Разработка промышленной технологии производства заготовок и инструментов из порошковых быстрорежущих сталей


Краткое описание проекта


Значительная часть высококачественного металлорежущего и штампового инструмента за рубежом производится из порошковых быстрорежущих сталей (ПБС) с уникальной структурой. Структура ПБС содержит сверхмелкое зерно и особо дисперсную, в том числе наноразмерную карбидную фазу. ПБС с такой структурой обладают высокими характеристиками прочности, вязкости и износостойкости. По результатам наших испытаний стойкость сверл, концевых фрез и метчиков диаметром 2-10 мм из ПБС 10Р6М5-МП в 2-6 раз превышает стойкость аналогичного стандартного инструмента из стали Р6М5. В ряде случаев инструмент из ПБС с высоким содержанием дисперсной фазы из карбида ванадия работает лучше аналогичного инструмента из твердого сплава на основе карбида вольфрама с кобальтом. В настоящее время в России ПБС не производятся. Отечественные предприятия, нуждающиеся в высококачественном инструменте, закупают его у зарубежных фирм.
Проектом предусматривается обеспечение отечественного машиностроения высокоэффективным и конкурентоспособным режущим инструментом из порошковых сталей с дисперсной структурой и упрочняющей наноразмерной карбидной фазой.
Проектом предусматривается организация производства заготовок из порошковой бысторежущей стали на одном из металлургических или машиностроительных заводов (металлургический передел) и инструмента в ООО «Томский инструмент» и ОАО «Московский инструментальный завод». Организация производства заготовок из ПБС потребует изготовления промышленной установки центробежного распыления жидкой стали (патент № 79817 от 04.09.2008 г.), а также приобретения двух экструзионных прессов и волочильного стана (ориентировочная стоимость оборудования 150-200 млн. руб., необходимая производственная площадь порядка 5000 м2).
Принципиальным отличием отечественной технологии является применение способов горячей экструзии и радиальной ковки для компактирования порошков без вакуумирования капсул, вместо процесса горячего газостатического прессования (ГИП) вакуумируемых капсул, применяемого за рубежом. Кроме того, технология позволяет производить уникальные биметаллические прутки, не имеющие зарубежных аналогов (патент № 81111 от 10.10.2008 г., № 87374 от 03.06.2009 г.). Основные технологические операции планируемого производства: изготовление (или приобретение на начальной стадии проекта) порошка быстрорежущей стали → изготовление стальных капсул → засыпка порошка в капсулы с титановым геттером → герметизация капсул сваркой → нагрев и экструзия (или радиальная ковка) капсул с порошком → адъюстаж заготовок (удаление стальной оболочки капсулы) → волочение экструдированных прутков → термическая обработка заготовок. Заготовки продаются ООО «Томский инструмент» и ОАО «Московский инструментальный завод» для изготовления концевого инструмента.
Потребителями инструмента являются машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия РФ. Предусматривается экспорт заготовок и инструмента. Выгоды от реализации программы:
1. ООО «Томский инструмент» покупает на рынке заготовки из ПБС по цене 1080 руб./кг. По предварительным расчетам себестоимость прутков из ПБС, изготовленных по предлагаемой технологии составит порядка 800 руб./кг. Таким образом, валовая прибыль при производстве 1000 тонн заготовок в год составит 280 млн. руб.
2. Организатор металлургического передела в кооперации с ООО «Томский инструмент» и с ОАО «Московский инструментальный завод» будет единственным отечественным производителем заготовок и инструмента из порошковой быстрорежущей стали.
Отечественный режущий инструмент из традиционных стандартных сталей Р6М5, Р18 и др. не обеспечивает возросших за последние годы технических требований. По этой причине многие российские машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия, нуждающиеся в высококачественном инструменте, приобретают его у зарубежных фирм. Очевидно, что наша страна, как крупная индустриальная держава, не может и не должна ставить себя в зависимость от импорта инструмента. Следует также учитывать, что в состав инструментальных материалов входят дорогие и крайне дефицитные металлы – вольфрам, молибден, ванадий и кобальт. Поэтому наряду с повышением производительности, стойкости и надежности инструментов исключительную актуальность приобретает проблема разработки ресурсосберегающих технологий, сокращающих расход инструментальных материалов и инструментов при металлообработке.
Реализация предлагаемого проекта обеспечит отечественную промышленность высокоэффективным и качественным металлорежущим инструментом, позволит не менее чем в 3 раза сократить расход инструментальных сталей при резании, а также значительно уменьшит объем импортных закупок инструментов.
Предприятия, письменно подтвердившие заинтересованность в результатах проекта: ОАО «Уралвагонзавод», ОАО «Томский инструментальный завод», ОАО «Московский инструментальный завод», ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр, им. М.В. Хруничева», ОАО «КАМАЗ-инструментспецмаш», ФГУП «Производственное объединение «Баррикады», ФГУП «Ижевский механический завод», ОАО «Завод им. В.А. Дегтярева», ОАО «НПО «Курганприбор», ГУП «Конструкторское бюро приборостроения», ОАО «Кировский завод «Маяк», ООО «ИТО-Туламаш», ФГУП «Уральское оптико-механическое объединение», ОАО «ЛОМО», ОАО «Климов», ОАО «Балтийский завод», ОАО «Пролетарский завод».

Степень готовности проекта


ОАО «ЦНИИМ» совместно с Санкт-Петербургским государственным политехническим университетом в рамках ФЦП «Национальная технологическая база» по госконтракту «Инструмент» в 2007-2009 гг. разработало опытно-промышленную технологию производства распыленных порошков, сортовых прутков и экструдированных заготовок из ПБС 10Р6М5-МП. В ОАО «Полема» на промышленном оборудовании изготовлена партия прутков диаметром от 70 до 8 мм, в том числе, уникальные биметаллические прутки, обеспечивающие значительное снижение расхода быстрорежущей стали при изготовлении крупного инструмента. Кроме того, в ОАО «ЦНИИМ» спроектировано, изготовлено и испытано лабораторное оборудование для центробежного распыления жидкой стали и механического измельчения порошков. (Следует отметить, что создание промышленной установки центробежного распыления жидких металлов даст возможность дополнительно к основной задаче – получение порошка быстрорежущей стали – освоить производство порошков других металлов, например, баббитов, наплавочных материалов и др.).
Из ПБС марки 10Р6М5-МП на ОАО «Томский инструмент» изготовлена партия (более 2000 шт.) фрез Ø 6 мм. Проведены испытания инструмента, подтвердившие его высокую эффективность и конкурентоспособность. Испытания фрез из ПБС в сравнении с фрезами из стандартной стали Р6М5 проведены на ряде предприятий:
ФГУП «Завод им. В.Я. Климова» стойкость выше в 1,8 раз;
ООО «ИТО-Туламаш» стойкость выше в 2 раза;
ФГУП «ПО УОМЗ» стойкость выше в 1,5 раза;
ЗАО «СИЗ Пром» стойкость выше в 4,6 раза;
ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей» стойкость выше в 6 раз.

Продукция проекта


Продуктами металлургического передела являются: горячекатаные прутки Ø 8-30 мм, прутки со специальной отделкой поверхности Ø 2-10 мм; биметаллические прутки с сердечником из дешевой инструментальной стали и наружным слоем из порошковой стали Ø 50-160 мм. Концевой режущий инструмент (сверла, фрезы, метчики Ø 2-40 мм) изготавливается в ООО «Томский инструмент»; биметаллические модульные фрезы, долбяки, шеверы Ø 45-150 мм в ОАО «Московский инструментальный завод». Биметаллические прутки и инструменты не имеют отечественных и зарубежных аналогов.

Основные этапы реализации проекта


Наименование этапа Исполнитель Срок
1. Проектирование промышленной установки центробежного распыления стали. Выбор оборудования, проектирование производственного участка. ОАО «ЦНИИМ» 12 месяцев от начала проекта
2. Приобретение и монтаж экструзионного и волочильного оборудования Предприятие металлургического передела 12 месяца от завершения п. 1
3. Изготовление промышленной установки центробежного распыления стали Машиностроительное предпритие, ОАО «ЦНИИМ» 12 месяцев от завершения п. 1
4. Запуск в эксплуатацию промышленной установки центробежного распыления стали. Предприятие металлургического передела, ОАО «ЦНИИМ» 3 месяца от завершения п. 3
5. Изготовление капсул, упаковка капсул порошком с титановым геттером, заварка капсул Предприятие металлургического передела 2 месяца от завершения п. 4
6. Горячая экструзия (радиальная ковка) капсул, волочение прутков (опытная партия) Предприятие металлургического передела,ОАО «ЦНИИМ» 2 месяцев от завершения п. 5
7. Освоение технологического процесса выход на проектную мощность Предприятие металлургического передела,ОАО «ЦНИИМ» 5 месяцев от завершения п. 6

Дополнительная информация


Срок реализации проекта – 3 года
Необходимый начальный объем инвестирования – 300 млн. руб.
Персонал для сопровождения проекта имеется в ОАО «ЦНИИМ» (с привлечением кафедры обработки металлов давлением Санкт-Петербургского государственного политехнического университета).
Пояснение к расчету объема реализации продукции и расчету прибыли. В таблице представлены данные ООО «Томский инструмент» по определению себестоимости и цены усредненной единицы инструмента, в качестве которой принята концевая фреза Ø10 мм.
Себестоимость и цена стандартной и порошковой концевой фрезы, руб./шт.
Материал фрезы Масса заготовки, кг Цена заготовки Зарплата, осн.+доп. Соц. страх Накладные. расходы Себестоимость фрезы Цена фрезы
Р6М5 0,056 20,16 28,81 7,87 88,42 145,26 234,58
Р6М5Ф3-МП 0,056 60,48 28,81 7,87 90,43 187,59 286,19

Заготовку массой 0,056 кг из порошковой стали ООО «Томский инструмент» покупает за 60,48 руб., т.е. 1,08 млн. руб. за 1 тонну. Себестоимость изготовления тонны порошковых заготовок по нашим оценкам порядка 0,80 млн. руб. При годовом производстве 1000 тонн порошковых заготовок годовая выручка составит 1,08 млрд. руб., а прибыль 280 млн. руб.