Конкурентноспособность центробежнолитых заготовок для пальцев

КРАТКАЯ ИДЕЯ БИЗНЕС ПЛАНА и БИЗНЕС ПРЕДЛОЖЕНИЕ: ПРОИЗВОДСТВО ЗАГОТОВОК БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ

ПАЛЬЦЕВ

СОДЕРЖАНИЕ

1. Общие характеристики проекта.

Миссия проекта

Общие характеристики проекта.

Существующий технологический процесс производства биметаллических пальцев, гаек, нипелей, муфт, роликов и др.

Предлагаемый технологический процесс производства центробежнолитых биметаллических пальцев

2. Особенности использования пальцев

3. Конкурентоспособность центробежнолитых пальцев для гусеничных тракторов

4. Конкурентоспособность центробежнолитых заготовок для роликов роликоподшипников (на примере МПС)

5. Форма собственности

6. Маркетинговые характеристики проекта.

Предполагаемый объем производства и характеристики потребления пальцев.

Поставщики и производители пальцев.

Патентная чистота проекта

7. Объем инвестиций

8. Стадии проекта

9. Финансовые показатели проекта.

Смета затрат на проект.

Производство заготовок на ЧЛМЗ.

Производство проката на ЗТЛ

Организация производства на КБ КОНТЕЙНЕР

Организация сбыта заготовок в России.

Организация сбыта заготовок в Европе.

Расчет минимальной прибыли.

9. Дополнительные конкурентные преимущества

 

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОЕКТА

Пальцы применяются чрезвычайно широко во всех гусеничных машинах и механизмах, где осуществляются силовые передачи. Так, только на один гусеничный ход требуется до 150 пальцев при длине до 600-1000мм, с нормативным сроком использования до 5000 часов, что недостаточно.

В настоящее время пальцы изготавливают из цементованных сталей. В то же время существующие технологии центробежного литья биметаллических заготовок и прессования позволяют повысить стойкость пальцев по сравнению с обычными, как минимум в 5-8 раз.

Проект разработан для замены цементованных пальцев типа 12ХГТ пальцами из центробежнолитых биметаллических заготовок композиции ст30+ Х12М в гусеничных ходах энергонасыщенных и тяговых тракторах, бульдозерах, экскаваторах и др.

Дополнительно может быть использован для роликов роликоподшипников с значительным запасом ресурса.

Проект рассчитан на полное использование мощностей ЧЛМЗ, включая производство центробежного литья заготовок, термическую и механическую обработку и полное использование мощностей КБ КОНТЕЙНЕР по производству готовых пальцев или роликов.

 

СУЩЕСТВУЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА

Пальцы производятся на машиностроительных заводах, имеющих в своем составе термические цеха и цеха механической обработки из калиброванного проката. Дополнительно должен иметься измерительный инструмент.

Типовой технологический процесс:

1. Изготовление слитка и прокат из качественной стали, как правило, 40Х, 18ХГТ, ст 20, 12ХН3МА и др., зачистка, проверка. термообработка и зачистка, проверка на наличие трещин

Прокат осуществляется на обычных сортовых прокатных станах с использованием специальных оправок из высоколегированной жаропрочной стали с большим коэффициентом термического расширения, позволяющим обеспечить легкую выемку оправочной проволоки после прокатки. Технология создана в МИСиС и применяется для буровых сталей (Серовский металлургический завод), отработана для подшипниковых сталей (МИСиС). Оптимально дальнейшее повышение качества проката при прокатке на сталепрокатных заводах.

2. Токарная, сверлильная, шлифовальная и др. виды мех обработки.

3. Цементация по кооперации, зачистка, проверка на наличие трещин. В зависимости от марки стали – объемно-поверхностная закалка или поверхностная закалка.

4. Окончательная механическая обработка и термическая индукционная обработка для получения окончательной твердости поверхности и контроль поверхности.

5. Окончательная шлифовка

7. Окончательный контроль качества поверхности и допусков.

 

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ПАЛЬЦЕВ

1. производство биметаллической заготовки полого сечения в точном кокиле.

2. Разрезка на мерные заготовки под прессование

3. Прессование методами горячей деформации или выдавливания с индукционного нагрева. Для диаметров меньше 42мм – прокатка на сортопрокатных станах.

4. Операции механической, термической обработки и контроля в соответствии с вышеприведенной традиционной технологией.

 

ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ПАЛЬЦЕВ

Пальцы являются одними из самых быстроизнашивающихся элементов ходовых механизмов тракторов, гусеничных кранов, бульдозеров, экскаваторов и др. Так, по данным нормативных документов, срок службы пальцев примерно в 2 раза меньше чем сопряженного звена – трака. Таким образом, плановый срок службы всего гусеничного ходового механизма зачастую ограничен сроком службы пальцев.

       В процессе работы пальцы испытывают значительные контактные и изгибные напряжения, трение скольжения с абразивным износом. Специфическим видом излома являются усталостные сколы, задиры, изгибы наиболее нагруженных участков и их излом.

Главные требования к пальцам, которые можно изготавливать методами центробежного литья:

1. Используемые стали – обеспечивающие высокую износостойкость на поверхности и вязкую сердцевину с высоким сопротивлением напряжениям среза.

2. Рабочие диаметры – 20-40мм

3. длина –30-150мм

4. Высокая нагрузочная способность

5. способность длительное время работать без износа, обеспечиваемое высокой твердостью до 62 НРС.

6. Наличие сертификата на материалы.

 

КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТЬ ЦЕНТРОБЕЖНОЛИТЫХ ЗАГОТОВОК ДЛЯ ПАЛЬЦЕВ

Центробежнолитые заготовки пальцев являются конкурентоспособными по следующим параметрам:

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ЦЕМЕНТОВАННЫМИ ЗАГОТОВКАМИ

1. Возможность сохранения литой структуры, наиболее устойчивой к истиранию

2. Плотная структура без раковин и других литейных дефектов

3. Возможность специфического распределения легирующих элементов соответствующих поверхностям наибольшего трения, как например, концентрация карбидов и карбонитридов на поверхности трения, при этом они не выкрашиваются как при волокнистой мелкозернистой структуре

4. Отсутствие операции цементации и азотирования

5. Повышение коррозионной стойкости на поверхностях трения и предотвращения электрохимического износа

6. Создание специфических биметаллических поверхностей для формирования специального износостойкого слоя на рабочей поверхности. Эти же слои позволяют достичь большей твердости после термической обработки, чем при использовании типичных сталей типа 40Х.

7. Изготовление нескольких заготовок прутков с одной плавки с последующей их отрезкой на мерные заготовки.

8. Отсутствие самоотпуска при локальных разогревах трущихся поверхностей при температуре выше температуры мартенситного превращения.

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ПРОКАТОМ

9. меньшая трудоемкость и время производства по сравнению с прокатанными и заготовками.

10. Лучшая устойчивость полого стержня к характерным условиям эксплуатации пальца, как нормальным, касательным напряжениям, так и напряжениям среза за счет устранения стесненной деформации.

11. Повышение общего срока службы трак + палец (показано экспериментально, но требует доработки)

12.  Изготовление пальцев большего диаметра по сравнению с теми, которые можно получить из калиброванного проката.

13. Использование более широкого диапазона износоустойчивых композиций составов сталей, например, для специфических условий работы пальцев.

14. Использование биметаллических отливок с износостойким поверхностным слоем, или подвергающихся износу.

15. меньший вес полой заготовки по сравнению со сплошным стержнем из проката.

16. Более износоустойчивая макроструктура стали, формирующаяся при литье и которую невозможно получить из проката. При этом на поверхности пальца формируется наиболее устойчивая узорчатая структура, более отвечающая характеру износа, чем при текстуре обычного проката.

17. Возможность самоохлаждения пальца при работе за счет наличия отверстия в пальце

18. Одновременное сопротивление пальца различным видам износа

19. Повышенная нагрузочная способность для пальцев, испытывающих частые знакопеременные нагрузки (прямой ход + реверс)

20. Хорошее сопротивление напряжениям в различных фазах зацепления.

21. Возможность формирования структуры, отвечающей различным условиям работы пальца: высокой скорости; высокой нагруженности, реверсивности, типу передачи, (закрытой, открытой, с большим количеством абразива), с повышенной виброактивностью, повышенной задиростойкостью

22. Возможность структурного дендритного упрочнения, позволяющее иметь

22.1. повышение общего ресурса гусеничного хода

22.2. Хорошее сопротивление композитной дендритной структуры напряжениям, возникающим при изгибе и соответствующая меньшая вероятность поломки пальца

22.3.  Хорошее сопротивление дендритной структуры выкрашиванию от действия контактных напряжений

23. Нет необходимости в предварительных операциях проработки осевой части заготовок при прокате и горячей деформации, поскольку центробежное литье обеспечивает как удаление большей части ликватов, так и неметаллических включений

24. По сравнению с прокатом будут отсутствовать строчечные дорожки, выходящие на поверхность зуба при его нарезании, являющееся источником концентрации напряжений

25. При использовании центробежнолитых заготовок можно использовать высокопроизводительное прессовочное оборудование.

26. Возможен переход от горячего к полугорячему прессованию, что позволит сократить потери на окалину и производить прессование в чистовых ручьях. Практически можно отказаться от газовых печей нагрева

27. Механические свойства прессованных прутков из центробежнолитой отливки гарантировано выше, чем у заготовок из проката по ГОСТ 1050 и ГОСТ 380.

28. Абсолютно точное соответствие оси внутреннего и внешнего диаметров, что гарантирует меньшие припуска на прессование, меньшее усилие прессования и точность заготовки, а также отсутствие биения при механической (токарной и бесцентровошлифовальной обработке)

29. Новым эффектом, которые можно реализовать для повышения прочностных свойств пальца из центробежнолитой заготовки является формирование композитной структуры методами литья, что позволит сформировать наиболее износоустойчивую узорчатую структуру, более отвечающей характеру изменения напряжений, чем при макроструктуре проката.

 

ПО СРАВНЕНИЮ С ТЕХНОЛОГИЕЙ РЕМОНТА ТРАКОВ

30.  Можно рассмотреть возможность комплексной поставки износостойких пальцев и сопряженных износостойких втулок, вкладываемых в посадочное отверстие трака. Это решение увеличит срок службы гусеничного хода в целом и будет определяться только условиями скольжения трака по поверхности.

 

 

КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТЬ ПОЛЫХ ЗАГОТОВОК СТАЛИ ШХ4 и КОМПОЗИЦИИ ст +Х12М ДЛЯ РОЛИКОВ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ

 

ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛЫХ РОЛИКОВ.

Анализ условия и опыта эксплуатации, а также повреждаемости колец и тел качения буксовых подшипников вагонов и локомотивов показал, что их долговечность оказывается существенно ниже расчетной.

Преждевременный выход из строя цилиндрических роликовых подшипников связан как с неблагоприятными условиями эксплуатации в отношении перегрузки подшипников за счет перекосов и маятниковых колебаний тележки, повышенных динамических нагрузок из-за чрезмерной жесткости пути, так и с дефектами металла и недостатками технологии изготовления деталей. Соотношение различных видов повреждений подшипников со временем изменяется вследствие совершенствования конструктивных параметров и технологии изготовления деталей. Так внедрение стали ШХ4 и объемно – поверхностной закалки и внутренних колец полностью ликвидировало разрушение бортов и разрывы колец в эксплуатации.

В настоящее время повреждаемость наружных колец, установленных неподвижно, и поэтому воспринимающих контактные нагрузки одной и той же зоной является основной причиной разрушения. Применение полых упругоподатливых роликов - эффективное направление для снижения уровня контактных напряжений за счет применения полых упруго-податливых роликов.

В настоящее время подобных решений нет (SKF, FAG, Timken), очевидно из-за опасений, усталостного разрушения роликов при упругом прогибе стенки в условиях длительного циклического нагружения.

Однако эта проблема может быть устранена за счет выбора рационального параметра пустотелости, обеспечивающего надежную работу ролика при напряжениях, заведомо ниже их предела выносливости и оптимального выбора стали и технологий термической обработки стали. Опыт промышленной прокатки подобных полых заготовок имеется с удовлетворительным качеством, как по наружной, так и по внутренней поверхности.

Большинство преимуществ полых роликов для подшипников будет аналогично приведенным выше.

Кроме них специализированными конкурентными преимуществами являются:

1. Применение – в буксах грузовых и пассажирских вагонов с короткими цилиндрическими сплошными роликами типа 42726Л и 232726Л1 с габаритами 130х250х80мм.
2. Применение специальных композиций подшипниковых сталей позволит снизить трудоемкость, в частности, заменить электрошлаковый переплав на изготовление в кокиле с заливкой под шлаком или без него.
3. Общими тенденциями является изготовление роликов и колец подшипников из марок, подвергающихся объемно-поверхностной закалке при индукционном нагреве.
4. В соответствии с программой МПС «Стратегия научно-технической политики в новых условиях работы железнодорожного транспорта» особое внимание должно быть уделено повышению уровня стойкости подшипников. Это связано с повышением скорости движения грузовых и пассажирских поездов, увеличением осевых нагрузок, повышением жесткости рельсового пути на бетонных шпалах.
5. Применение новых полых роликов не будет связано с принципиальными изменениями конструкции буксового узла и тележек, а также использованием дефицитных и дорогостоящих легированных сталей и технологий, отсутствующих на подшипниковых заводах РФ,
6. За счет упругой деформации полых роликов увеличиваются площадки контактов роликов с кольцами, выравниваются нагрузки на передний и задний подшипник в буксе, снижаются напряжения при взаимодействии колец и роликов, что позволяет значительно повысить долговечность подшипников. Положительный эффект проявляется также и в улучшении условий смазки, уменьшении проскальзывания, более благоприятном температурном состоянии подшипника. Появляется возможность саморегулирования охлаждения ролика за счет интенсивного захвата воздуха. При использовании медистой подложки теплообмен может быть выравнен по всей поверхности ролика без участков локального повышения температур, что в свою очередь избавит от прижогов, перегревов ролика, появления мягких пятен в результате самоотпуска.
7. Безопасная и длительная работа подшипника и гарантированное предотвращение разрушения полых роликов от знакопеременных напряжений изгиба на внутренней поверхности достигается выбором оптимального диаметра отверстия (параметра пустотелости) а также выбором стали и метода упрочнения, обеспечивающим длительную циклическую долговечность ролика.
8. При оптимальном значении параметра пустотелости рабочие напряжения на внутренней поверхности не превышают 150МПа, при максимально возможной нагрузке 20кН и ролик обеспечивает двухкратный запас прочности по изгибающим напряжениям. Подтверждено экспериментально.
9. Экспериментально подтверждено, что при применении полых роликов с оптимальным размером пустотелости ширина площадок контакта роликов и колец увеличивается в 1,25 раза по сравнению со сплошными роликами, что по расчетам соответствует возрастанию долговечности подшипника более чем в 4 раза.
10. Основной эффект применения полых роликов связан со снижением в 1,25 раза нагрузки на центральный ролик за счет более рационального использования для этого соседних роликов, выравниванием нагрузки вдоль образующей ролика, а также с обеспечением более равномерного распределения радиальной нагрузки между передними и задним подшипниками буксового узла. Экспериментально установлено при исследовании вагонных подшипников на стенде в буксе грузового вагона при радиальной нагрузке 100кНпо методике ВНИИЖТ.
11. Опытная проверка на стендовых испытаниях имитирующих пробег оснащенных ими подвижного состава в 250 тыс. км на полых роликах не возникало каких - либо повреждений.
12. Эксплуатационные испытания вагонных подшипников со сплошными и полыми роликами на экспериментальном кольце ВНИИЖТ в течение 4х лет составляет: Пробег колесных пар с полыми роликами 400 тыс. км под полностью груженными вагонами, в том числе 200 тыс. км под нагрузкой 21,5т \ось и около 200тыс км под нагрузкой 25т\ость, что эквивалентно пробегу в обычной эксплуатации примерно 1 млн. км. За учтенный пробег по контактно-усталостному выкрашиванию не было выбраковано ни одной детали подшипников, работающих с полыми роликами. Выход обычных подшипников по выкрашиванию наружных и внутренних колец за пробег 2000 тыс. км при нагрузке 25 т\ось составила 10%. Ориентировочный экономический эффект составляет до 89,9 млн. руб. (цены 1996 года) в расчете на выпуск 1 тыс. подшипников. Повышение долговечности в 2,85 раза и более при соблюдении требований безопасной длительной эксплуатации на железнодорожном транспорте.
13. Расчетная оценка по формулам Лундберга и Пальгремна показала, что долговечность подшипника с полыми роликами возрастает почти в 3 раза и составляет 1600 тыс. км по сравнению с 560 тыс. км для подшипников со сплошными роликами.
14. Создание технологии изготовления упругоподатливых полых роликов позволит создать базу для экономичного переоснащения парка действующих пассажирских и грузовых вагонов.
15. Однократность закалки всех поверхностей с одного нагрева.
16. Экологическая чистота процесса закалки полых роликов в связи с отсутствием защитных атмосфер и закалочного масла.
17. Простота оборудования и возможность его изготовления на подшипниковых заводах в короткие сроки.
18. Более подробно см. заключение и результаты исследований ВНИИЖТ

 

4. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОСТАВКИ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ОТВЕТСТВЕННОСТИ И ФОРМА СОБСТВЕННОСТИ

Проект предлагается проводить в рамках КБ КОНВЕЙЕР, ЗТЛ и ТСС ИНЖИНИРИНГ по агентскому договору с ЧЛМЗ.

4.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ПОСТАВКИ

ЧЛМЗ и ТЕХНОСПЕЦСТАЛЬ - ИНЖИНИРИНГ – производство и поставка центробежнолитых биметаллических заготовок

4.2. ЗТЛ – освоение и производство полого проката – заготовки для роликов и пальцев, и др.

КБ КОНВЕЙЕР – изготовление пальцев и роликов.

СОВМЕСТНО – сбыт продукции как отдельно (пальцы) так и в комплекте с траками (в настоящее время освоены ЧЛМЗ), совместное предложение на заводы по производству шарикоподшипников.