Инна Яскевич

Л

итейное производство относится к числу наиболее древних ремесел и вместе с тем это перспективное и активно развивающееся направление современной индустрии, науки, прикладного искусства. Стремительно растут объемы литейной продукции в Китае, Мексике, Бразилии и других странах «третьего» мира. Но и в промышленно развитых странах — США, Германии, Японии, Южной Корее, Италии и др. литейное производство по-прежнему занимает прочные позиции. Тот факт, что литейные заготовки составляют от 20 % до 60 % массы промышленных изделий, свидетельствует о важности этой подотрасли для развития экономики любой страны.
    В этом убеждает и динамика развития литейного производства в мире. В начале ХХ века годовой выпуск отливок в мире составлял 2—3 млн т, а к концу 80-х годов – примерно 90 млн т. Затем последовало некоторое падение. Теперь производство стабилизировалось на уровне 60—65 млн т, причем примерно 50 % всех отливок приходится на шесть ведущих стран (см. таблицу). Анализ данных, полученных из 34 стран, показывает, что наибольший прирост выпуска отливок за год приходится на Китай – 14 %, что позволило этой стране выйти на первое место в мире, Далее следуют США и Япония.
    Очень важен и другой показатель – выпуск отливок на душу населения. В начале 50-х годов даже развитые страны существенно различались по промышленному уровню, и производство отливок на одного человека разнилось более, чем в 10 раз. К 2000 году диапазон изменения этого показателя колебался от максимального — 50,5—52,5 кг/чел. в США и Японии до минимального — 32,5 кг/чел. в Великобритании. Причем, эти данные характерны не только для крупных стран: в Австрии и Швеции выпуск отливок на душу населения — 36 кг/чел., Южной Корее — 34,7, Чехии – 43, на Тайване – 55—60 кг/чел. Последний показатель — максимальный. В России в связи со структурными изменениями в экономике этот уровень в начале 90-х годов упал до 30 кг/чел., но к концу десятилетия. все же вырос до 40 кг/чел. По удельному показателю выпуска отливок промышленно развитые страны, как большие, так и малые, опережают развивающиеся, в том числе Китай, в 3—4 раза.
    Для современного литейного производства характерно стремление к выпуску заготовок, по конфигурации максимально приближенных к окончательной продукции. Поэтому большинство западных литейных оснащены цехами предварительной механообработки, что позволяет выявлять брак, сделать свою продукцию более привлекательной для потребителя.
    Меняется и структура выпуска отливок. В 50-е годы более 80 % составляли отливки из чугуна, гораздо меньше их было из стали и совсем немного — из цветных сплавов. В 2000 году чугун составил 74,3 %, а на второе место вышли цветные сплавы, использование которых на этом переделе составляло от 11–14 % – во Франции и Великобритании до 37,5 % в Италии. Большую часть в литье из цветных сплавов составляют алюминиевые — от 68 % в США до 82 % в Великобритании и 90,1 % в Японии. Поскольку сегодня производители литейной продукции основной упор делают на обеспечение требуемого качества и точности конфигурации, главным становится правильный выбор сплава и технологического процесса получения литой заготовки.
    Среди черных сплавов приоритет, несомненно, отдается высокопрочному чугуну, как с шаровидным (ЧШГ), так и с вермикулярным графитом (ЧВГ). К концу 90-х годов его доля в выпуске чугунных отливок составила в разных странах 28—48 %, а в общемировом производстве — 27,2 %. При этом существенно, в 3 раза и более, сократилось производство ковкого чугуна, требующего значительных энергетических затрат на отжиг отливок. По сравнению со сталью высокопрочные чугуны менее чувствительны к концентраторам напряжений. Преодолен и основной недостаток чугуна как конструкционного материала: в стандартах некоторых стран, как и в отечественном ГОСТ 7293-85, предусмотрено производство таких чугунов с относительным удлинением до 22 %.
    Переход на высокопрочный чугун, по сравнению с обычным серым, позволяет за счет оптимального сочетания технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств снизить массу заготовки почти на 30 %, уменьшить трудо- и энергозатраты по сравнению со сталью, а за счет лучшей жидкотекучести получать детали более сложной формы. Особенно перспективны аустенитно-бейнитные чугуны (АБЧШГ), обладающие высокой прочностью (до 1500 МПа), пластичностью (до 12 %), износостойкостью и усталостной прочностью. В связи с переориентацией на сплавы с более высокими служебными свойствами меняется номенклатура отливок: наблюдается уход от массивных и толстостенных к облегченным тонкостенным.
    Локомотивом литейного производства, и не одного его, всегда считалась автомобильная промышленность — в силу массовости своей продукции. За рубежом накоплен большой опыт изготовления ряда ответственных автомобильных деталей из АБЧШГ. Так, литые зубчатые шестерни из этого чугуна имеют по сравнению со стальными коваными меньшие себестоимость, трудоемкость механообработки, шум при работе зубчатой пары и большую износостойкость. Литые коленчатые валы фирмы Fofd Motors показывают по сравнению со стальными прочность, большую на 40 %, и массу, меньшую на 10 %.
    Что касается цветных сплавов, то если раньше доминировали тяжелые — медные и цинковые, то сейчас, как уже сказано, повсеместно лидируют алюминиевые сплавы. Стремительно растет использование магниевых: в 90-е годы производство отливок из них увеличилось в США в 6 раз, в Германии – в 5 раз. Эксперты предсказывают дальнейший рост их применения вместе с существенным снижением стоимости.
    Анализ структуры выпуска отливок позволяет оценить тенденции развития промышленности в целом. Так, прирост годового производства отливок из алюминиевых и магниевых сплавов в ряде стран — Мексике (30,7 %), Венгрии (29,3 %), Португалии (13 %), Чехии (11,3 %) говорит об открытии в них филиалов автомобильных фирм-гигантов, так же, как и ярко выраженная специализация на этих сплавах Италии (25,7 %), Австрии (29,2 %), Японии (18,5 %) и др. Значительная доля медных сплавов является свидетельством развития электротехнической промышленности.
    Большую роль играет также структура выпуска отливок по типу цехов. Концентрация производства — условие для механизации и автоматизации процессов, чем в конечном итоге определяются производительность труда, себестоимость продукции и квалификация кадров. Этот процесс сопряжен с закрытием мелких литейных, уменьшением общего количества цехов. В США в последние десятилетия число чугунолитейных цехов сократилось в 5 раз и почти так же выросла производительность труда. Чем более страна промышленно развита, тем больше здесь концентрация производства. Этот процесс коснулся и России, где в свое время было построено большое число заводов-центролитов. К сожалению, кризис последних лет, в первую очередь, ударил именно по таким предприятиям. Конкурентными оказались небольшие литейки, для которых характерны низкие накладные расходы и оперативность при смене номенклатуры, т.е. все то, что оказалось решающим в переходный к рыночной экономике период. Правда, и на Западе также еще остается большое число рентабельных мелких предприятий. Их козырем является возможность выпускать качественные отливки в короткие сроки. Но cледует отметить, что успешная работа таких литейных обеспечивается наличием множества специализированных фирм, снабжающих литейные цехи современным оборудованием, материалами, оснасткой.
    Современные литейные технологии призваны улучшить качество заливаемого в форму металла, обеспечить оптимальные свойства литейной формы, гарантировать направленное затвердевание отливки и ее последующую качественную обработку с целью повышения служебных свойств. Здесь важно все: и какой выбран плавильный агрегат, и какие используются исходные материалы – от металла до формовочного песка, и какое задействовано оборудование. Поиски ведутся по всем направлениям. В плавке это повсеместный переход на электроплавку. Обязательна предварительная (перед заливкой) обработка расплава — рафинирование, легирование, модифицирование, иногда обработка вибрацией, ультразвуком, электрическим током и т.д.
    Все большую роль играют специальные способы литья — в кокиль, под давлением, центробежным методом, по выплавляемым и газифицируемым моделям, всасыванием и выжиманием, вакуумно-пленочная формовка и др., т.е. те процессы, которые позволяют получать высококачественные, подчас уникальные заготовки, которые по-другому изготовить нельзя.
    Новые удачи, как правило, появляются на стыке технологий. Вот и в литейном производстве приоритетное положение начинает занимать литье на стыке со штамповкой — рео- и тиксотехнологии, в которых сплав подвергается обработке в частично отвержденном состоянии. Пока эти технологии составляют за рубежом примерно1 % объема выпускаемых отливок из Al-сплавов, но имеют тенденцию к стремительному росту.
    Очень перспективно изготовление отливок биметаллических и с многослойным покрытием, что позволяет до 70 % сократить использование дорогих высоколегированных сталей и сплавов и повысить служебные характеристики деталей в 2—4,5 раза. Применение же заготовок из литых композиционных материалов, например, системы «бронза-стальные гранулы», для подшипников скольжения и других трибодеталей увеличивает срок их эксплуатации до 5—6 лет.
    Перевод ряда деталей с песчаной формовки на спецспособы резко улучшает условия труда, повышает его производительность, делает производство современным и экологически чистым. При этом существенно снижается масса детали, увеличивается точность конфигурации, резко возрастают служебные свойства литой заготовки.
    Исследования, обслуживающие литейное производство, находятся на стыке многих разделов науки — металлофизики, термодинамики, физикохимии, теории прочности. Все большую роль играют компьютерные технологии. Раньше технологическая наука литейных процессов опиралась на физические модели, следующим этапом стали аналитические, теперь появились компьютерные, позволяющие количественно оценить динамику технологических процессов в литых заготовках сложной конфигурации, а также попытаться прогнозировать качество получаемых отливок. Правда, сегодня научно-исследовательские институты находятся в трудном положении. Вместе с тем, существовавший ранее разрыв между достижениями фундаментальной и прикладной науки начинает сокращаться. В условиях высоких требованиях к качеству продукции научные наработки становятся востребованными, и результаты опытных работ используются в производстве. Главным тормозом становится кадровая проблема: все больше ощущается нехватка опытных специалистов как на производстве, так и в научных лабораториях.
    Серьезнейшую проблему представляет износ оборудования, который, по сути, достиг катастрофического уровня. Практически перестала существовать подотрасль литейного машиностроения. Сегодня, пожалуй, лишь «Сиблитмаш» (г.Новосибирск) и понемногу «встающий на ноги» «Амурлитмаш» (г.Комсомольск-на-Амуре) специализируются на продукции этого профиля. Не получая заказов от отечественной промышленности, литейные предприятия пытаются выживать за счет зарубежных заказов, подчас самой простой номенклатуры. Выйти на иной качественный уровень они могут, только приобретя импортное оборудование, как правило, германское. Сюда они и продают свои отливки, часто в оплату за поставляемую технику.
    Перспективы отечественного литейного производства связаны с общеэкономическим ростом, в первую очередь, с динамичным развитием главных потребляющих машиностроительных отраслей — автомобилестроения, станкостроения и др. При этом следует помнить, что литейный передел, с одной стороны, близок к сырьевым технологиям, но, с другой, может и готов выпускать металлопродукцию весьма широкого сортамента с высокой добавленной стоимостью, что существенно повышает ее рыночную привлекательность.
     Динамика развития литейного производства, тыс. т
     США Китай СНГ Япония Германия Индия
    1996 14074 10903 8950 6957 3932 3222
    2000 13129 10955 6200* 6276 4542 3120
    2001 11871 14889 6200* 5841 4643 3155
    _________________
    * Данные по России.