ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Многопроходное продольное раскатывание осесимметричных профилей, например конусной поверхности анодных штырей электролизеров в холодном состоянии.

Рекомендуемая область пременения

Изобретение относится к обработке металлов давлением в холодном состоянии и может быть использовано в машиностроении для профильного раскатывания деталей с осесимметричным поперечным сечением, например, шлицев, зубьев, многогранников, цилиндров, конусов и т.д.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта - создание новой технологии и оборудования для холодного многопроходного раскатывания конусных поверхностей стержневых деталей типа анодных штырей электролизеров. Это позволит осуществить малоотходное производство деталей с качественной конусной поверхностью с шероховатостью  не более 0,63 мкм.

Реализация разработки позволит увеличить производительность, экономить на каждой детали до 30 кг металла, ранее уходившего на стружку, улучшить качество токонесущей поверхности конуса анодных штырей.

Принцип работы раскатного стана заключается в постепенном обжатии цилиндрической поверхности заготовки  профильными   роликами за несколько двойных ходов привода  с размещенной в нем раскатной головки с поворотом заготовки на определенный угол после каждого двойного хода, заготовка в процессе раскатки удлиняется и достигает чертежной длины по окончании цикла раскатки.

Конструкция раскатного стана защищена двумя патентами, и не имеет аналога в России и за рубежом.

Изготовлен  опытный образец стана для проведения экспериментальных работ.

Необходимо провести комплекс научно – исследовательских  экспериментальных работ по оптимизации схемы и процесса раскатки, разработать конструкцию стана, реализующую разработанный процесс прокатки,  идеи и конструктивные решения по вышеуказанным патентам.

Способ защиты интеллектуальной собственности выбран был заявителем по имеющимся на тот момент у заявителя сведениям о способах защиты НИОКР, а именно:

1. Свидетельство на полезную модель № 9407 от 16.03.1999г.

2. Патент на изобретение № 2200071 от 10.03.2003г.

3. Патент на изобретение № 2227768 от 27.04.2004г.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Рынок анодных штырей электролизеров в алюминиевой промышленности в настоящее время сформирован  и достаточно устойчив – это Братский алюминиевый завод (БрАЗ), Красноярский алюминиевый завод (КрАЗ).

Анодный штырь представляет собой цилиндрическую деталь диаметром 136 мм, длиной 2090 мм, на одном конце которого имеется конус диаметром от 136 мм до 100 мм, длиной 1080 мм, который в настоящее время получают обработкой на токарном станке, что связано с значительным (30 мин.) временем обработки и переводом 30 кг металла в стружку.

Предлагаемая технология и оборудование позволяет раскатывать конусную поверхность на штырях пластической деформации, что позволяет экономить время обработки (около 9 мин.), металла (до 30 кг.) и получать качественную поверхность, что благоприятно сказывается на токонесущей способности штыря.

Потребность рынка в настоящее время составляет 70 –80 тыс. штырей в год с тенденцией роста количества в связи с форсированием режима работы электролизеров. Вся номенклатура штырей с вышеуказанной конусной поверхностью выполняется в настоящее время только на токарных станках.

Известен стан для продольного раскатывания осесимметричных профилей, содержащий станину, закрепленные по ней бабки, силовой привод, раскатную головку с раскатными роликами, зажимные центры (а.с. СССР №911816, В 21 Н 1/22, В 21 Н 7/14, 20.03.73).

      Недостатком данного изобретения является недостаточная производительность устройства из-за наличия холостых ходов при начале каждого рабочего хода силового привода, а также сложная электрическая схема стана.

      Известен стан для продольного раскатывания осесимметричных профилей, содержащий станину, закрепленные на станине бабки, силовой привод, раскатную головку с раскатными роликами, зажимные центра (П.М., Россия, №9407, заявка №98108168, В 21 Н 7/14, 30.04.98 - прототип).

      Недостатком данного изобретения является недостаточная производительность из-за наличия холостых ходов при раскатывании деталей, сложная электрическая схема, недостаточные технологические возможности из-за ограничения типоразмеров раскатываемых деталей.

     Задачей данного изобретения является расширение технологических возможностей за счет увеличения количества раскатываемых деталей, повышение производительности, упрощение схемы управления.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен схематический чертеж стана, на фиг.2 - гидравлическая и электрическая схемы стана.

Стан для продольного раскатывания осесимметричных профилей (фиг.1) состоит из станины 1 с закрепленными на станине бабками 2 и 3, привода 4 с раскатной головкой 5, зажимных центров 6, гидроцилиндров зажима заготовки 7. Гидроцилиндр зажима заготовки 7 гидравлически связан с гидроцилиндром управления 8, на штоке которого закреплен подвижный контакт концевого выключателя 9.

Объем поршневой полости в гидроцилиндре управления 8 равен объему штоковой полости гидроцилиндра зажима заготовки.

Подвижный контакт концевого выключателя 9 взаимодействует с концевыми выключателями (ВК) 1 и 2 (на чертежах не показано). Работа гидравлической системы управляется электрической схемой (на чертежах не показана).

Стан для продольного раскатывания осесимметричных профилей работает следующим образом.

Исходное положение механизмов стана (фиг.2) следующее.

Гидроцилиндр 7 разжат, положение поршня - левое по схеме, во время разжима полностью заполняется полость в гидроцилиндре 8 управления, положение подвижного контакта концевого выключателя 9 - правое по схеме, положение привода 4 с раскатной головкой 5 - левое.

Заготовка a под раскатывание подается специальным механизмом (на чертежах не показано) на линию зажимных центров 6 и зажимается гидроцилиндром 7 бабки 2, при включении электромагнита V₂, распределителя Р₁, одновременно проверяется правое положение поршня гидроцилиндра 8 с закрепленным на его штоке подвижным контактом концевого выключателя 9, так как в линии слива распределителя Р₁ существует небольшой подпор (гидравлическое сопротивление). Зажим закончен, распределитель Р₁ устанавливается в среднее положение, включается привод 4 с раскатной головкой 5 и движется вправо (по схеме), осуществляя раскатку детали а до ВК₂. В это время заготовка а удлиняется в процессе раскатки, поршень гидроцилиндра 7 зажима заготовки смещается влево, вытесняя рабочую жидкость из полости 2, через клапан КП₁ по линии e жидкость поступает в полость д гидроцилиндра управления 8, вызывая смещение поршня гидроцилиндра управления 8 влево, рабочая жидкость из полости в гидроцилиндра управления 8 по линии ж перетекает в полость б гидроцилиндра зажима заготовки 7, а так как объемы этих полостей равны, смещение поршня гидроцилиндра зажима заготовки 7 и поршня гидроцилиндра управления 8 будут также равны и обратный ход привода 4 от ВК₂ до подвижного контакта концевого выключателя 9 будет длинее, чем от подвижного контакта концевого выключателя 9 до ВК₂ за счет удлинения заготовки а.

После окончания цикла полной раскатки заготовки а, производится режим готовой детали (раскатной заготовки а), одновременно устанавливается исходное (правое по схеме) положение подвижного контакта концевого выключателя 9, схема готова к началу следующего цикла.

Таким образом предложенный стан для продольного раскатывания осесимметричных профилей имеет следующие преимущества:

а) повышается производительность за счет исключения холостых ходов при начале каждого рабочего хода привода с раскатной головкой;

б) упрощается электрическая схема за счет исключения промежуточных концевых выключателей;

в) расширение технологических возможностей за счет исключения зависимости от диаметра исходной заготовки, величины радиальных подач раскатных роликов, числа рабочих ходов раскатной головки, типоразмеров раскатываемых деталей.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

       В АО АНИТИМ для осуществления технологии многопроходного продольного накатывания разработана целая гамма станков. Оборудование успешно работает более чем на 25 предприятиях России, стран СНГ и в Болгарии. По целому ряду параметров технология и оборудование АО АНИТИМ не уступает лучшим зарубежным и отечественным образцам, о чем свидетельствуют отзывы специалистов и ряд медалей и дипломов с отечественных и зарубежных выставок. Так, например, по производительности в диапазоне модулей от 1,5мм и более шлицев оборудование АО АНИТИМ превосходит почти в два раза оборудование фирмы Эрнст Гроб и другие иностранные аналоги, не говоря уже о широких технологических возможностях (осуществлена накатка М = 8 мм). Технология и конструкция станков защищены более чем тридцатью авторскими свидетельствами и запатентованы в ФРГ, СШA, Франции, Италии. Проданы лицензии фирмам «Сома» (Франция), «Микрон» (Швеция), реализован контракт с поставкой двух станков в Болгарию.

На фото 1 - шлиценакатное оборудование.

На фото 2 - шлиценакатная головка (инструмент) и накатные ролики.

На фото 3 -  рабочая зона обработки.

На фото 4 - некоторые образцы обрабатываемых деталей.

Фото 1. Шлиценакатное оборудование

Фото 2. Шлиценакатная головка (инструмент) и накатные ролики

Фото 3. Рабочая зона обработки

Фото 4. Некоторые образцы обрабатываемых деталей

Были начаты работы но накатыванию пустотелых заготовок на гладкой оправке - внутренний диаметр точно копирует диаметр оправки с чистотой на класс выше чистоты оправки, накатывание на шлицевой оправке тонкостенных заготовок по следующей схеме: накатывание тонкостенной заготовки на шлицевой оправке, сведение накатных роликов и накатывание вала. Соединение получается прецизионным, так как при накатывании компенсируется погрешности изготовления накатного оборудования.

Работы были прекращены отсутствием финансирования после 1991 года.

На основе вышеуказанного опыта была разработана технология и опытный образец стана для холодного многопроходного раскалывания конусных поверхностей стержневых деталей типа анодных штырей (фото 5).

Фото 5. Стан для холодного многопроходного раскалывания конусных поверхностей стержневых деталей типа анодных штырей

Принцип работы раскатного стана заключается в постепенном обжатии цилиндрической поверхности заготовки звездообразно расположенными профильными роликами за несколько двойных ходов привода с размещенной в нем раскатной головкой с поворотом заготовки на определенный угол после каждого двойного хода. Заготовка в процессе раскатки удлиняется и достигает чертежной длины по окончании цикла раскатки.

Разница по длине 2090 -1835 = 255 мм.

Экономия металла - 29,3 кг

Экономия на 1 штырь - 527 руб., при цене металла 18 руб. за 1 кг.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Экономия материалов. Реализация разработки позволит экономить на каждой детали до 30 кг металла, ранее уходившего на стружку.

Экономия времени. Позволяет экономить время обработки около 9 мин. и получать качественную поверхность, что благоприятно сказывается на токонесущей способности штыря.

Малоотходное производство деталей.

Новые потребительские свойства продукции

Производство деталей с качественной конусной поверхностью с шероховатостью не более 0,63 мкм.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Изготовлен опытный образец стана для проведения экспериментальных работ. Необходимо провести комплекс научно – исследовательских экспериментальных работ по оптимизации схемы и процесса раскатки, разработать конструкцию стана, реализующую разработанный процесс прокатки, идеи и конструктивные решения по нижеуказанным патентам.

Предлагаемые инвестиции

4,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Интеллектуальная собственность, 5 млн. руб., алюминиевые заводы РУСАЛА (г.Красноярск, Братск, Саяногорск, Новокузнецк, Волгоград).

Возможность и эффективность импортозамещения

Конструкция раскатного стана защищена двумя патентами, и не имеет аналога в России и за рубежом.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

02.10.2006