральной целевой программы «Развитие оборонно-промышленного комплекса Российской Федерации на 2011-2020 годы» состоялся конкурс на выполнение опытно-конструкторских работ (ОКР) по созданию опытного образца установки ЭЛС в общем вакууме с заданными массогабаритными характеристиками.

Основная цель данных ОКР - это разработка технологии и изготовление опытного образца установки электронно-лучевой сварки в общем вакууме для сборочных единиц корпусных изделий РКТ из перспективных алюминиевых сплавов с улучшенными массогабаритными характеристиками.

Изготовление опытного образца установки общего ва-куумирования и освоение технологии ЭЛС сборочных единиц из перспективных алюминиевых сплавов позволит создать необходимые производственные мощности рассматриваемого предприятия для выполнения этапа технической подготовки производства, изготовления опытных образцов и макетов изделия, отработать технологию электронно-лучевой сварки и изготовления сборочных единиц изделия с увеличенными габаритно - массовыми характеристиками.

Решение проблемы сварки корпусных изделий с большими габаритами требует не только увеличения размеров вакуумной камеры разрабатываемой установки, но и изготовления технологической оснастки соответствующих размеров.

Данная часть ОКР будет выполняться на исследуемом предприятии. В техническом задании на выполнение ОКР предусмотрены следующие основные требования к разрабатываемой технологической оснастке для установки ЭЛС:

- средняя наработка оснастки для ЭЛС на отказ не менее 2200 ч.;

- гарантийный срок эксплуатации оснастки для ЭЛС не менее 12 мес.;

- полный средний срок службы не менее 15 лет;

- средний ресурс технологического комплекса до списания должен быть не менее 40000 ч.

Оснастка для установки ЭЛС в общем вакууме корпусных деталей должна обеспечить сборку-сварку образцов имитаторов и основных типов сборочных единиц со следующими максимальными габаритами, представленными в таблице.

Таблица

ых изделий на манипуляторе, мм

Параметры Значение

Диаметр 4000

Длина 4000

Толщина стенки 100

Опытный образец установки ЭЛС в дальнейшем будет использоваться при серийном изготовлении нового изделия. Сравнительный анализ габаритно - массовых характеристик показывает увеличение габаритных размеров ДСЕ вновь осваиваемого изделия по длине в 2,32 - 2,47 раз, по диаметру в 1,58 - 1,84 раз, массовых в 3,46 - 8,35 раз. Наличие в производстве технологии электронно-лучевой сварки

и универсального оборудования позволит уменьшить сроки отработки технологии, снизить в целом затраты на технологическую подготовку производства. Изготовленная технологическая оснастка для установки ЭЛС позволит выполнять нужные технологические процессы эффективно.

Важнейшей стадией жизненного цикла создания РКТ являются опытно-конструкторские работы. На этой стадии

разрабатывается конструкторская документация: техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочая конструкторская документация [2, с. 403-407].

Конструкторская подготовка производства включает проектирование новой продукции и модернизацию ранее производившейся, а также разработку проекта реконструкции и переоборудования предприятия или его отдельных подразделений.

Конструкторская подготовка изготовления технологической оснастки в рамках данного проекта включает следующие этапы:

- разработку конструкторской и технологической документации;

- изготовление опытных образцов;

- приемку результатов ОКР [3].

Техническое задание является основным исходным документом для выполнения данных ОКР.

Результатом конструкторской подготовки является разработка чертежей.

На предприятиях ОПК после получения конструкторской документации (КД) на изделия проводятся следующие основные работы:

- выпуск приказа генерального директор об изготовлении технологической оснастки на производстве;

- рассмотрение КД на технологичность изготовления техническими отделами;

- разработка сетевого графика;

- выдача согласованной на технологичность КД в производство;

- разработка календарного графика;

- разработка мероприятий по технологической подготовке производства цехами предприятия [3].

Перед запуском в производство оснастки, КД на разработанное изделие должна быть представлена для оценки экспертной комиссии.

КД, откорректированная по замечаниям экспертной комиссии, запускается в производство для изготовления опытных образцов приказом генерального директора. Запуск КД в производство осуществляется по распоряжению технического директора предприятия.

Продолжением работ по конструкторской подготовке изделия является технологическая подготовка производства.

Для завершения технологической подготовки на предприятии требуется наличие полного комплекта технологической документации и средств технологического оснащения, обеспечивающих производство изделий.

Основанием для проведения работ по технологической подготовке производства по изготовлению технологической оснастки являются:

- КД;

- приказ генерального директора о постановке продукции на производство;

- распоряжение технического директора;

- договор с заказчиком;

- сетевой график;

- календарный график;

- план технических мероприятий;

- заявка заказчика на стандартные средства технологической оснастки (СТО) и на дублеры специальной оснастки [4].

Техническая экспертиза конструкции изделия должна осуществляться в соответствии с запланированными мероприятиями, с целью удостовериться, что выходные данные проектирования и разработки соответствуют входным требованиям.

На следующей стадии жизненного цикла проекта проводятся испытания изделия и его элементов на работоспособность, собираемость, безотказность, ремонтопригодность, контролируемость, технологичность без затрат материалов, энергии, станочного и рабочего времени и подготовка к запуску в производство [2, с. 403-407].

После изготовления установка ЭЛС должна пройти предварительные испытания с целью определения соответствия изделия требования ТЗ и КД. А также для принятия решения о возможности представления оснастки для проведения приемочных испытаний.

После изготовления и испытаний технологическая оснастка будет смонтирована в опытный образец установки ЭЛС, который в дальнейшем будет использоваться при серийном изготовлении нового изделия на рассматриваемом предприятии ОПК.

В любом проекте существуют определенные риски. Наиболее вероятные риски данного проекта заключаются в следующем:

- несвоевременное финансирование работ заказчиком, рост цен на материалы;

- несвоевременная поставка материалов, приводящая к сбоям в производственном процессе, нарушению плана -графика по ОКР;

- технологическое несоответствие оборудования производственному процессу, отсутствие сырья и материалов на складе, низкая квалификация рабочих.

В предлагаемом проекте, для минимизации рисков и сокращения потерь предприятия, предусмотрены методы их снижения. Что позволит предприятию в срок и с запланированными затратами выполнить свои обязательства перед заказчиком.

Таким образом, разрабатываемый проект имеет большое значение для предприятия. Он является первым этапом и дает определенный «толчок» к технико-технологическому развитию данного предприятия и отрасли в целом.

Литература

1. Аргонодуговая сварка (Электронный ресурс) - Режим доступа: http://www.osvarke.com - Загл. с экрана.

2. Латышенко Г.И., Сычева Е.М., Анищенко Ю.А. Оценка и мониторинг рисков космических проектов //Фундаментальные исследования (Электронный ресурс), 2015. №7, часть 2: 403-407. - Режим доступа:

http://www.fundamental-research.ru/ru/article/ view?id=38708 - Загл. с экрана.

3. Стандарт предприятия. Производство средств технологического оснащения. Организация и управления процессом изготовления средств технологического оснащения. Определения [Текст]: АО «Красмаш» 2003. - 15с.

4. Стандарт предприятия. Производство средств технологического оснащения. Порядок выполнения работ по технологической подготовке [Текст]: АО «Красмаш» 2003.- 10 с.