Новости

Последние события и самая актуальная информация о деятельности РОСНАНО

Технологии «Вириал» в программе «Технопарк»

06 октября 2014

Для создания кораблей, нефтяных танкеров, турбин атомных станций нужны особые сверхпрочные материалы и особые инструменты. Как производят комплектующие для этих гигантов? Почему долгое время детали и инструменты для станкостроения Россия была вынуждена покупать у зарубежных компаний и что предлагают российские компании для смягчения зависимости от импорта?

Ведущий: Т-50, российский истребитель 5-го поколения. Большая часть информации о нем до сих пор остается секретной — известно лишь, что у этого самолета будет новый турбореактивный двигатель. Он на 15% мощнее своих предшественников, на 20% экономичнее, и внимание — в 4 раза надежнее: без какого-либо ремонта турбина надежно прослужит минимум 34 тысячи часов. К слову, во время полета температура внутри авиационного двигателя около 2 тысяч градусов — от таких запредельных нагрузок большинство известных науке веществ попросту разрушается.

Лев Кочерга, директор по развитию компании «Вириала»: Эпохи человеческого развития, они называются Каменный век, Железный век, Медный век. Внедрение в обиход определенных материалов качественно меняет технический прогресс.

Ведущий: Для создания турбин самолетов, ядерных реакторов, автомобильных двигателей и многих других сложных инженерных конструкций сегодня необходим особе, сверхпрочные материалы -сплавы титана, никеля — а значит, нужны и еще более прочные инструменты для их обработки. На всех станках всех заводов по производству поездов, машин, кораблей, самолетов используют так называемые твердосплавные резы — режущие диски и сверла. И еще недавно все это в России вывозили из-за границы.

Георгий Боровский, генеральный директор компании «ВНИИИНСТРУМЕНТ»: Если гипотетически представить себе, что некто превратит поставки инструмента, даже не станков, а инструмента — то через короткий период времени это оборудование остановится.

Ведущий: Как избежать технологического кризиса, есть ли в России предприятия, которые могут смягчить зависимость от импорта? Чем отечественный сверхпрочный инструмент отличается от зарубежных аналогов, почему самый твердый в мире сплав можно разрезать обычным кухонным ножом? Об этом — в программе Технопарк.

Ведущий: Санкт-Петербург. Здесь находится один из самых крупных российских заводов по производству современных инструментов для фрезеровки, сверления и разрезания сверх прочих материалов. В перечне выпускаемой продукции — около сотни наименований. Их невозможно купить ни в одном строительством магазине. Производство каждого — сложная эксклюзивная работа. Мы покажем весь цикл создания всего одной, с виду самой обычной фрезы, но на самом деле она не так проста, как кажется. Процесс производства любого изделия начинается в этой комнате: здесь инженеры придумывают форму, размеры, и рассчитывают все параметры будущего инструмента. Для обработки каждого конкретного металла, например, титана или никеля, нужна особая, специально спроектированная режущая поверхность.

Николай Ковиленков, главный технолог компании «Вириал»: Каждый материал при резани ведет себя по-разному, и поэтому создание такого инструмента достаточно сложный процесс. Потому что, прежде всего, это должно быть сделано компьютерное моделирование самого процесса резания: для этого мы используем навык очень подготовленных людей — в нашем штате есть кандидаты наук, профессора.

Ведущий: Когда все инженерные расчеты сделаны, проект отправляют в работу. На первом этапе будущая фреза выглядит вот так: это карбид вольфрама, соединение металла и углерода.

Владимир Румянцев, генеральный директор компании «Вириал»: Есть уникальное сочетание свойств — твердость, безусловно, но сам по себе инструмент — это не только карбид вольфрама это некая композиция карбида вольфрама с целым рядом других составляющих, которые называются в конечном итоге твердыми сплавами.

Ведущий: Но прежде, чем отправить карбид вольфрама в производство, порошок проверяют в местной лаборатории: рассматривают под микроскопом, растворяют в воде, просвечивают рентгеном. Если все показатели в норме, его смешивают с другими исходными компонентам — ингибиторами роста, кобальтом — после чего полученный раствор поступает в экструдер. Принцип работы этой машины чем-то напоминает мясорубку.

Дмитрий Федоров, начальник технологического бюро синтеза металлокерамики компании «Вириал»: В данном экструдере находится порошковая смесь порошка карбида вольфрама с кобальтом, различными присадками и парафином. Происходит нагрев, и эта смесь выдавливается в виде стержней.

Ведущий: На этом этапе полученная заготовка даже внешне совсем непохожа на сверхпрочный материал. Из-за высокого содержания мягкого парафина ее можно согнуть и даже сломать голыми руками; или разрезать на части с помощью обычного кухонного ножа. после того, как заготовка немного подсохнет, ее отправляют в местную пекарню — так в шутку работники называют этот цех высокотемпературной обработки — самый важный, и самый сложный этап обработки. Мягкие цилиндры слой за слоем аккуратно раскладывают на жаропрочных графитовых подносах, которые потом отправят в вакуумно-компрессионную печь. Ее стены толщиной 50 см сделаны из трех слоев тугоплавкой изоляции — одна только дверь весит 2,5 тонн. Кстати, каждый раз, загружая в эту гигантскую. Духовку очередную партию заготовок, рабочие кладут рядом несколько небольших брусков: они сделаны из той же смеси, что и сами заготовки: это так называемые испытательные образец — с их помощью позже определят, насколько успешно прошел процесс спекания. Но обо всем по порядку. Во время спекания печь разогревается до 1,5 тысяч градусов — от этого замешанный с карбидом вольфрама кобальт начинает плавиться и как бы обволакивает частички порошка. Затем в камере создают давлении е почти в 100 раз выше атмосферного — так из расплава удаляют все поры и микроскопические пустоты. Сверхтвердые зерна карбида вольфрама максимально близко прижимаются друг к другу, разделенные лишь тонкими прослойками кобальта. При этом в печь все время подают инертный газ, который, в отличие от кислорода, не вступает в химические реакции ни с одним из известных науке веществ — так получается идеально чистый монолитный твердый сплав. Этот материал в десятки раз прочнее стали.

Лев Кочерга: Это уникальная задача, которая решается не только высококлассным оборудованием, но и требует привлечения специалистов высочайшего уровня, которые наперечет, можно сказать, даже в стране.

Ведущий: Большинство специалистов работает в одной команде уже более 20 лет. Молодые ученые-химики основали компанию еще в начале 90-х — в непростое время для отечественного станкостроения.

Владимир Румянцев, генеральный директор компании «Вириал»: Инструментом мы как раз не занимались. Первые заказы — это металлургические заводы, самые разные отрасли нашей промышленности, и инструмент — это сейчас. Это важное для страны дело, безусловно, особенно сейчас, в момент, когда — может быть. Слышали про санкции, еще чего-то — независимость ни от кого. В частности, для обрабатывающей промышленности это очень важно.

Ведущий: Сегодня за плечами старожилов компании десятки уникальных проектов для аэрокосмической, атомной, нефтедобывающей и других высокотехнологичных отраслей промышленности. Тем временем заготовка для фрезы практически готова. В цехе высокотемпературной обработки из гигантской духовки спустя 24 часа достают спеченный карбид вольфрама. Еще недавно пластичный материал теперь — один из самых твердых на нашей планете. Из-за того, что связь между молекулами стал более прочной, размер заготовки после спекания уменьшился — почти на 305. То же самое случилось с пробными образцами, которые отсюда отправляют в испытательную лабораторию. Именно здесь твердый сплав проверяют на прочность: образцы сначала просвечивают рентгеном в поисках слабых мест, затем изучают под микроскопом, и, наконец, вставляют в этот аппарат под названием «разрывная машина». Громадный штифт с силой давит на брусок до тех пор, пока тот, наконец, не сломается.

Николай Ковиленков: Определяется структура материала, которая получилась, определяется твердость, прочность материала.

Ведущий: Тем временем наша заготовка поступает в цех финальной механической обработки: здесь инструмент из твердого сплава обретает вою точную геометрическую форму, и для этого использует единственный на нашей планете еще более прочный материал.

Владимир Румянцев: Это алмаз. Это, как правило, алмазный инструмент. Алмаз, естественно, еще более твердое вещество, чем относительно карбида вольфрама, и основная наша продукция может обрабатываться только алмазным инструментом.

Виталлий Даниленко, начальник участка режущего инструмента компании «Вириал»: Образование режущих кромок на данном станке со всеми задними, передними углами занимает порядка 15 минут, и в смену можно сделать около 45 штук.

Ведущий: В таком виде эта фреза при обработке, скажем, титановой пластины, может послужить всего несколько часов. Но инженеры из Санкт-Петербурга знают, как продлить срок службы таких инструментов — для этого используют отечественную технологию газофазного осаждения: для этого фрезу помещают в специальную камер, внутри которой установлены пластины из титана. При помощи плазмы их раскаляют до сверхвысоких температур, так, что в результате образуется металлический пар из атомов и ионов; затем в камере создают электромагнитное поле; оно заставляет ионы оседать на поверхности фрезы. Толщина такого покрытия всего лишь несколько микрометров — это почти в 100 раз тоньше человеческого волоса — но тем не менее, в результате рабочий ресурс инструмента увеличивается в 34 раза.

Георгий Боровский: Создателем этих покрытий был Советский союз. Потом технология распространилась на весь мир, и сегодня просто не существует инструмента — почти не существует — без покрытия.

Ведущий: Теперь остается нанести на готовое изделие маркировку, и осевой режущий инструмент для обработки сверхпрочных материалов готов к работе. К слову, этот отечественный образец ни в чем не уступает иностранным аналогам, а по показателям износа стойкости и вовсе превосходит все подобнее модели. Вот только пока на этом заводе такие изделия штучный товар. Эхо 90-х — лучшую часть российского рынка твердых сплавов сегодня занимают западные компании-гиганты.

Николай Ковиленков: Когда развитие промышленности по объективным причинам активно притормозилось. Наши зарубежные коллеги в этот период использовали максимально эффективно, и заняли фактически весь рынок в Росси. Такая ситуация происходит не только в России -в любом другом государстве, в котором возникают экономические проблемы. Сейчас есть шанс эти проблемы решить. Шанс нужно использовать.

Ведущий: 3 года назад в России приняли программ развития станкостроения с общим бюджетом 26,5 миллиардов рублей. Первый ее этап уже подошел к концу. Сегодня российским компаниям далось отвоевать почти 10% рынка.

Георгий Боровский: То, что касается инструментов из твердого сплава, то он практически, что называется, от горы может быть нашим. Вольфрам и кобальт имеется в избытке в стране. М сегодня научились делать хорошие порошки из этих материалов — карбид вольфрама, которые нужны для инструментов. Осталось только нарастить мощности, развить научно-техническую базу, выстроить всю эту цепочку от руды до инструмента, и мы все можем делать себя, не покупая ничего ни копейки за рубежом.

Ведущий: Сегодня в этой петербургской компании трудятся почти 500 человек. Производство круглосуточное, в год здесь выпускают более 2 миллионов изделий. И постоянно придумывают новые, уникальные разработки. Через 2 года для производства твердосплавных инструментов откроют научно-производственный центр в особой экономической зоне Петербурга площадью 15 тысяч кв.м. Так что вполне возможно, ситуация в российской станкостроительной отрасли совсем скоро может серьезно поменяться.