Поэтому когда специалисты ОАО «Новосибирский завод химконцентратов» (входит в топливную компанию «ТВЭЛ») занимались разработкой и внедрением передовой технологии литья по выплавляемым моделям, в том числе одного из ее наиболее перспективных направлений — литья с кристаллизацией под давлением, все нюансы были просчитаны и выверены с ювелирной точностью. Работы по созданию этого производства начались в 2007 году, и в феврале 2010-го уже была проведена первая плавка. А в ноябре отливки для корпуса хвостовика тепловыделяющей сборки (детали топливной кассеты) выдержали приемочные испытания, и специальная комиссия признала производство НЗХК готовым к серийному изготовлению продукции методом точного литья.
— Технология литейного производства очень сложная, — рассказывает технический директор ОАО «НЗХК» Александр Матвеев. — В атомной промышленности непродуманные эксперименты неуместны, она очень консервативна, поэтому для того, чтобы поставить детали на производство, требуется проведение большого количества различных процедур. В феврале прошла первая плавка, и в следующие десять месяцев мы занимались отладкой и совершенствованием технологии, готовились к постановке на производство. Нашей задачей было выдать объемы в кратчайшие сроки, но четко отработав технологию. В результате на производство были поставлены три номенклатурные позиции, прошедшие все испытания.
Существующая технология изготовления комплектующих для тепловыделяющих сборок предполагает применение механообработки деформируемых материалов (проката).
Цикл обработки весьма длительный и трудоемкий, затрачивается немало усилий на резку и сварку деталей, при этом коэффициент использования материала (КИМ) составляет около 30 процентов — то есть 70 процентов металла идет в отходы. Применение способа литья на самом начальном этапе позволило увеличить КИМ до 50 процентов. При внедрении технологии точного литья этот показатель должен достичь 70 процентов. Форма заготовки максимально приближена к готовому изделию, минимизированы затраты на механическую обработку. Для сравнения: производство одной и той же заготовки весом 6,5 кг способом проката сегодня требует 21 кг металла, способом литья — 12,8 кг, стоимость соответственно составляет 9903 рубля и 2340 рублей, а трудоемкость — 46 и 28 часов. Примерно таковы пропорции и при изготовлении других изделий.
Технологическая цепочка изготовления деталей методом точного литья включает в себя девять звеньев, каждое из которых должно быть отлажено как часовой механизм. Малейший сбой в любом из звеньев сведет на нет труд множества людей и обесценит огромные средства, вложенные в проект.
Первый этап — технологическая подготовка производства. Процесс заливки и кристаллизации металла рассчитывается методом математического моделирования. Современные программные продукты позволяют сделать это с максимальной точностью, избавляя от необходимости исправлять погрешности в ходе производственного процесса. Исключить ошибки на этой стадии очень важно, поскольку изготовление пресс-форм для заливки — процесс довольно дорогой и отнимает много времени/.
Затем в пресс-форму заливается специальный модельный состав на основе технического воска — изготавливается восковая модель, точная копия будущего изделия. Модели проходят строгий контроль ОТК — недопустимы даже малейшие царапины, так как в результате точно такая же царапина окажется и на готовом изделии.
После того как восковая модель вынимается из пресс-формы, она поступает на участок изготовления керамической оболочки. Процесс здесь полностью автоматизирован: механическая «рука» захватывает модель, после обезжиривания окунает ее в специальную суспензию, а затем помещает в один из трех пескосыпов, где производится напыление частиц электрокорунда определенного гранулометрического состава. Когда слой нанесен, модель отправляется на конвейер сушиться, уступая место следующей. После просушки механизмы вновь возвращают ее на исходные позиции: снова слой суспензии, напыление электрокорунда, и так от семи до десяти раз — именно столько слоев следует нанести для того, чтобы были выполнены требования к керамической оболочке по прочности. Для каждого изделия рассчитывается свой технологический цикл, закладывается своя программа. В среднем на изготовление одной керамической оболочки требуется около 38 часов.
На следующих этапах воск из керамической оболочки вытапливается, производится ее прокалка в специальной газовой печи, после чего она помещается в особый контейнер — опоку, которая не дает ей разрушиться при заливке металла. В перспективе предполагается от опок отказаться, внедрив технологию безопочного литья, что даст еще большую экономию.
Далее вместо воска в оболочку заливается металл. В процессе плавки берутся образцы металла на анализ, и при необходимости в состав вносятся коррективы. В итоге получается отливка, по конфигурации максимально приближенная к форме готовой детали.
Затем на участке чистовой обработки происходит удаление керамической оболочки и литниково-питающей системы. После термической обработки отливки поступают на последний этап — контроль качества. Здесь изделия подвергаются самому тщательному контролю по целому ряду параметров, включая геометрию, внешний вид, сплошность (рентгенографический и капиллярный контроль), механические свойства, химический состав (оптико-электронная спектрометрия), технологическая прочность и др.
— Мы уверены, что новая технология позволит нам увеличить коэффициент использования материала как минимум в два раза, — говорит Александр Матвеев. — Это заметно повлияет на снижение общей себестоимости тепловыделяющих сборок, и в нынешних условиях, когда конкуренция очень высока, даст нам солидное преимущество.
Общий объем инвестиций в проект с начала его реализации в 2007 году составил более 278 млн рублей. За это время участок точного литья был полностью оснащен самым современным высокопроизводительным технологическим оборудованием от ведущих производителей США, Канады, Великобритании, Швеции, Германии, Словении.
Планируемая проектная мощность участка точного литья — 200 тонн отливок в год. Половина этого объема сможет удовлетворить потребности топливной компании в комплектующих для тепловыделяющих сборок. Производственные мощности позволяют обеспечить выполнение заказов и для сторонних предприятий. Уже освоен выпуск изделий для пищевой промышленности, деталей сцепки железнодорожных вагонов, деталей сантехнического оборудования. Интерес к продукции проявили многие производители из разных городов страны.
— В следующем году мы планируем значительно расширить номенклатуру изделий, изготавливаемых методом точного литья, — делится планами Александр Матвеев. — Будем развивать и производство товаров народного потребления, что даст нам возможность дополнительно отработать технологии, при этом компенсируя часть затрат. В целом, полагаю, что наши вложения в это производство окупятся через год-полтора, но не исключаю, что этот срок может оказаться меньше. Мы пытаемся не только кардинально снизить технологические затраты, мы работаем и над тем, чтобы сократить затраты труда, максимально механизировать процесс, обеспечить полную безопасность. Создание этого участка — не застывшая схема, у нас идет постоянная модернизация производства, осуществляется поиск более рациональных технологических решений. Так что процесс непрерывно совершенствуется и развивается. Таковы требования времени — ведь сегодня даже для того, чтобы оставаться на месте, надо постоянно двигаться вперед.