CC BY
78
Vologda state university, Vologda, Russia
EXTENSION OF OPPORTUNITY OF PROCESSING ON MORTISING MACHINE WITH CNC
Abstract. This article discusses the fundamental technological capabilities of CNC slotting the example of CNC-500-A4 model machine. The wide technological capabilities associated with a set of workers filing the motion and the application universal mortising cutter with carbide cutting part
Keywords: mortising cutter, carbide cutting insert, unified cutter body, CNC
УДК 621.74
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ЛИТЕЙНЫХ
ПРОИЗВОДСТВ Маннанов Азат Хамзиевич, студент-магистрант (e-mail:maaz1313@gmail.com) Галимова Маргарита Петровна, к.э.н, доцент Уфимский государственный авиационный технический университет,
г. Уфа, Россия (e-mail: polli66@mail.ru)
На сегодняшний день литейное производство является одним из самых опасных с позиции экологии и охраны труда. При производстве одной тонны отливок выделяется большое количество выбросов и отходов. Несмотря на такое положение, человечество не может отказаться производства стали и чугуна. Поэтому необходимо модернизировать существующие технологии и разрабатывать новые, более экологически безопасные методы получения отливок. В последнее время в литье для машиностроения используется криотехнология. Применение криотехнологии для получения металлоотливок в песчаных формах позволяет создать малоотходные и безотходные процессы, вытеснением органических материалов из технологии изготовления литейных форм предотвращает загрязнение окружающей среды.
Ключевые слова: Литейное производство, литье, экология, отходы, выбросы, процесс плавки, модернизация, криотехнология
Эффективность производства определяется развитием и появлением новых технологий. Выбор технологии предполагает оценку ее научно-технического и экономического потенциала. Современный уровень конкуренции требует и оценки рыночного потенциала. Выбирая тот или иной вариант технологии кроме технико-технологических характеристик необходимо учитывать и возможность их коммерческого успеха[1]. Коммерческий успех технологии определяется возможностью внедрения в производство и возможностью тиражирования новой технологии и нового продукта, в котором воплощена данная технология в масштабах; позволяющих в полном объеме удовлетворить требования потребителя. Возможность внедрения и тиражирования инновационной технологии характеризует технологиче-
скую восприимчивость предприятия, а соответствие новой технологии запросам рынка характеризует коммерческий (рыночный)потенциал техно-логии)[2].
Многообразие требований к технологиям усложняет процесс принятия решений. Поэтому в данной статье предлагается формирование комплекса требований к технологии литья на основе использования инструмента развертывания (структурирования) функции качества - «Домика качества»[4].
В таблице 1 показана взаимосвязь требований к технологии литья с позиций потребителя и с позиций производителя и инженера. Оценка дана на основе мнений экспертов.
Таблица 1 - Требования к технологиям литья с использованием _«Домика качества»_
Требования потребителя - предприятия, использующего технологию Важность для потребителя Инженерные решения, обеспечивающие удовлетворение требований потребителя
Возможность автоматизации труда Возможность многократного использования форм Новые формовочные материалы Специальная оснастка Внедрение газоочистного оборудования
Снижение трудоемкости процесса(по-вышение производительности) 4 • •
Поддерживание стабильного качество литья 5 ■ ■
Компактность производства. 2 ▲ •
Экологичность технологии 5 ▲ ▲ ■ •
Снижение материалоемкости 3 ▲ • • •
Абсолютная важность 96 99 67 54 54
• - сильная взаимосвязь (9 баллов); ■ - средняя взаимосвязь (6 баллов); ▲ - слабая взаимосвязь( 3 балла)
В литейном производстве предприятие в первую очередь уделяет особо важное значение технологии производства, качеству отливок и возможности автоматизации труда. Это так же видно по домику качества (таблица 1). Экологичность производства предприятие обычно оставляет на послед-
ний план. Но в реальности экологические параметры сильно влияют на производство. Большое количество выбросов приводит к тому, что предприятие выплачивает за это крупные штрафы. Вредные вещества в рабочих помещениях крайне негативно влияют на здоровье работников и тем самым увеличивается расходы на медицинское обслуживание служащих. Загрязнение природы через определенное время будет воздействовать и на здоровье населения и на природные ресурсы. Вопрос экологии крайне важен в любом производстве.
Видно, что наиболее важным инженерными решениями являются автоматизация литейных процессов (96 баллов) и возможность многократного использования форм (99 балла). Они определяют реализацию практически всех требований потребителя, при этом все инженерные решения определяют экологичность технологии. Отказ от одного из них существенно ухудшит атрибуты, востребованные потребителем, а значит снизит рыночный потенциал.
Технологические процессы литейного производства являются одними из самых опасных с позиции экологии и охраны труда. Выбросы в атмосферу, твердые и жидкие отходы литейных процессов являются крайне губительными для окружающей среды. После попадания продуктов данного производства в воду или в почву, экологическое равновесие этих ресурсов навсегда нарушается [5]. При производстве одной тонны отливок из стали и чугуна выделяется около 50 кг пыли, 250 кг оксидов углерода, 1,5-2 кг оксидов серы и азота и до 1,5 кг других вредных веществ (фенола, формальдегида, ароматических углеводородов, аммиака, цианидов). В водный бассейн поступает до 3 куб.м сточных вод и вывозится в отвалы до 6 тонн отработанных формовочных смесей.
Интенсивные и опасные выделения образуются в процессе плавки металла [6]. При этом выброс загрязняющих веществ, химический состав пыли и отходящих газов различен и зависит от состава металлозавалки и степени ее загрязнения, а также от технологии плавки, состояния футеровки печи, выбора энергоносителей. Особо вредные выбросы при плавке сплавов цветных металлов (пары цинка, кадмия, свинца, бериллия, хлор и хлориды, водорастворимые фториды).
Не смотря на такой огромный наносимый вред окружающей среде, человечество не может отказаться от производства стали и чугуна. Эти материалы широко применяются во многих отраслях экономики и промышленности [8]. Поэтому существует большая необходимость в модернизации литейных предприятий, в разработке новых, более совершенных методов производства отливок для того, чтобы уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу. Ключевой целью процесса модернизации должна быть максимально возможное снижение отрицательного воздействия данных производств на окружающую среду и природные ресурсы. Но в тоже время не стоит забывать о сохранении рентабельности, ведь по сути это одна из главных составляющих экономики.
В таблице 2 представлены результаты потребительского бенчмаркинга на основе оценок экспертов и анализа технологий: крио-вакуумная, литье по газифицируемым моделям, литье в кокиль.
Таблица 2 - Веранда «Домика качества». Потребительский бенчмаркинг.
Требования потребителя - предприятия, использующего технологию Потребительский бенчмаркинг
5 4 3 2 1
Снижение трудоемкости процесса (повышение производительности) г/
Поддерживание стабильного качество литья г ч
Компактность производства. ^и1 ▲
Экологичность технологии ▲
Снижение материалоемкости ■ ^ ▲
• - крио-вакуумные технологии литья; ■ - литье по газифицируемым моделям; ▲ - литье в кокиль
В последнее время в литье для машиностроения привлекается криотех-нология [7].
Из таблицы 2 видно, что наилучшим образом обеспечиваются требования к экологичности у крио-вакуумных технологий. При этом данная технология обеспечивает снижение материалоемкости и поддерживает наилучшим образом стабильное качество литья. Это связано с заменой органических материалов или с заменой песчаных форм на лед, и позволяет повысить экологическую безопасность. При наличии модели изо льда, исключено горение связки в песчаной смеси и вывоз на отвалы песчаных отходов. Применение криотехнологии для получения металлоотливок в песчаных формах позволяет создать малоотходные и безотходные процессы, вытеснением органических материалов из технологии изготовления литейных форм предотвращает загрязнение окружающей среды. Высокие нормы ресурсосбережения достигаются повторным использованием формовочных материалов. Поскольку с каждым годом в мире неуклонно возрастает производство отливок литьем по разовым моделям, которое дает точное литье, способствуют уменьшению металлоемкости отливок и наиболее приближает их к конечной детали, то литье по моделям из замороженной воды относится именно к такого рода специальных способов литья.
Главной статьей затрат на получение отливок по ледяным моделям является электроэнергия, которая в основном идет на замораживание модельной жидкости, формовку и сушку песчаной формы [9]. Стоимость 130 кг модельной жидкости, состоящей не менее 90 % из технической воды составляет $1/ м3 0,143м3 =$0,143. Стоимость других добавленных в нее
компонентов до 10% по массе, в основном жидкого стекла натриевого (ГОСТ 13078-81) плотностью не ниже1,36 г/см3, составляет не более $12,5 на тонну отливок. Следующая статья затрат касается сухого покрытия, наносимого на ледяные модели толщиной до 2-3 мм и составляющего основу оболочковой формы после выплавления модели. Объем присыпки для приближенных расчетов можно принять равным 15%объема модели, или 21 дм3, что по массе составляет 32 кг на тонну отливок. Основная составляющая присыпки - кварцевый песок мелкой фракции с добавкой гидра-ционных вяжущих, твердеющих в контакте с водой (гипс, цемент и т. п.). Стоимость разработанного по НИР состава присыпки ~ $0,19/кг, а стоимость 32 кг присыпки, расходуемой на 1т отливок, составляет $6.
Для получения оболочковой формы ледяную модель с покрытием помещают в металлический контейнер, который заполняют сухим песком, выплавляют модель нагреванием теплопередачей от окружающего песка с температурой воздуха в помещении цеха (+20°С), горячей водой или теплым воздухом. Ледяная модель в процессе таяния частично пропитывает присыпку с прилегающим слоем песка и затвердевает, создавая оболочковую форму. Излишек жидкости откачивается или выливается, а форма подвергается высушиванию с применением вакуума или теплого воздуха. Электрическая энергия затрачивается на расплавление и/или создание вакуума в форме и не превышает расходов на затвердевание и охлаждение ледяной модели, т.е. 13,2 кВтч на 1000 кг отливок, или $0,83, а расходы на сушку такого количества оболочек теплым воздухом составляют до 10 кВтч, т. е. $0,63. К безвозвратным потерям необходимо отнести формовочный песок, входящий в состав оболочки, объем его потерь не превышает потери при ЛГМ, т.е. до100 кг стоимостью $1,25. Стоимость и объем формовочного материала, находящегося в обороте, аналогичны процессу ЛГМ.
Криотехнология является наиболее рациональной при модельном производстве. Процесс пропитки жидкостью обеспечивает сохранность очертаний на месте растаявшей модели. Продолжают проводиться исследования по тепло-, массообменным и физико-химическим процессам. Ученые стремятся довести криотехнологию до промышленного уровня. Они предлагают 3 способа изготовления форм с использованием холодно или химически твердеющих связующих композиций. Криотехнологии во время литья для машиностроения позволяют исключить или минимизировать использование полимеров. Такой процесс производства отливки является экологически безопасным и безотходным производством .Отсутствие финансирования науки, к сожалению, не позволяет быстро довести эту технологию до промышленного применения.
Экологическое сознание людей формирует выбор вариантов технологий, строительства предприятий и использования природных ресурсов, экологическую культуру человечества. Одна из основных задач современного образования - становление экологического способа мышления, формиро-
вание экологического сознания, с целью сохранения экологии не только отдельно взятого государства, но и всей планеты.
Список литературы
¡.Коммерциализация результатов НИОКР //_М. П. Галимова и др. ; Федеральное агентство по образованию, Гос. образовательное учреждение высш. проф. образования Уфимский гос. авиационный технический ун-т, 2008.- 178 с.
2.Зяблицева О.В., Галимова М.П. Основные проблемы коммерциализации результатов инновационной деятельности//Инновационная экономика: перспективы развития и совершенствования: научно-практический журнал, №6, 2016. С.44-51
3.Галимова М.П., Балбабян А.В. Современные бизнес-модели коммерциализации новых технологий // Актуальные проблемы развития хозяйствующих субъектов, территорий и систем регионального и муниципального управления// Материалы XI Международной научно-практической конференции , Курск, 2016, с.73-78
4.Ю. В. Брагин. Путь QFD: проектирование и производство продукции исходя из ожиданий потребителей / Брагин Ю. В., Корольков В. Ф. Изд: ННОУ - 2003 г.
5.А. И. Орехова «Экологические проблемы литейного производства» («Экология производства», № 1, 2005 г., приложение «Металлургия»).
6. «Экология литейного производства» (под редакцией А. Н. Болдина, С. С.Жуковского, А. Н. Поддубного, А. И. Яковлева, В. Л. Крохотина), Брянск, БГТУ 2001 г.
7. Дорошенко В. С. Многовариантность использования ледяных моделей при литье в песчаные формы // Металл и литье Украины. - 2010.- №12. - С. 17 - 26.
8.http://www.modificator.ru/ecology/ecology _problems.html - Экологичес-кие проблемы литейного производства и пути их развития
9. Экологический вестник России: [журнал] -2011 № 11 - М: Эковестник стр. 24-25
Mannanov Aza. Hamzievich, student-undergraduate
(e-mail: maaz1313@gmail.com)
Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia
Galimova Margarita Petrovna,Cand.econ.sien, Associate Professor
(e-mail: polli66@mail.ru)
Ufa State Aviation Technical University, Ufa, Russia
EVALUATION OF ENVIRONMENTAL FRIENDLINESS OF TECHNOLOGY FOUNDRIES
Abstract: Today the foundry is one of the most dangerous productions from the perspective of ecology and labour protection. In the production of one ton of castings, a large amount of emissions and waste is excreted. Despite this situation, mankind can not refuse the production of steel and cast iron. Therefore, it is necessary to modernize existing technologies and to develop new, more environmentally sound methods of producing castings. Recently in the casting for the mechanical engineering involved cryotechnology. The application of cryotechnologies for receiving metallotile in sand molds allows you to create low-waste and waste-free processes, the displacement of organic materials from the manufacturing techniques of casting molds to prevent environmental pollution.
Key words: Foundry, casting, ecology, waste, emissions, the melting process, modernization, cryotechnology.
