Электротехнология – это процесс преобразования энергии электрической в другие виды энергии для достижения заданного технологического эффекта при помощи определенного оборудования.
Электротехнологии довольно широко применяются в металлургической отрасли. Они охватывают весь процесс получения продуктов из алюминиевых сплавов.Когда миксер расплав находится в миксере, то в него добавляются необходимые легирующие элементы для получения сплава с заданными свойствами. Однородность по химическому составу и выравнивание температуры расплава можетдостигатьсяпри помощи воздействия магнитогидродинамических (МГД) перемешивателей. Далее алюминий, сплавы в виде чушки или слитков реализуются на рынке как готовая продукция, либо происходит дальнейшая переработка.
Для реализации растущих рыночных предложений по производству длинномерной продукции из алюминия и сплавов с повышенными физикомеханическими свойствами, созданию энергоэффективных технологий и высокотехнологичного оборудования необходимо существенно изменить действующую технологию производства полуфабрикатов (катанки, прутков, проволоки).
В России изготовление длинномерной алюминиевой продукции ориентировано на производство полуфабрикатов (катанка, прутки, проволока) преимущественно из технического алюминия. В связи с развитием мощных систем электроснабжения, плановой модернизации механической отрасли производства и повышением требований к физико-механическим свойствам продукции из алюминия и его сплавов, выпускаемая продукция становятся неактуальной, устаревшей для дальнейшего применения. На замену ей должны прийти проводники и конструкционные материалы из алюминиевых сплавов с новыми улучшенными свойствами.
Научная новизна работы заключается в следующем: комплексное использование МГД-устройств в одной технологической цепочке с электромагнитным кристаллизатором (ЭМК) для производства проволоки с улучшенными физико-механическими свойствами.
Бортовая кабельная сеть летательных аппаратов (ЛА) составляет значительную долю веса самого объекта. Поэтому отечественные разработчики и зарубежные фирмы уделяют большое внимание поиску и разработке легких электропроводниковых материалов. Традиционным материалом токопроводящих жил проводов и кабелей является, как принято считать, медная проволока, и на первый взгляд кажется простым решением заменить ее на алюминиевую проволоку, имеющую в три раза меньший вес. Но алюминий имеет по отношению к меди свои недостатки, в том числе: низкие механические свойства, сложную технологию заделки проводов и кабелей в разъемы и достаточно низкую коррозионную стойкость в некоторых средах. Поэтому все исследования направлены на исключение влияния этих недостатков на характеристики проводов для авиастроения, в соответствии с требованиями заказчиков [1].
Обоснование целесообразности развития малого предприятия нового ...
... алюминия и меди. Судить о ситуации на предприятиях занимающихся производством кабельно-проводниковой продукции можно по выручке, полученной ими от продажи изолированных проводов ... себестоимости кабельной продукции содержат стоимость цветных металлов) и курсовая разница. До ... работы: Обоснование целесообразности развития малого предприятия нового вида деятельности - производства кабельной продукции ...
Для удовлетворения данных потребностей был открыт сплав алюминия с добавлением редкоземельных металлов. Данный сплав по физико-механическим свойствам превосходит обычный алюминий и близок к свойствам меди. В перспективе проволока из данного сплава сможет заменить все провода в бортовых системах ЛА [1].
В космонавтике для доставки на низкую орбиту 1 кг веса необходимо затратить от $1500 – одноразовый ракетоноситель «Протон», до $40 000 – многоразовый космический корабль Спейс-шаттл. Грузоподъемность последнего достигает 120 т, вес полезного груза 25 т, стоимость запуска 500 млн. дол. США. В среднем при использовании алюминиевых проводов вес полезного груза увеличивается на 30%. Учитывая, что бортовая кабельнаясеть космических кораблей и летательных аппаратов составляет значительную долю веса объектов, то снижение этой массы является актуальной задачей [2].
Для того, чтобы самолет поднять в воздух ему необходимо потратить около 7% от объема полного бака, который исчисляется в десятках тысяч литров. Современные самолеты заправляют авиационным керосином и цена за литр составляет 100 руб. с доставкой, тогда 10 тыс. литров керосина стоит 1 млн. руб. Для самолета эти 7%, что является 70 тыс. руб., составляют пол часа непрерывного пути, и преодоление 200 км в режиме «крейсерская скорость».
В летательных аппаратах, для примера, в самолете Airbus А-380 используется порядка 570 километров проводов, соответственно сделанных с медной сердцевиной, что очевидно придает большой вес самолету. Так же, в самолетах Ан-24 используется 6,2 км проводов, в ТУ-134 используется 12,5 км.
Цель дипломной работы: произвести технико-экономическое обоснование производства высокооднородной тонкой алюминиевой проволоки.
Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
- а) провести обзор и анализ методов производства проволоки на рынке РФ;
- б) проанализировать метод перемешивания расплавов при помощи МГДтехнологий и его кристаллизации в ЭМК;
— в) рассчитать экономическую и техническую эффективность производства проволоки из сплава алюминия с добавление редкоземельных металлов.
1 Обзор методов производства тонкой проволоки
1.1 Методы литья со сверхбыстрой кристаллизацией. Метод
Головкина. Гранульная технология
Проволочная заготовка может быть получена прессованием, прокаткой, или литьем. Прокаткой получают заготовку диаметром 8—10 мм из алюминия А5-А8, сплавов В65 и Д18. С помощью прессования получают заклепочной проволоку крупных размеров и некоторых видов сварочной проволоки. При помощи литья получают в основном заготовку для сварочной проволоки. В данном случае используют метод Головкина [3].
Головкиным было предложено для вытягивания проволоки из расплава использовать прочность оксидной пленки алюминия. Её прочность помогает сохранить круглое сечение ещё жидкой проволоки, которую сразу охлаждают интенсивной струей воды. Это делается для того, чтобы повысить пластичность литой проволоки, которая выдерживает дальнейший процесс калибровки и клепки, а по прочности соответствовала техническим указаниям. Схема получения проволоки представлена на рисунке 1 [4].
Металлотермия. Получение марганца
... тех случаях, когда значение q не ниже 795 и 770 кал/г. Для получения сплавов других металлов необходимо исходные смеси оксидов составлять так, чтобы при их алюминотермическом восстановлении ... применение в качестве восстановителей кальций, магний и некоторые сплавы на их основе. Для получения многих металлов (Cu, Fe, Co, Mo, Ni и др.) из их оксидов можно ...
Процесс производства проволоки по методу Головкина выглядит следующим образом: из расплава через матрицу вытягивают затравку. Уровень металла на 5—10 мм превышает горизонт, на котором установлена матрица. По этой причине шлаки из верхнего слоя расплава могут попадать в заготовку, если не установлены фильтры в зоне матрицы для очищения расплав. Кроме этого, металл находится в расплавленном состоянии в печах промышленного типа емкостью 250— 300 кг длительное время (практически около 200 ч и более).
Это делается для осаждения более тугоплавких элементов (цирконий и др.) на дно ванны и постепенному накапливанию их в нижних слоях расплава.
3
охлаждение 1 – проволочная заготовка после кристаллизации, 2 – угольная матрица, 3 –
расплав Рисунок 1 – Схема получения проволочной заготовки из расплава по методу
Головкина
Недостатки метода Головкина:
- а) необходимость поддержки температуры расплава, когда для различных сплавов она является разной: для АК, АК4, АМгЗ, АМг5, АМг6 680-705° С, для АМг7 780—810° С для АК12 705—720° С;
- б) колебание диаметра получаемой заготовки, что ведет к необходимости в выравнивании размеров заготовки и ее свойств путем дополнительного отжига и волочения;
- в) сравнительно невысокая производительность агрегата, но это компенсируется простотой оборудования.
Гранульная технология литья – технология получения фасонных отливок близких к деформированным изделиям из быстрозакристаллизовавшихся гранул металла. Данная технология основана на высокой кристаллизации металла (до 108°С/с) в виде мелких пластин с дальнейшим их расплавлением и заливкой жидкого металла в литейную форму [5].
Технология получения деформированных полуфабрикатов из гранул может быть различной, но во всех случаях присутствуют нагревы гранул, их горячая деформация, нагревы брикетов, горячая и холодная деформация брикетов или изготовленных из них полуфабрикатов [6].
По способу получения полуфабрикатов из гранул алюминиевых сплавов получено несколько патентов, в том числе патент номер 1434625. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу получения полуфабрикатов из гранул алюминиевых сплавов. Целью изобретения является повышение выхода годного материала. Выход годного материала возрастает за счет устранения разрушения торцов брикета. Способ включает компактирование брикета из гранул алюминиевых сплавов и последующую многоцикловую плоскую горячую деформацию. Структура металла остается мелкозернистой с большой протяженностью границ, которые имеют более высокое сопротивление деформации, поэтому мелкие зерна выдерживают значительные деформации без образования трещин. При промежутке времени между единичными циклами менее 10с происходит неполное восстановление запаса прочности, в результате при последующем цикле деформации образуются трещины, что приводит к разрушению торцов брикета.
Способ получения полуфабрикатов из гранул алюминиевых сплавов, включающий компактирование гранул и циклическую горячую деформацию, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годного материала, деформацию осуществляют со степенью обжатия в каждом цикле не более 1,4 при интервале между циклами не менее 10 с, скорость деформации составляет 1·10-2 – 1·10-1 с-1 . Данный способ обеспечивает повышение выхода годного материала с 56% до 78% [7].
Композиционные и порошковые материалы
... специальных сплавов: жаропрочных на никелевой основе, дисперсионно-упрочненных материалов на основе Ni, Ai, Ti и Cr. Методом порошковой металлургии получают различные материалы на основе карбидов W, Мо и Zr. Спеченные алюминиевые сплавы ...
Основным недостатком данной технологии является низкая производительность.
1.2 Литье заготовки с тонким поперечным сечением в
электромагнитном кристаллизаторе
Литье в электромагнитное поле отличается от других разновидностей литья слитков тем, что отсутствует контакт расплавленного металла со стенками кристаллизатора, что позволяет улучшить качество поверхности слитка и интенсивность его охлаждения.
Благодаря литью в электромагнитное поле мы получаем новые возможности управления, структурой слитка, создавая управляемое и рассчитываемое движение расплава.
ЭМК состоит из трех основных элементов: индуктора 1, электромагнитного экрана 2 и кольцевого охладителя 3. Для создания равномерного магнитного поля по периметру жидкой зоны и уменьшения питающего напряжения в ЭМК применяются в основном одновитковые индукторы и экраны, сделанные из медной прямоугольной трубки или медной шины.
Принцип действия ЭМК состоит в следующем: жидкий металл, подаваемый из миксера через литейную оснастку, попадает в пульсирующее электромагнитное поле, создаваемое индуктором 1. Под действием электромагнитных сил жидкий металл, находящийся под некоторым гидростатическим давлением, сжимается в радиальном направлении и приобретает в поперечном сечении форму индуктора [8].
Конструкция электромагнитного кристаллизатора, применяемого в металлургической промышленности для литья слитков из алюминиевых сплавов диаметром 100-500 мм, представлена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Система индуктор-слиток
Данная конструкция ЭМК разработана З.Н. Гецелевым для промышленного получения слитков больших диаметров (100-500 мм).
Применение ЭМК для получения слитков малого поперечного сечения требует изменения конструкции [9].
Процесс создания проволоки с помощью ЭМК: Жидкий металл 1 посредством литейной оснастки 2 подается в индуктор 3. Электромагнитное поле, создаваемое индуктором, приводит к возникновению объемных электродинамических сил, удерживающих жидкий металл от растекания, и создающих в нем магнитогидродинамические течения. Под действием охлаждающей воды, поступающей из охладителя 4, жидкий металл непрерывно затвердевает и вытягивается из кристаллизатора со скоростью Vвыт в виде непрерывного слитка 5.
Суть технологии заключается в обеспечении уникальных физикомеханических свойств проволоки при ее литье в электромагнитный кристаллизатор за счет сверхбыстрой кристаллизации и создания интенсивных магнитогидродинамических воздействий на жидкую фазу слитка в процессе кристаллизации.
За счет воздействия электромагнитных сил происходит удержание жидкой фазы сплава в заданном объеме, её движение на фронте кристаллизации и выдавливание неметаллических включений на поверхность слитка. При этом охлаждающая жидкость подаётся непосредственно на слиток за счет чего, достигается очень высокая скорость охлаждения. Получаемая структура слитка, отличается высокой однородностью и дисперсностью, при этом достигаются высокие прочностные характеристики. Полученная таким образом заготовка при помощи вытягивающего устройства, отводится из зоны кристаллизации и наматывается в бухту [10].
Современные способы прессования
... всей сборной конструкции. Перевод производства на прессование позволяет полностью устранить недостатки сборных панелей и получать изделие из литой заготовки за один ход пресса. Прессованная ... технически грамотно его эксплуатировать. прессование конформ лайнекс экстролинг 1. Основы процесса прессования, его достоинства и недостатки Прессование - это процесс выдавливания заготовки из замкнутого объёма ...
1.3 Производство проволоки технологией прессования: метод
Конформ, метод равноканального углового прессования
Прессование – выдавливание металла из замкнутого объема через отверстие. Широко используют прессование для получения прутков, труб и профилей из алюминиевых и медных сплавов, сталей, титана и других тугоплавких металлов. В качестве разновидностей прессования можно выделить дискретное (прерывное), полунепрерывное и непрерывное прессование.
Наиболее разнообразны прессованные изделия, произведенные из алюминия и его сплавов. Промышленный ассортимент прессованных профилей из алюминиевых сплавов включает десятки тысяч типоразмеров. Однако профили такого разнообразного ассортимента могут быть подразделены на четыре группы: профили переменного сечения; профили сплошного сечения; проволока; пустотелые (полые) профили [11].
Основными способами непрерывного прессования являются Лайнекс, Экстроллинг и Конформ. Среди перечисленных нужно выделить способ Конформ, предложенный Д. Грином в 1970 году. Он имеет ряд экономических и технических преимуществ и широкую сферу применения, причем особо перспективным данный способ является в цветной металлургии [12].
Способ Конформ основан на использовании неподвижного инструмента, называемого башмаком и подвижного вращающегося инструмента — колеса с канавкой по периферии, в тому же в торце башмака установлена матрица, которая перекрывает канавку колеса. Схема процесса приведена на рисунке 3.
1 – рабочее колесо; 2 – кольцевая канавка; 3 – башмак; 4 – кольцевая вставка; 5
- вставка;
- 6 – матрица;
- 7 – заготовка;
- 8 – изделие Рисунок 3 – Принципиальная схема реализации процесса непрерывного
прессования по способу Конформ
Медная/алюминиевая проволока — заготовка 7, вставляется в ручей 2, выполненный на рабочем колесе 1 в виде кольцевой канавки. Ручей 2 с внешней стороны закрыт прижимным башмаком 3, на внутренней поверхности которого выполнен ручей 4, охватывающий заготовку 7. В башмаке 3 закреплен блок инструмента с прессовой матрицей 5. При задаче прутковой заготовки в зазор между башмаком и колесом она продвигается в камеру прессования, образуемую поверхностями башмака и канавки, под действием сил трения по поверхности контакта с вращающимся колесом и, наконец, достигает матрицы. В зоне непосредственно перед матрицей заготовка подвергается интенсивному пластическому деформированию («раздавливанию») и заполняет все сечение канавки (зона захвата при выдавливании); это способствует увеличению сил трения между поверхностью канавки и заготовкой [12].
Таким образом, при внутреннем трении металл нагревается до температур пластической деформации и продавливается в камеру фильеры и может выводиться через ее в любую форму. Так как материал вырабатывает фрикционное тепло и тепло трансформации, то температура может достигать до 500 градусов и более, без использования нагревателя.
Материал получает высокопластичное состояние по причине изменения в направлении среза на опоре, а так же высокой температуры подогреваемой камеры с фильерой. Получаемый материал полностью перекристаллизован и он находится в мягком состоянии. Поскольку в качестве заготовки используется проволока, то можно проводить непрерывное выдавливание проволоки без необходимости останавливать машину для того, чтобы соединить вместе куски материала. Это преимущество данного метода, можно делать бухты [13].
Технология изготовления сварочной проволоки
... конструкционной стали"; Общие требования к катанке, подвергаемой волочению в проволоку, можно сформулировать следующим образом: 1. Для производства проволоки необходима катанка диаметром от 5,0 до 9,0 мм. ... отделение должна поступать с картой движения металла. - Каждая партия заготовки должна поступать связанной вязкой проволоки диаметром не менее 4,0мм с фанерной биркой отжигальщика и травильщика, ...
При прямом традиционном формировании материала обычно получают заготовки диаметром около 250 мм из экструдируемого материала.
Алюминиевая проволока, вставленная в выемку колеса, вытягивается при помощи трения упорного ролика с колесом. Вытянутый материал перегораживается упором, вставленным в выемку, и создается давление в формирующей форме при прижатии башмаком. Материал затекает в фильеру и может формировать изделие любой формы.
Если при традиционной технологии прямой экструзии используются нагретые предварительно заготовки диаметром 250-600мм, то для экструзии Conform требуется проволока (катанка) без предварительного подогрева.
Технология Конформ предназначена для изготовления длинномерных изделий, то есть чем длиннее получаемое изделие, тем меньше отходов производства. Торможение или разгон линии снижает ее производительность, а также приводит к изменению температурного режима, что приводит к отрицательному изменению структуры и свойств изделия. Идеальным вариантом будет считаться бесконечный полуфабрикат, который режется в размер на узле резки.
К факторам, которые влияют на качество продукции, относятся:
- а) во время разгона и остановки линии начальные и конечные отрезки находятся в камере больше нормативного времени, не соответствующее рабочей скоростью машины, что негативно влияет на микроструктуру и физико-механические характеристики алюминия. По этой причине в отход будет уходить по 8-10 метров от начала и от конца бухты. Металл имеет крупнозернистую структуру с низкими показателями пластичности и прочности;
- б) поскольку скорость линии и температура охлаждающей жидкости также влияют на микроструктуру изделия, то повышение температуры охлаждающей жидкости приводит к получению микроструктуры неудовлетворительного качества.
Получаемые геометрические размеры проволоки или трубы обусловлены правильно выставленной оснасткой, и степенью её износа, потому что при появлении несоосной иглы и фильеры появляется разностенность трубы, что при переработке трубы приводит к замятию и обломам. При выходе оснастки из строя на изделии появляются расслоения;
— в) скорость и равномерность намотки проволоки на барабан регулируется демпферным устройством, по той причине, что необходимо четкое согласование скорости истечения и тянущего усилия. В случае дисбаланса происходит растяжение изделия и уменьшение наружного диаметра, возможно так же что появится овальность при намотке на барабан.
Метод Комформ является успешно разработанным, надежным и экономически эффективным способом производства алюминиевой ленты, труб, профилей, проволоки и пр. По сравнению с альтернативными методами Комформ предлагает следующие преимущества:
- а) низкие капитальные затраты;
- б) низкие затраты на рабочую силу;
- в) низкие затраты на энергоресурсы;
- г) меньше необходимого пространства;
- д) низкие затраты на обслуживание;
- е) высокая производительность;
- ж) термически обработанный продукт;
- з) неограниченная длина;
- и) короткое время переналадки.
Процесс непрерывного формирования изделия Комформ протекает без вмешательства человека, поэтому ограничения и дефекты зависят от качества и размера подаваемой заготовки, а также состояния технологической оснастки.
Технология изготовления декоративных изделий из древесины
... обработкой древесины, ведущее место занимает резьба по дереву. Обучение школьников художественной обработке древесины владеет значительными, ... музеях России представлены уникальные изделия из древесины, созданные мастерами прошлых ... вежливостью и занимательностью изложения нового материала. Одной из возрастных особенностей школьников является повышенная утомляемость. Подростковый возраст ...
Особенностью технологии Конформ является использование в качестве заготовки катанки, которая в традиционных подходах изготовления применяется для изготовления проволоки. Отсутствие металлургических дефектов в данной катанке определяется технологической пробой волочением (не более одного обрыва на две тонны катанки), то есть изготовители проволоки проводят данную пробу в процессе изготовления проволоки.
В технологии Конформ провести данную пробу невозможно, к тому же технологией предусмотрено выдавливание всех дефектов со стружкой. Но в случае неисправности оснастки, либо некорректно выставленных зазоров этого не происходит, и все включения попадают в изделия. И при разрушении инструмента все включения также не удаляются и остаются в изделиях [13].
Проведя лабораторные тестирования данного метода, получение длинномерные изделий из прессованных слитков имеет не удовлетворительное качество по причине неоднородности химического состава, засоренности металла газовыми и неметаллическими включениями. Масса длинномерного изделия ограничивается массой прессуемого слитка (как правило, в пределах 50 кг).
К недостаткам способа «Конформ» можно отнести: высокая энергоемкость процесса, так как затраты на преодоление сил трения по поверхностям инструментального узла требуют применения электродвигателей большой мощности; неравномерная деформация; сложная конструкция прессового узла [14].
Равноканальное угловое прессование (РКУП) — один из распространённых методов интенсивной пластической деформации. Метод основывается на продавливании (экструзии) материала через наклонные каналы с одинаковой площадью поперечного сечения. Процедуру часто повторяют несколько раз. Технология была разработана в 1973 г. в Советском Союзе В. Сегалом.
Деформационное воздействие РКУП создаёт различные дефекты кристаллов сплава, изменяя при этом микроструктуру материала. В отличие от многих других способов деформационной обработки (например, наклёп, волочение) РКУП морфологически однородно уменьшает размер зёрен и изменяет их форму [15].
Данный метод применяется для получения высокоплотных наноструктурированных материалов с высокой структурной однородностью из массивных пластически деформируемых заготовок. Сдвиговая деформация образца происходит при пересечении им области контакта между каналами. При нескольких повторениях процедуры РКУП происходит последующее увеличение деформации, приводящее к последовательному уменьшению размера зерна за счет формирования сетки сначала малоугловых, а затем и высокоугловых границ. Данная особенность метода позволяет интенсивно пластически деформировать не только пластичные, но и труднодеформируемые металлы и сплавы. Угол, под которым пересекаются каналы прессованной формы, имеет немалое значение. РКУП можно использовать и для управления кристаллографической текстурой объемных конструкционных материалов [15].
Уменьшение до малого размера зерна металлов и сплавов может приводить к значительному улучшению их механических свойств, в том числе, к повышению пределов прочности и текучести, а также к появлению у них способности к сверхпластическому деформированию, что представляет интерес для современной аэрокосмической промышленности.
Расчет вакуум-кристаллизатора для раствора MgSO
... 18 - штуцеры. Рисунок 3. Вакуумный кристаллизатор Вакуумный кристаллизатор представлен аппаратом с мешалкой. Горизонтальный кристаллизатор (3) отличается ... циркуляционные вакуум- кристаллизаторы. В данном курсовом проекте поставлена цель: Спроектировать и рассчитать вакуум- кристаллизатор для раствора ... фракций менее эффективно, чем шнековых. При работе барабанных аппаратов, опирающихся на ролики, в ...
а) б)
Рисунок 4 – Схема равноканального углового прессования (а), внешний вид
заготовок до и после РКУП (б)
Принцип метода заключается в реализации простого сдвига в зоне пересечения каналов равного сечения, выполненных в монолитной матрице и расположенных под углом 2φ друг к другу, при проталкивании через них заготовки. При этом заготовка удаляется из матрицы последующей заготовкой, а один цикл ее прессования, при условии отсутствия трения о стенки инструмента, придает материалу деформацию. Формула расчета представлена в формуле (1).
, (1)
где e – расстояние сдвига;
- угол.
Уменьшение до малого размера зерна металлов и сплавов может приводить к значительному улучшению их механических свойств, в том числе, к повышению пределов прочности и текучести, а также к появлению у них способности к сверхпластическому деформированию, что представляет интерес для современной аэрокосмической промышленности [16].
К преимуществам РКУП относится его простота, низкие давления на инструмент и возможность придания заготовке большой сдвиговой деформации, за счет практически неограниченного числа ее повторений, для достижения необходимой структуры и свойств материала. При этом заготовка может вращаться вокруг ее осей [17].
Для возвращения заготовке исходной формы, что требуется при многократном РКУП, должна реализоваться «аккомодационная» деформация заготовки. Она происходит на обоих ее концах их осадкой во входном канале на последующем цикле прессования. В результате происходит ротация поверхностных слоев в продольном сечении заготовки, величина которой на каждом цикле соизмерима с ее толщиной (диаметром).
Многократное же прессование приводит к тому, что верхние и нижние слои заготовки могут меняться местами, а области у заходного и выходного концов заготовки оказаться в ее центре. Теоретически объем и масса, также как и форма заготовки, при РКУП должны быть неизменны. Однако на практике сохранение целостности и качества прессуемых заготовок при формировании в них НС состояний оказалось не столь простой задачей.
Также имеется ряд трудностей сопряжен с удалением обработанной заготовки из устройства.А именно, требуется выполнить определенную последовательность операций, включающих вывод поддона за пределы матрицы, что само по себе довольно сложно и трудоемко. Однако даже при перемещенном в указанное положение поддоне с заготовкой, и тем более имеющей торцевые заусенцы, удаление последней без изменения ее формы и размеров затруднительно.При проведении же нескольких циклов прессования отмеченные недостатки приводят к значительному росту трудоемкости обработки и себестоимости заготовок [17].
Сдвиговая деформация заготовки при РКУП протекает сравнительно равномерно даже при сильном трении об инструмент. При снижении трения, например, за счет подвижных стенок его каналов или применения смазок, фиксируется лишь незначительная по размеру приконтактная область затрудненного течения в нижнем углу сочленения каналов. При использовании метода РКУП, однако, имеет место и другой эффект, на который мало кто обращает внимание – перемещение материала заготовки вдоль ее продольной оси. Причина его возникновения в том, что при сдвиге происходит изменение формы и увеличение длины заготовки за счет «наклона» ее торцов [18].
«технологические процессы ОМД» : “Проектирование технологического ...
... свойства. I Теоретическая часть Сырье для производства проволоки и технологические требования, предъявляемые к нему Материалом для производства стальной проволоки является катанка, получаемая горячей прокаткой на сортовых ... образоваться поперечные трещины. обезуглероживание происходит при нагреве стальных слитков или заготовок под прокатку в окислительной атмосфере печи, пи этом поверхностный слой ...
1.4 Сравнение технологических особенностей разных методов
получения тонкой алюминиевой проволоки
Для сравнения представленный в главе 1 методов производства тонкой проволоки, будем использовать следующие параметры: качество, скорость, технические особенности, дороговизна.
Метод Головкина:
- а) диаметр полученной проволоки 6-8 мм, Литье алюминиевых сплавов ведут обычно при 700—710°С со скоростью 30—45 м/ч;
- б) необходимость поддержки температуры расплава, когда для различных сплавов она является разной: для АК, АК4, АМгЗ, АМг5, АМг6 680-705° С, для АМг7 780—810° С для АК12 705—720° С [19];
- в) полученная заготовка имеет довольно грубую структуру, кристаллы вытянуты вдоль заготовки. Колебание диаметра получаемой заготовки, ведет к необходимости в выравнивании размеров заготовки и ее свойств путем дополнительного отжига и волочения;
- г) сравнительно невысокая производительность агрегата, но это компенсируется простотой оборудования.
Итог: не качественно, медленно, много технологических особенностей, дешево.
Гранульная технология литья:
а) основным недостатком данной технологии является низкая производительность, при простоте производства и высоком качестве изделия. Для производства полуфабрикатов необходимо много оборудования.
Итог: качественно, медленно, мало технологических особенностей, дорого.
Литье заготовки с тонким поперечным сечением в электромагнитном кристаллизаторе:
а) размер заготовок 5-25 мм, возможно дальнейшее волочение. Заготовка высокооднородная, имеет мелкозернистую структуру, высокие прочностные характеристики, быстрое производство.
Итог: качественно, быстро, много технологических особенностей, относительно дешево
Технология Конформ:
- а) поскольку материал вырабатывает тепло трения и тепло трансформации, то можно достичь температуры до 500 градусов и более, без помощи нагревателя. Предназначена для изготовления длинномерных изделий, то есть чем длиннее лента, трубка, профиль, тем меньше у вас будет отходов производства. Торможение и разгон линии снижает её производительность, а также приводит к изменению температурного воздействия и, соответственно, к отрицательному изменению структуры и свойств изделия. В отход уходит 8-10 м от начала и конца бухты. Эти участки металла имеют крупнозернистую структуру, с низкими показателями прочности и пластичности. К недостаткам способа «Конформ» можно отнести: высокая энергоемкость процесса, так как затраты на преодоление сил трения по поверхностям инструментального узла требуют применения электродвигателей большой мощности;
- неравномерная деформация;
- сложная конструкция прессового узла.
Итог: не качественно, быстро, много технологических особенностей, дорого.
Равноканальное угловое прессование (РКУП):
а) похож на метод Конформ. применяется для получения высокоплотных наноструктурированных материалов с высокой структурной однородностью.
К преимуществам РКУП относится его простота, низкие давления на инструмент и возможность придания заготовке большой сдвиговой деформации. При проведении же нескольких циклов прессования отмеченные недостатки приводят к значительному росту трудоемкости обработки и себестоимости заготовок.
Итог: не качественно, скорость зависит от количества прессования, мало технологических особенностей, дорого при больших количествах прессования.
Сведем полученные результаты в таблице 1.
Таблица 1 – Сравнительная таблица методов производства тонкой проволоки
Технологические
Метод Качество Скорость Дороговизна
особенности
Метод Головкина не качественно медленно много дешево
Гранульная
качественно медленно мало дорого технология в электромагнитном много
качественно быстро дешево кристаллизаторе (программируемы) технология
не качественно быстро много дорого Конформ
метод дорого, при
зависит от равноканального больших
не качественно количества мало
углового количествах
прессования прессования прессования
При анализе предложенных методов, выбор по производству проволоки был сделан в пользу метода литья заготовки с тонким поперечным сечением в электромагнитном кристаллизаторе, с небольшими модернизациями. Данный метод был выбран по причине того, что весовой коэффициент у показателя «качество» и «скорость» для промышленных масштабов производства больше, чем остальные. Модернизации будет приходиться на выходное отверстие (нужно 0,8 мм, а не 5 мм) и прямую подачу воды на заготовку. Так же, совместно с ЭМК, для перемешивания расплава, будет применяться МГДперемешиватель. Данная технология применяется для того, чтобы удерживать одну температуру во всем расплаве и удерживания структуры от растекания, для однородности будущего изделия.
2 Производство высокооднородной тонкой алюминиевой проволоки с
добавлением редкоземельных металлов
2.1 Описание и принципы магнитогидродинамического метода
используемого в металлургии
Магнитная гидродинамика —дисциплина, возникшая при пересечении гидродинамики и электродинамики сплошной среды. Предметом изучения является динамика проводящей жидкости (газа) в магнитном поле. Примерами таких сред являются: различного рода плазма, жидкие металлы, солёная вода.
Особенностью нагрева металла в электрических и пламенных печах является то, что энергия передается от электронагревателей или пламени к расплаву путем излучения. Поэтому, при длительном нагреве, либо при интенсивном плавлении шихты, перепад температуры между верхними и нижними слоями расплава достигает свыше 100 °С. Высокая температура верхнего слоя увеличивает окисления и насыщения расплава водородом. При включении МГД-перемешивателя, температура по слоям расплава становится одинаковой.
Принцип МГД-перемешивания основывается на том, что под действием бегущего магнитного поля в ванночке расплава формируется поле сил Лоренца, которые создают потоки расплава и позволяют обеспечить перемешивание во всей ванночке. Основным элементом МГД-перемешивания является индуктор, который находится как боковой стороны печи и снизу печи — под подиной. Установка индуктора МГД-перемешивателя с боковой стороны предпочтительна в уже рабочих миксерах, по причине, что установка индуктора под подину связана с большими работами по изменению фундамента. Установка МГД-перемешивателя под подиной желательна для новых поворотных миксеров, что обеспечивает высокое качество и интенсивность перемешивания расплава.
Главной частью перемешивателя является генератор. У МГД-генератора, как и у обычного машинного генератора, основан на электромагнитной индукции, то есть — на возникновении тока в проводнике, пересекающем силовые линии магнитного поля. В отличие от машинных генераторов проводником в МГД-генераторе является само рабочее тело, которые могут быть: электролиты, жидкие металлы, плазма (ионизированный газ).
МГД-генератор состоит из канала, по которому движется плазма, системы магнитов, для создания магнитного поля и электродов, которые отводят полученную энергию. В качестве магнитов могут использовать электропроводный газ (продукты сгорания ископаемого топлива, инертные газы с присадками щелочных металлов, пары щелочных металлов и их смеси и др.), жидкие металлы, электролиты и другие источники магнитного поля.
Обычно в МГД-генераторах используют газ. При нагретом состоянии до 2500 – 2700 К, он ионизуется и становится электропроводным – превращается в плазму.
При работе МГД-генератора с газовым рабочим телом принципиально возможны три режима:
- а) с сохранением температуры и уменьшением кинетической энергии;
- б) с сохранением кинетической энергии и уменьшением температуры;
- в) со снижением и температуры, и кинетической энергии.
Что дает явное преимущество по сравнению с другими видами рабочих тел и точное регулирование настроек для получения необходимого изделия.
Описание работы МГД-генератора сводятся к следующим этапам:
- а) в камеру сгорания подаются топливо, окислитель и присадки;
- б) топливо сгорает и образуются продукты горения — газы;
- в) газы проходят через сопло, расширяются и увеличивают свою скорость до сверхзвуковой;
- г) газы поступают в камеру, через которую пропускается магнитное поле, и в стенках которой установлены электроды;
- д) заряженные частицы из ионизированного газа, оказавшись под влиянием магнитного поля, отклоняются от первоначальной траектории под действием силы Лоренца и устремляются к электродам;
- е) между электродами возникает электрический ток.
Основным достоинством МГД-генератора является то, что в нем отсутствуют движущиеся узлы или детали, такие как ротор, непосредственно участвующий в преобразовании тепловой энергии в электрическую. Это позволяет существенно увеличить начальную температуру рабочего тела и, следовательно, КПД электростанции.
На рисунке 5 представлен МГД-перемешиватель разработанный ООО «НПЦ МГД» [20].
Рисунок 5 – МГД-перемешиватель
Основным назначением МГД-перемешивателя является решение следующих задач:
- а) обеспечение однородности температуры и химического состава по всему объему ванны;
- б) ускорение растворения твердой шихты в расплаве;
- в) растворение тяжелых металлических компонент расплава.
В целом, использование МГД-перемешивателей в процессе приготовления сплава в миксере, позволяет:
- а) до 25% увеличить производительность печей емкостью от 5 до 120 тонн;
- б) до 15% сократить расход газа на поддержание температуры печи;
- в) до 25% снизить образование шлака;
- г) до 50% снизить затраты на операции загрузки, ручной инструмент и ручной труд;
- д) обеспечить высокую надежность системы, за счет отсутствия контакта с металлом, движущихся частей, а также отсутствия водяного охлаждения самого индуктора.
е) автоматизировать процесс приготовления расплава.
2.2 Применение МГД-технологий и электромагнитного кристаллизатора для получения тонкой алюминиевой проволоки
Жаропрочный алюминиевый сплав марки 01417 предназначен для изготовления проволоки длительно работающей при температуре + 250 °С. Из проволоки изготавливают бортпровода авиалайнеров взамен медных проводов, при этом достигается снижение в весе изделия от 100 до 300 кг [21].
Химический состав сплава изготавливается в соответствии с ТУ 1-8091038-96.Суть технологии получения непрерывно литых слитков (далее проволоки) посредством литья в электромагнитный кристаллизатор заключается в обеспечение уникальных физико-механических свойств проволоки при ее литье в электромагнитный кристаллизатор за счет быстрой кристаллизации и создание интенсивных МГД воздействий на жидкую фазу будущей проволоки в процессе кристаллизации. Схема плавильно-литейного комплекса с электромагнитным кристаллизатором приведена на рисунке 6 [8].
Приготовление расплава происходит в печи 1 при обеспечении гидродинамических течений в электромагнитном перемешиватели 2. Далее расплав проходит через лоток 3 и разливается в электромагнитный кристаллизатор. Уровень металла (hмет) поддерживается постоянным при управления сливом металла из тигельной печи. Расплав металла поступает за счет наклона тигельной печи. Управление углом наклона печи происходит при помощи регулятора 6 на основании сигналов от датчика 7. Когда расплав поступает в электромагнитный кристаллизатор, то он удерживается от растекания электромагнитным полем индуктора 4. За счет холодной воды из охладителя 5, расплав быстро равномерно затвердевает, формируя слиток 8, и выходит вниз со скоростью vвыт [8].
Благодаря воздействию электромагнитных сил происходит задержание расплава в заданном объеме. При этом холодная жидкость подаётся непосредственно на слиток, из-за чего достигается очень высокая скорость охлаждения. Получаемый слиток отличается высокой однородностью и дисперсностью, к тому же достигается высокая прочность проволоки. Полученная заготовка при помощи вытягивающего устройства, отводится и наматывается в бухту.
1 – плавильная печь, 2 – электромагнитный перемешиватель, 3 – литейный лоток, 4 – электромагнитный кристаллизатор, 5 – охладитель, 6 – регулятор
уровня, 7 – датчик уровня, 8 – непрерывно-литой слиток
Рисунок 6 – Плавильно-литейный комплекс с электромагнитным
кристаллизатором [22]
Процесс производства сводится к следующим действиям: в цех поступает алюминиевый сплав в чушке, которые поставляются в необходимом объеме. Дальше, алюминиевый сплав поступает в тигельную печь, где плавится и поступает в электромагнитный кристаллизатор. Мишметалл, который находится в сплаве, обычно содержит 45 – 50% церия, 18% неодима, 5% празеодима, 1% самария, 22 — 25% лантана и небольшое количество прочих редкоземельных металлов. Добавление мишметалла к алюминиевым сплавам повышают их временное сопротивление на разрыв, жаропрочность, сопротивление вибрации, пластичность этих сплавов, не увеличивая при этом электросопротивление [23].
Эффективность данной технологии достигается благодаря высоким скоростям охлаждения и методов электромагнитного воздействия на кристаллизующийся расплав. Высокая скорость охлаждения позволяет получить равномерную и мелкодисперсную микроструктуру слитка и провести процесс кристаллизации в соответствии с метастабильными диаграммами состояния, что приводит к повышению содержания легирующих компонентов в твердом растворе. Все это в конечном итоге приводит к повышению качества сплава и повышению его технологичности [8].
Технологический цикл производства тонкой алюминиевой проволоки из сплава алюминия 01417 представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 – Технологический цикл получения тонкой проволоки
В силу имеющихся производственных мощностей, мы можем получить готовую продукцию диаметром 0,8 мм, чего недостаточно для использования в качестве проводов в бортовых системах летательных аппаратов. Для прокатки алюминия до 0,1 мм диаметра необходимо прибегать к помощи посредников, которые и являются партнерами, ОКБ «Кабельной промышленности», которые осуществляют дальнейшую её пересылку. В данный момент ведутся работы по конструированию данного прокаточного аппарата до 0,1мм в диаметре, так как аппарат является весьма дорогостоящим.
Волочение катанки диаметром 7,2 мм на 1,8 мм осуществляется на многократных машинах без скольжения типа ВМА-10/450. Далее волочение на размер 0,47—0,59 мм проводится на 15 волочильных машинах со скольжением; скорость волочения до 18 м/сек.
Данный способ получения проволоки имеет патент [24].
Получаемый алюминиевый сплав имеет высокооднородную структуру с размером зерен от 10 до 15 мкм. Снимок структуры проволоки представлен на рисунке 8. Размер изделия 5 мм. Масштаб 100 мкм.
100 мкм
Рисунок 8 – Структура сплава алюминия 01417
Для сравнения структуры получаемой проволоки, приведем структуру алюминия [25] и меди[26] на рисунке 9 и 10. Размер изделия 5 мм, масштаб 100 мкм.
100 мкм
Рисунок 9 – Структура меди (размер зерна 7 мкм, применена прокатка)
100 мкм
Рисунок 10 – Структура алюминия (размер зерна 30 мкм, применена прокатка)
Стоит заметить, что структура предлагаемой нами алюминиевой проволоки по однородности схожа с медной, но для уменьшения диаметра проволоки и зерна использовалась прокатка. В случае производства предлагаемой проволоки только применялось выдавливание из ЭМК.
В качестве конкурентных преимуществ выпускаемой проволоки выступают: снижение стоимости бортовых кабельных систем летательных аппаратов на 25% и, главное, веса бортовой системы на 30%. Уникальность разработанной технологии литья в электромагнитный кристаллизатор, аналогов которой нет в мире. Проволока использовалась при создании самолетаамфибии БЕ-200, что позволило снизить вес машины на 1 тн.
В настоящее время на металлургических предприятиях для процессов полунепрерывного литья применяют следующие типы литейных машин: сцепным, тросовыми гидравлическим приводами. При создании лабораторной установки выбор был сделан в пользу машины тросового типа как наиболее простой в изготовлении и при этом обеспечивающей достаточную плавность хода для получения литья хорошего качества. Литейная машина (рисунок 11) представляет собой шахту, выполненную из трубы диаметром 300 мм и высотой 1.75 м. Внутри трубы закреплены 2 направляющие (рисунок 12), служащие для перемещения в трубе литейного стола (рисунок 13).
Литейная машина и все ее узлы монтируются на общей раме. Управление передвижением литейного стола осуществляется посредством троса, который через систему валиков соединен с приводом. Привод (рисунок 14) состоит из асинхронного двигателя переменного тока АКР71В8 (номинальное напряжение 220 вольт, мощность 370 Вт, частота вращения 750 об/мин) и редуктора. Особенность привода тросовых литейных машин – бесступенчатое электрическое регулирование рабочих скоростей с помощью двигателя переменного тока, т.е. изменением числа оборотов электродвигателя с помощью частотного регулятора Altinar 312. Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется в пределах до 750 об/мин, что с учетом конструкции редуктора обеспечивает линейную скорость вытягивания слитков до 300 мм/сек. Для уменьшения охлаждения расплава по пути к кристаллизатору машину располагают максимально близко к печи. При рабочем ходе машина обеспечивает бесступенчатое регулирование скорости литья, а при ускоренном ходе – быстрый подъем и опускание литейного стола. Конечное ограничение передвижения литейного стола осуществляется посредством датчиков тока в преобразователе частоты.
Рисунок 11 – Литейная Рисунок 12 – Шахта литейной
машина машины
Рисунок 13 – Стол литейной Рисунок 14 – Привод литейной
машины машины
После литейной машины расплав поступает в электромагнитный кристаллизатор.
Электромагнитный кристаллизатор (рисунок 15), представляет собой медный водоохлаждаемый трехвитковый индуктор с внутренним диаметром 40 мм и высотой 25 мм. Из печи в электромагнитный кристаллизатор сплав подается посредством литейной оснастки. Индуктивный характер нагрузки с малым коэффициентом мощности позволяет при выборе электрической схемы оборудования питающего электромагнитный кристаллизатор ориентироваться на электрооборудование для питания установок индукционного нагрева. Для отработки технологии непрерывного литья в электромагнитный кристаллизатор разработана электрическая схема питания кристаллизатора, состоящая из высокочастотного транзисторного генератора ВГТ5-25/66 и двухступенчатого согласующего контура нагрузкой которого является индуктор электромагнитного кристаллизатора. На рисунках 16, 17, 18 представлена часть установки, содержащая электромагнитный кристаллизатор, установленный над шахтой литейной машины, согласующих трансформаторов и батарей конденсаторов.
Рисунок15– Индуктор Рисунок16– Схема питания электромагнитного кристаллизатора электромагнитного кристаллизатора
Рисунок 17 – Источник питания Рисунок18– Инвертор
ВГТ5–25/66 высокочастотного генератора
Опытный плавильно-литейный комплекс с электромагнитным кристаллизатором для отработки технологии производства бухт непрерывнолитых слитков диаметром 5-25мм массой до 50кг из алюминиевых сплавов приведен на рисунке 19.
а – плавильная печь; б – согласующий контру печи; в – привод поворота печи; г – источник питания индуктора кристаллизатора; д – согласующий контур индуктора; е – направляющие ролики литейной машины; ж – тянущий привод и ролики литейной машины; з – привод намоточного барабана; и – бак оборотной системы охлаждения; к – источник питания печи; л – насосная станция системы
охлаждения; м – барабан намоточной машины Рисунок 19 — Опытный плавильно-литейный комплекс с электромагнитным
кристаллизатором [27]
Представленный опытный плавильно-литейный комплекс с электромагнитным кристаллизатором предназначен для отработки технологии производства бухт непрерывнолитых слитков диаметром 5 — 25 мм массой до 50кг из алюминиевых сплавов. Для получения более тонкой заготовки, проволока далее проходит через волочильную машину для получения меньшего диаметра.
По итогу, получаемая проволока имеет следующие характеристики:
- а) размер зерна 10-15 мкм, что говорит о высоко однородности материала;
- б) электропроводность: 22·106 (Ом·м)‐1;
- в) предел прочности: 160 МПа;
- г) относительное удлинение: 8%;
- д) удельное электрическое сопротивление: 0,0232 Ом*мм2/м;
- е) предел прочности при растяжении: Gв = 180 – 200 МПа;
- ж) предел прочности при растяжении 250°C Gв = 100 – 120 Мпа [1].
Сравним характеристики полученной проволоки, обычной медной и алюминиевой. Результаты сравнения представлены в таблице 2.
Таблица 2 – Сравнительные характеристики
Предел
Электр Предел прочност
Предел Относите
Размер опрово прочност и при
прочно льное Плотност
зерна, дность, и при растяжен
сти, удлинени ь, г/см3
мкм (Ом·м растяжен ии
МПа е, %
‐ 1 ии, МПа 250°C,
МПа Проволока с редкоземельны 10-15 43*106 160 8 180– 200 100– 120 2,69 ми металлами
Проволока
7 58*106 300 4-6 ~200 250 8,92 медная
Проволока
30 35*106 40-60 5-10 100 30-50 2,69 алюминиевая
Из данной таблицы видно, что производимая нами проволока близка по характеристикам к медной, что дает ей право претендовать на частичное, а в перспективе и полное, замены ее в бортовых системах летательных аппаратов.
3 Экономическое обоснование производства высокооднородной тонкой алюминиевой проволоки
3.1 Общие расчеты для производства проволоки с улучшенными физико-механическими свойствами
Для производства предлагаемой проволоки необходимо рассчитать себестоимость и цену продажи. Данные расчеты приведем в таблице 3.
Таблица 3 – Расчет себестоимости производства непрерывно литой заготовки диаметром 0,8 мм из сплава алюминия с редкоземельными металлами при работе в одну смену
Необход Затраты на
имое Цена, руб единицу
Наименование статей
кол-во, за кг. продукции,
кг. руб. Стоимость алюминия 0,92 150,16 [28] 138,15 Стоимость мишметалла 0,08 900 [29] 72 Услуги сторонней организации на получение сплава 01417 из давальческого алюминия и 1,00 13,56 13,56 мишметалла Стоимость электроэнергии и коммунальных услуг для получения заготовки в 15,6 электромагнитном кристализаторе Заработная плата рабочих 50,95 Итого производственных затрат 290,3 Накладные расходы 58,1 Амортизациям оборудования 38,58 Общие затраты 386,98 Прибыль от реализации 116,09 Цена без НДС 503,07 НДС 90,55 Цена с НДС 593,62 Выручка от реализации 21600 593,62 12 822 192 Прибыль (до налогообложения) 21600 116,09 2 507 544
При работе в одну смену, годовой объем достигает – 21,6 тн/год. При двух сменах — 43,2 тн/год. При трех сменах – 64,8тн/год.
Для производства 90 кг. необходимо 10 м3 воды – 181,6 руб, 500 кВт.ч 1124,5 руб., водоотвод 10 м3- 99,7 руб.
Для расчетов заработной платы было принято, что в одну смену работает 1 мастер и 1 литейщик, в 2 смены — 2 мастера и 2 литейщика, в 3 смены — 3 мастера и 3 литейщика. Расчет заработной платы представлен в таблице 4.
Таблица 4 – Расчет заработной платы
ЗП с учетом ЗП с ОСНО
Кол-во раб- Объем в
ЗП, руб. ОСНО (в (в день за
их, шт. день, кг.
мес), руб. кг), руб Литейщик 1 40 000 52 000,00 90 29,11 Мастер 1 30 000 39 000,00 90 21,83
91 000,00 50,95
При последующих сменах увеличивается заработная плата и общий произведенный объем проволоки, учитывая данный факт получаем, что затраты на один килограмм продукции принимает одно значение.
Расчет амортизации ввелся с учетом того стоимости оборудования, которое составляет 5 млн. руб. Полезный срок использования оборудования относится к четвертой группе, что составляет 6,5 лет. Для расчета использовался линейный способ начисления амортизации. Расчет амортизации приведен в таблице 5.
Таблица 5 – Амортизация
В месяц Кол-во раб. дней Кг в день Руб/кг 1 смена 69445 20 90,00 38,58
3.2 Расчет основных показателей эффективности проекта
Для расчета основных экономических показателей нам необходимо определить емкость рынка летательных аппаратов. Для расчета будем брать отечественные ЛА – вертолеты, самолеты для военных целей и гражданские. Стоит иметь в виду, что цифры являются примерными. Результаты емкости рынка можно увидеть в таблице 6.
Таблица 6 — Выпускаемые отечественные самолеты и вертолеты в России за период с 2009г. до 2015г.
Выпуск боевых
Производство
и учебно-боевых
вертолётов в России, Гражданская
самолётов для
шт. авиация, шт.
вооруженных сил РФ,
шт. до 2009 года менее 10 шт. в год. не менее 160 шт. в год. не менее 6 шт. в
год. 2010 год 13 шт. 214 шт. 15 шт. 2011 год 30 шт. 262 шт. 17 шт. 2012 год 37 шт. 290 шт. 22 шт. 2013 год 69 шт. 303 шт. 36 шт. 2014 год около 90 шт. 315 шт. 43 шт. 2015 год более 150 шт. более 300 шт. 26 шт.
Из данной таблицы вы видим, что емкость рынка растет, вместе с ней и растет количество находящихся в них проводов, которые в перспективе можно все заменить на производимые нами алюминиевые провода. Представленные в таблице 6 значения можно перевести в количество проводов, и получим: 16 428 000 км (348 191 кг).
Данный расчет сделан при среднем количестве проводов в самолете 100 км и 30 жил в одном проводе. При расчете занять 1/3 рынка проводов в ЛА, то объема данных провод хватит на обеспечении предприятия работой на 6 лет. Так как выпуск летательных аппаратов с каждым годом увеличивается, то предприятие просуществует долгое время.
Опираясь на данные из таблицы 6 можно спрогнозировать предположительное количество выпуска ЛА на 2016 г. Результаты представлены в таблице 7. Таблица 7 – Прогнозируемое количество выпущенных летательных аппаратов в 2016 г.
Выпуск боевых и учебно Производство вертолётов, шт Гражданская
боевых самолётов для
авиация: вооруженных сил России, шт
не менее 35, что не менее 125, что равняется не менее 323, что равняется
равняется 4451 кг
15896 кг проволоки 41076 кг проволоки
проволоки
Для сравнения экономической выгоды от вложений денежных средств в тот или иной инвестиционный проект могут использовать два подхода – статический и динамический. Под статистическими показателями подразумеваются показатели без учета фактора времени и приведение денежных средств к определенному моменту времени, что наоборот присутствует в динамическом.
Основополагающим понятием является – экономическая эффективность, о которой необходимо рассказать. Общая экономическая эффективностьопределяется как отношение доходов к расходам. В зависимости от уровня реального эффекта его величина определяется: приростом произведенного национального дохода; приростом чистой продукции; приростом прибыльности и др.
Капитальные вложения считаются эффективными, если искомые показатели оказываются выше плановых и отчетных. Общая экономическая эффективность может быть рассчитана по каждому вложению.
Показатель общей экономической эффективности определяют по формуле (2).
(2)
где К — капитальные вложения, вызвавшие прирост эффекта Э .
При использовании формулы (2), для обоснования темы работы, мы получим следующее значение:
Значения взяты из таблицы 3. – чистая прибыль за год, которая равняется 2 млн. руб. – общие затраты на получение данной проволоки, которые составляют 8, 35 млн. руб.
Значение получилось весьма перспективное. Но если сравнивать его и производство обычной проволоки, то обычная проволока экономически выгодна, но за счет свойств производимой нами проволоки на нее будет стабильный спрос в отраслях, где вес изделия имеет первостепенное значение.
Так как реализуемые проект относится к инновационному, в которых присутствует большой риск и условия полной неопределенности, то для расчета экономической целесообразности будем использовать динамические показатели. В результате мы получим значения, на которых делаются поправки на риск и продолжительность реализации. К преимуществам дисконтирования можно отнести:
- а) учитывается неравномерная структура доходов и расходов, которую можно применить при нестабильном доходе и рынка в целом;
- б) данный метод принимает во внимание три основных элемента: размер дохода, который инвестор рассчитывает получить в будущем;
- срок получения дохода;
- риски, относящиеся к получению или неполучению доходов, которые берет на себя инвестор.
Дисконтные методы учитывают два важных аспекта в деятельности инноватора:
- а) при одноразовом инвестировании всей суммы, необходимой для реализации проекта, он лишается возможности временно использовать ее часть для получения альтернативных доходов (например, процентов по банковскому вкладу или дохода по краткосрочным государственным займам);
- если средства, вкладываются в проект по определенным интервалам времени (по подпериодам), то, получая дополнительную альтернативную выгоду, инноватор фактически уменьшает стоимость инвестиций в проект;
- б) доходы от реализации проекта, поступающие по определенным интервалам времени, также дают инноватору возможность извлекать из них дополнительный альтернативный доход.
Денежные инвестиции имеют временную ценность, т. е. денежные средства в данный момент и через определенный интервал времени при равной номинальной стоимости имеют совершенно разную покупательную способность. В связи с этим возникает необходимость финансовоэкономической оценки инвестиций с помощью методов, основанных на дисконтировании.
Наиболее объективные методы, по которым можно оценивать проект с учетом дисконтирования: чистый дисконтированный доход (NPV), дисконтированный срок окупаемости (DPP), индекс рентабельности(PI), внутренняя норма доходности (IRR), период окупаемости (PP).
Чистая приведённая стоимость представляет собой суммудисконтированных значений потоков платежей, приведённых к сегодняшнему дню. Показатель NPV представляет собой разницу между всеми денежными притоками и оттоками, приведёнными к текущему моменту времени (моменту оценки инвестиционного проекта).
Он показывает величину денежных средств, которую инвестор ожидает получить от проекта, после того, как денежные притоки окупят его первоначальные инвестиционные затраты и периодические денежные оттоки, связанные с осуществлением проекта. Обоснование для использования данного показателя базируется на допущениив оценке денежного прогноза инвестиционного процесса такого предположения, которое связывает вложенные инвестиции с регулярными доходами от этой деятельности.
Чистый дисконтированный доход (NPV) рассчитываются по формуле (3).
(3) где IC — величина исходной инвестиции;
- CF— сумма чистых денежных поступлений от проекта;
- t — временной период;
- i –коэффициент дисконтирования.
Применим данную формулу для расчета предлагаемого проекта. В качестве коэффициента дисконтирования будем использовать значение 15%. Данное значение предложено финским экономистом Яакко Хонко для расчета разработки новых проектов [30].
Результат расчета NPV представлен в таблице 8.
Таблица 8 – Расчет NPV по проекту на 7 лет
Период, год. 0 1 2 3 4 5 6 7 Первоначальные инвестиции, млн. руб. 6 Чисты денежные поступления, млн.
2 2 2 2 2 2 2
руб.
NPV, млн. руб. -4,25 -2,73 -1,4 -0,2 0,7 1,5 2,3
r, ставка дисконтирования 0,15
Графически представим расчет NPV на рисунке 21.
3000000
2000000
1000000 N…
- 1000000 0 1 2 3 4 5 6 7 8
- 2000000
- 3000000
- 4000000
- 5000000
- 6000000
- 7000000
Рисунок 21 – Графическое представление показателя NPV
Из таблицы 8 мы видим, что проект, с учетом дисконтирования, окупиться на 4,1 года. Эти расчеты сделаны с учетом того, что все 4,1 года производить будем 2160 кг проволоки в год, пессимистический сценарий. Первоначальные инвестиции планируется взять у инвестора и часть собственных средств. Прибыль была взята из таблицы 3 с вычетом налоговых отчислений, в сумме 501508 руб.
Внутренняя норма доходности (ВНД, IRR) — это ставка дисконтирования, при которой NPV проекта равен нулю. ВНД называется так потому, что она полностью определяется внутренними свойствами проекта, без использования внешних параметров, таких, как заданная ставка дисконтирования.
Экономический смысл данного показателя в том, что он определяет верхнюю границу доходности проекта и максимальные удельные затраты по нему: если IRR проекта больше стоимости инвестируемых средств, то проект следует принимать к рассмотрению, иначе — отклонять.
Расчет IRR производится по формуле (4).
(4)
Рассчитаем данный показатель относительно предлагаемого проекта. Так как NPV = 0 на 4 год, то считать будем до него. После расчетов мы получаем IRR=0,2.
Полученное значение ВНД получилось больше закладываемой ставки дисконтирования при расчете NPV. Это говорит о том, что проект в проект можно инвестировать.
Период окупаемости инвестиций (РР) — время, которое требуется, чтобы инвестиции обеспечили достаточные поступления денег для возмещения расходов на осуществления проекта.
Расчет этого показателя осуществляется по формуле (5).
(5)
где РР — период окупаемости вложенных средств по проекту; I — сумма инвестиций; CF — сумма чистого денежного потока за год.
Применим формулу (5) для обоснования предлагаемого проекта:
Срок окупаемости проекта составляет 3 года.
Чтобы более точного расчета показателя РР рекомендуется учитывать временной аспект. Для этого необходимо учитывать денежные потоки, дисконтированные по показателю «цены» авансированного капитала. Очевидно, что срок окупаемости при этом может увеличиваться.
Таким образом, РР — минимальный период, по истечении которого NPV становится и в дальнейшем остается положительной величиной.
При расчете дисконтированного срока окупаемости для предлагаемого проекта, получаем значение – 4, 1 год, что значительно выше расчетного срока окупаемости.
Дисконтированный срок окупаемости, как и расчетный, имеет недостаток — он не учитывает потоки при наступлении срока окупаемости, т. е за весь период действия инвестиций, и, следовательно, на него не влияет вся та отдача, которая лежит за пределами PPmin.
Анализ методов, Принятых в зарубежной практике, показывает преимущественное применение процедур дисконтирования.
В отечественной практике методы финансово-экономической оценки инвестиций, основанные на дисконтировании, получили широкое распространение при разработке бизнес-планов под инвестиционные проекты.
Обоснованный выбор оптимального инвестиционного проекта предполагает использование методов, позволяющих снизить степень риска и минимизировать экономические издержки. Прежде всего, следует отметить, что такая задача относится к задачам принятия решений в условиях неопределенности и риска. Под неопределенностью следует считать возможные колебания значений финансовых показателей (инфляция, снижение ставок и т. п.) при реализации инвестиционного проекта, а под риском следует понимать изменения денежного потока по годам реализации проекта.
Для подведения итогов представив все полученные показатели экономической эффективности. Показатели представлены в таблице 9.
Таблица 9 – Сводная таблица показателей эффективности № Показатель Значение 1 Ставка дисконтирования, % 15 2 Период окупаемости, мес. 36 3 Дисконтируемый период окупаемости, мес. 49 4 Чистый приведенный доход, на 5 год, млн. руб. 0,7 5 Внутренняя норма рентабельности, на 5 год, % 20
Итогом таблицы выступает решение: экономически целесообразно вкладывать денежные и временные ресурсы для реализации данного проекта.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные результаты выпускной квалификационной работы заключаются в следующем:
- а) проведен обзор, и анализ методов производства проволоки на рынке РФ, по итогу которого было принято заключение использовать электромагнитный кристаллизатор совместно с магнитогидродинамическимперемешивателем, что позволит получить алюминиевую проволоку схожую по физико-механическим характеристикам с медью, только имеющую меньший вес. Данную проволоку можно использовать в отраслях, где вес изделия имеет первостепенное значение. В качестве таких отраслей могут выступать: авиастроение и ракетостроение;
- б) проведен анализ влияния МГД-перемешивания на структуру сплава алюминия и его физико-механические свойства. Данный анализ показал перспективные результаты. В недалеком будущем есть вероятность полной замены медных проводов в бортовых системах летательных аппаратов на получаемые нами провода;
— в) по итогам подсчетов экономической и технической эффективности производства проволоки по предложенному методу, представленному в данной работе, мы получили то, что реализация данного проекта целесообразна. Положительное значение денежных потоков наблюдается на пятый год реализации. Полученное значение считается среднестатистическим в инновационной сфере, так как все происходит в полной неопределенности и с большими рисками.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/bakalavrskaya/provoloka-2/
1 Технические характеристики сплава алюминия 01417 [Электронный ресурс] : официальный сайт предприятия «ОКБ КП». – Режим доступа: http://www.okbkp.ru/publications/523/.
2 Бояков С. А. Инновации для глубокой переработки алюминия [Электронный ресурс] / С. А. Бояков, В. Б. Осипенко, В. Н. Тимофеев, М. В. Первухин // электронный сборник статей третьего международного конгресса «Цветные металлы – 2011». – 2011. – Режим доступа: http://csl.isc.irk.ru/BD/Books/BD/Book/цвет%20метал %202011-8.pdf .
3 Информация о сплаве алюминия А5 [Электронный ресурс] : центральный металлический интернет портал РФ. – Режим доступа: metallov/alu/A5.
4 Белов, А.Ф. Авиационная металлургия / А. Ф. Белов //Металловедение и термическая обработка металлов. – 1985. — №5. – C. 25–27.
5 Информация о гранульной технологии производства проволоки [Электронный ресурс] : электронный словарь «Академик». – Режим доступа: http://metallurgy_dictionary.academic.ru/1484/ГРАНУЛЬНАЯ_ТЕХНОЛОГИЯ_Л ИТЬЯ.
6 Добаткин, В.И. Гранулируемые алюминиевые сплавы / В.И. Добаткин, В.И. Елагин // Достижения отечественного металловедения. – 1981. – №1. – С. 176-178.
7 Пат. 1434625 Российская Федерация, B22F3/24. Способ получения полуфабрикатов из гранул алюминиевых сплавов / С. И. Куклин, В.И Белокопытов, Ю.А. Горбунов; заявл. 18.12.00; опубл. 20.08.02. – 3 с.
8 Первухин, М.В. Электротехнология и оборудование для получения непрерывнолитых слитков в электромагнитном кристаллизаторе. Теория и практика: автореф. дис. … д-р техн. наук: 05.09.10 / Первухин Михаил Викторович. – Красноярск, 2012. – 36 с.
9 Бааке, Э. МГД-технологии в металлургии. Интенсивный курс. Специализация IV : учеб. пособие / Э. Бааке. – Санкт-Петербург : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2013. – 250с.
10 Курнаева, С. В. Современные МГД-технологии получения наноструктурированных сплавов [Электронный ресурс] / С. В. Курнаева, Н. С. Бугаева // электронный сборник научной конференции «Молодежь и наука – 2014». – 2014. – Режим доступа: F%2Fconf.sfu-kras.ru%2Fsites%2Fmn2014%2Fpdf%2Fd03%2Fs14%2Fs14_009.pdf &name=s14_009.pdf &lang=ru&c=57581cda43fc.
11 Сидельников, С. Б. Основы технологических процессов обработки металлов давлением [Электронный ресурс] : электронный учебно-методический комплекс/ С. Б. Сидельников, Р. И. Галиев, Д. Ю. Горбунов, Е. С. Лопатина, А. С. Пещанский. – Красноярск : СФУ, 2007. – Режим доступа: .
12 Беляев, С. В. Технология прессования [Электронный ресурс]: конспект лекций / С. В. Беляев, И. Н. Довженко, Р. Е. Сколов, Э. А. Рудницкий, А. С. Пещанский. – Красноярск : СФУ, 2007. – Режим доступа: .
13 Технология экструдирования Conform [Электронный ресурс]: информационный сайт «Техноконсалтинг». – Режим доступа: http://engitime.ru/tehnologi/texnologiya-conform.html .
14 Технология непрерывного экструдирования Conform [Электронный ресурс]: официальный сайт «ООО «Торговый дом Инносплав». – Режим доступа: .
15 Валиев, Р. З. Развитие равноканального углового прессования для получения ультрамелкозернистых металлов и сплавов / Р. З. Валиев // Металлы. – 2004. – №1. – С. 15–22.
16 Информация о равноканальном угловом прессовании металлов [Электронный ресурс] : словарь «Руснано». – Режим доступа: http://thesaurus.rusnano.com/wiki/article23465.
17 Ситдиков, О. Ш. Влияние температуры на формирование микроструктуры в процессе равноканальногоуглового прессования Al-Mg-Sc сплава 1570 / О. Ш. Ситдиков, Е. В. Автократова, Р. И. Бабичева // Физика металлов и металловедение. – 2010. – Т. 110, № 2. – C. 161-170.
18 Маркушев, М.В. К вопросу об эффективности некоторых методов интенсивной пластической деформации, предназначенных для получения объемных наноструктурных материалов / М. В. Маркушев // Письма о материалах. – 2011. – Т. 1, — Вып. 1. – С. 36-42.
19 Информация о сплавах алюминия [Электронный ресурс] : сайт «центральный металлический интернет – портал РФ». – Режим доступа: http://metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/A5.
20 Информация о МГД-перемешивателе [Электронный ресурс] : сайт ООО «НПЦ МГД». – Режим доступа: .
21 Технические характеристики сплава алюминия 01417 [Электронный ресурс] : официальный сайт ООО «ПК МЕТАГРАН». – Режим доступа: http://www.metagran.com/?p=11.
22 Материалы предприятия ООО «НПЦ МГД» [Электронный ресурс] : сайт ООО «НПЦ МГД». – Режим доступа: product-ru/mhd-lps.
23 Гемпель, К. А. Справочник по редким металлам : учебник / К. А. Гемпель. – Москва : Мир, 1965. – 931 с.
24 Пат. 2477193С2 Российская Федерация, МПК B 22 D 11/01, B 22 D 27/02. Cпособ получения слитка из сплавов цветных металлов/ М. Ю. Хацаюк, М. В. Первухин, Н. В. Сергеев, В. Н. Тимофеев, Р. М. Христинич ; заявитель и патенто-обладатель ФГАО УВП «Сибирский федеральный университет». – № 011106625/02; заявл. 22.02.2011 ; опубл. 10.03.2013, Бюл. № 7 (II ч.).
– 7 с.
25 Лежнев, С. Н. Анализ влияния нового совмещенного процесса «Равноканальное угловое прессование-волочение» на микроструктуру и свойства деформируемой медной проволоки [Электронный ресурс] / С. Н. Лежнев // электронный вестник Южно–Уральского государственного университета. – 2015. – Режим доступа: http://vestnik.susu.ru/metallurgy/article/view/4735/4160.
26 Загиров, Н. Н. Формирование структуры и свойств меднохромистой композиционной проволоки за счет смешивания и консолидации стружковых компонентов в твердой фазе [Электронный ресурс] / Н. Н. Загиров, Е. В. Иванов, А. А. Ковалева, В. И. Аникина // электронный журнал «Современные проблемы науки и образования — 2013». – 2013. – Режим доступа: http://cyberleninka.ru/article/n/formirovanie-struktury-i-svoystv-mednohromistoykompozitsionnoy-provoloki-za-schet-smeshivaniya-i-konsolidatsii-struzhkovyh-1.
27 Установка непрерывного литья для получения прутков из алюминия и его сплавов [Электронный ресурс] : сайт ООО «НПЦ МГД». – Режим доступа: .
28 Цена за алюминий [Электронный ресурс] : сайт ООО Издательство «Пульс цен». – Режим доступа: _alyuminivaya_a7_49701534.
29 Цена за мишметал [Электронный ресурс] : сайт ООО Издательство «Пульс цен». – Режим доступа: mishmetall_mts_60_49695483.
30 Обзор методов расчета ставки дисконтирования [Электронный ресурс] : сайт StudFile. – Режим доступа: 5866122/page:2/.
