Уникальный опыт работы
на высокотехнологичном оборудовании
Востребованные рынком
грузовые вагоны нового поколения
Высокие производительность труда
и качество продукции
Новое комфортабельное жилье
для сотрудников завода
Развитие городской среды,
образования и культуры
На Тихвинском вагоностроительном заводе (ТВСЗ, производственный центр холдинга НПК «Объединенная Вагонная Компания») выпускается весь спектр вагонного литья, необходимого для сборки ходовых частей подвижного состава нового поколения. Познакомимся с литейным производством тихвинской Промплощадки и расскажем о технологиях, благодаря которым продукция бренда «ОВК» отличается улучшенными по сравнению с аналогами техническими характеристиками.
Полный цикл
Объединенная Вагонная Компания занимает первое место в России и входит в топ-3 мировых производителей грузовых вагонов. За все время деятельности, с 2012 года, сертифицировано более 70 моделей. Основное преимущество тихвинских вагонов – увеличенные сроки межремонтных пробегов до 1 млн км (рекордный для отечественного грузового вагоностроения показатель был достигнут в 2020 году), что почти втрое снижает стоимость их жизненного цикла. Также продукция холдинга отличается повышенной грузоподъемностью, уменьшенной массой тары, увеличенным сроком службы и эксплуатационной надежностью. Улучшенные технические характеристики достигаются прежде всего благодаря инновационной ходовой части, которой оснащаются тихвинские вагоны. Поэтому крайне важно, чтобы качество литых отливок соответствовало высочайшим мировым стандартам.
Металлургический цикл литейного производства включает несколько основных технологических переделов. Самый первый – это цех обеспечения, где складируются все формовочные материалы и металлолом для выплавки стали, далее материалы передаются по всем цехам и участкам. На следующем этапе изготавливаются стержни и собираются формы. Затем происходит выплавка стали и заливка металла в формы.
Литейное производство Тихвинского вагоностроительного завода – «Центролит» – представлено двумя подразделениями. Основное литейное производство выпускает крупное вагонное литье (боковые рамы и надрессорные балки) в объеме до 24 тыс. вагонокомплектов в год – это 75-80 тыс. тонн. Из цеха малого литейного производства выходит среднее литье (автосцепные устройства, надпятники, задние и передние упоры, тяговые хомуты и другие детали), его мощность составляет до 10 тыс. тонн в год.
После этого наступает этап обрубки, в процессе которого исправляются литейные дефекты отливок и проводится термическая обработка для придания металлу необходимых свойств. Далее производится механическая обработка и, наконец, сдача отливки инспектору. Только после проверки качества и окончательной приемки детали отправляются на покраску.
С момента запуска литейного производства освоено и запущено в серийное производство 7 видов конструкций боковых рам и 8 видов конструкций надрессорных балок: для отечественных тележек моделей 18-9855/ 18-6863 с осевой нагрузкой 25 и 27 тс, тележек типа Barber (для североамериканского рынка) с осевой нагрузкой от 25 до 32 тс и тележки Motion Control модели 18-9836 с осевой нагрузкой 25 тс.
Союз человека и машин
Литейное производство ТВСЗ оснащено высокопроизводительным и эффективным оборудованием, которое подбиралось индивидуально под специфику выпускаемой продукции.
Так, в плавильном цехе установлены две дуговые сталеплавильные печи. Емкость каждой из них – 20 тонн, средняя скорость плавки – 1,5 часа.
Алексей Федоров, директор производства, говорит: «Дуговые печи - не столько ноу-хау, сколько надежная классика, проверенная временем и дополненная современным программным управлением. За счет тонких настроек технологии плавки в разы снижается расход электроэнергии и сопутствующих материалов, сокращается время плавки и повышается качество стали».
Изготовление форм для будущей отливки происходит на автоматической линии вакуумно-пленочной формовки. Эта технология мало распространена в России, хотя является самой экологичной, поскольку в ней используется только сухой песок, без связующих и какой-либо химии. Отливки, полученные таким методом, обладают улучшенной плотностью металла и высоким качеством поверхности.
Особая гордость – собственное производство модельно-стержневой оснастки. Здесь применяется современный 3D-принтер. Моделирование в процессе разработки технологии помогает лучше понять, как ведет себя отливка в процессе кристаллизации или заполнения металла в формы, что упрощает и удешевляет процесс постановки на производство новых изделий. Большая часть стержневых аппаратов спроектирована конкретно под ТВСЗ.
На страже качества
Сложно представить, но на качество литья в общей сложности может влиять более 2 тыс. параметров. На ТВСЗ как ключевые отобраны около 200. По некоторым из них не допускается даже незначительного отклонения. Например, по результатам химического анализа может быть забракована вся плавка. А, скажем, фракционный состав песка, прочностные характеристики стержня и ряд других факторов имеют значение в совокупности.
Все необходимые исследования для обеспечения и подтверждения качества выпускаемых отливок проводит центральная заводская лаборатория. Прежде всего она проверяет на соответствие требованиям все поступающие материалы – это так называемый входной контроль. Изготовленные отливки подвергаются динамическим и статическим испытаниям под нагрузкой. А каждая 500-я рама и балка дополнительно проверяются на наличие внутренних дефектов, анализируется макро- и микроструктура металла. Таким образом, лаборатория сопровождает весь технологический процесс выпуска литья.
На базе ERP создана собственная система контроля, которая помогает управлять процессами. Лабораторное оборудование интегрировано в систему и не только контролирует технологические параметры, но и «записывает» их в ERP для дальнейшего анализа.
EPR (от англ. Enterprise Resource Planning) – система для автоматизации бизнес-процессов компании. Основным назначением систем ERP-класса является повышение общей производительности предприятия за счет сокращения количества «ручных» операций, сбора и аккумуляции данных и упорядочивания бизнес-процессов внутри компании.
На основе мирового опыта и с учетом особенностей эксплуатации подвижного состава в России на ТВСЗ разработана автоматизированная система контроля процессов изготовления литых деталей – аналог зарубежной системы Blue Wave. Она обеспечивает сквозной технологический контроль всех этапов производства вагонных тележек – от закупки материалов и комплектующих до выпуска готовой продукции.
Принцип Blue Wave (Голубая волна) реализован на базе системы ERP, внедренной на ТВСЗ. Создана цепочка производственных и контрольных заказов, определены лица, имеющие право закрывать эти заказы. В базе данных хранятся исторические данные о результатах контроля на каждом этапе, а также о лицах, принявших конкретный заказ. Эти данные хранятся бессрочно и могут быть извлечены в любой момент, когда есть такая необходимость. На ТВСЗ это реализовано в рамках ERP, на других же предприятиях подобный принцип реализуется посредством бумажных журналов и/или инструментов Microsoft Office.
Не только сам завод, но и потребители в любой момент эксплуатации (а срок службы тележек производства ТВСЗ составляет до 40 лет) могут узнать полную «биографию» изделия. При этом все показатели, которыми обладает отливка, абсолютно объективны, поскольку автоматизированная система минимизирует возможность человеческой ошибки. Систем такого уровня проработки на литейных производствах России практически не встретить.
Кроме того, ежегодно формируется «дорожная карта» улучшений. По итогам ее реализации дается оценка достигнутых результатов. Если она положительная, то новшества внедряются на постоянной основе, а если отрицательная, то весь цикл повторяется заново, пока не будет получен требуемый эффект.
В 2020 году уровень внутренней дефектности по основному продукту литейного производства – боковым рамам – составил менее 2%. Данный показатель достигнут за счет минимизации обвалов форм на позициях формовочной линии.
Совместными усилиями технологических служб главного металлурга, производственных цехов и службы по контролю производственных процессов удалось найти оптимальные параметры изготовления стержневых смесей, благодаря чему был полностью устранен дефект типа «ужимина».
Дефект типа «ужимина» - углубление на поверхности отливки с пологими краями, заполненное формовочным материалом и прикрытое слоем металла, образовавшееся вследствие отслоения формовочной смеси при заливке.
Еще на стадии проектирования литейное производство ТВСЗ задумывалось максимально автоматизированным. В процессе освоения новых продуктов цеха дооснащали и роботизировали. На сегодняшний день автоматизированы все возможные этапы, что позволило увеличить производительность и снизить трудоемкость.
К примеру, все отливки проходят через обрезные и шлифовальные модули, изготовленные специально для ТВСЗ. Внутри герметично закрытых кабин роботы отрезают литниковую систему или шлифуют отливку по периметру. Без этих станков потребовалось бы привлечь значительное количество рабочих. А так, труд обрубщиков по устранению литейных дефектов максимально упрощен. При этом есть процедуры, которые можно доверить только человеку. Так, например, специальными шлифовальными фрезами вручную устраняются металлические заусенцы и заливы.
При изготовлении вагонного литья для тележек Barber S-2-HD® для американской корпорации Wabtec Corporation, глобального поставщика высокотехнологичной продукции для железных дорог США, на «Центролите» отливается особая марка стали. Чтобы добиться механических свойств, соответствующих требованиям Ассоциации американских железных дорог, потребовалось применение специальных режимов обработки металла за счет добавления комплекса легирующих элементов в процессе его выплавки. При термообработке важно было найти нужный температурный режим. В обработке американских отливок также свои тонкости: некоторые зоны необходимо шлифовать в строго определенном направлении для снижения эксплуатационных рисков.
Также заслуживает внимания комплекс оборудования механической обработки: на входе загружается отливка, на выходе получается готовое изделие. Процесс автоматизирован.
Высокое качество литья зависит не только от станков, но и от применяемых материалов. Тут речь идет о тысячах позиций: ферросплавы, огнеупоры для ковшей и печей, сухой формовочный песок, противопригарная краска, химические связующие материалы для изготовления стержней, изотермические прибыли и пр.
Специалисты завода непрерывно работают над поиском вариантов снижения затрат на выплавку стали без ущерба для ее качества. В 2020 году был проведен ряд комплексных испытаний альтернативных графитизированных электродов и футеровочных материалов для сталеплавильных печей, а также серия опытных работ по получению механических свойств и структуры стали без применения феррованадия. В итоге от этого дорогостоящего легирующего материала отказались, что позволило снизить себестоимость выпускаемой продукции на 7,5%.
Сейчас ведутся работы по оптимизации расходов на смолы для изготовления стержней. Выбор будет сделан в пользу наиболее экономичных и в тоже время экологичных решений, которые обеспечат должный уровень качества.
Сергей Земский, заместитель директора производства «Центролит», говорит: «Когда найти альтернативу не удается, рассматриваются варианты внедрения новых технологий, снижения норм расходования материалов. Например, на основном литейном производстве была внедрена технология изготовления стержней из регенерированного песка с формовочных линий, что позволило снизить затраты на закупку свежего песка до 30%. Такие изменения происходят постоянно. Они повышают производительность труда и эффективность работы, а это и есть наша цель на будущее».
Андрей Загайнов, главный металлург «Центролит», добавляет: «Увеличить долю применения отходов собственного производства удалось путем регулировки оборудования для сепарирования песка до требуемых гранулометрических параметров и подбора рецептуры для получения нужных механических свойств стержневой смеси».
Увеличилось количество заливаемых отливок в одну форму с 8 до 12 штук, вследствие чего повысился коэффициент выхода годного литья. Для этого достаточно было изменить подход к применению технологических возможностей формовочных линий. Добавление дополнительных стержней для снижения перепадов позволило более технологично расположить отливки в форме. В результате коэффициент использования объема формы увеличен на 15%, коэффициент использования металла – на 5%.
За счет новых технологических решений объемы механической обработки боковых рам и надрессорных балок, основных деталей тележки вагона, снизились на 40% и 35% соответственно, что, в свою очередь, привело к уменьшению затрат на данную процедуру. Цель была достигнута благодаря модернизации и доработке модельно-стержневой оснастки, что позволило получить определенные параметры поверхностей и отверстий в литье.
В целом за несколько лет на Тихвинском вагоностроительном заводе добились снижения уровня внутренней дефектности продукции по основной номенклатуре отливок на 30%. Это результат масштабной работы, которая включала в себя изменение параметров процессов, дополнительное обучение персонала, комиссионное рассмотрение несоответствующей продукции с последующим анализом причин и их устранением.
Кстати, процессу обучения на ТВСЗ уделяют повышенное внимание. Действуют теоретические и практические курсы для новых работников литейного производства с закреплением опытного наставника. Это помогает освоиться в профессии, приобрести необходимые навыки, отработать ошибки и повысить квалификацию.
Также завод активно участвует в обмене опытом с российскими и зарубежными коллегами. Не так давно тихвинскую Промплощадку посетили специалисты Новолипецкого металлургического комбината, сейчас литейщики ТВСЗ готовятся к ответному визиту. Раньше они уже бывали на литейных производствах в Германии, Италии, Индонезии, США и в других странах. Такие поездки помогают следить за актуальными трендами отрасли и внедрять лучшие решения.
Заокеанский клиент
Американская система качества кардинально отличается от российской и изобилует техническими требованиями к конечному продукту. В данном случае заказчику - Wabtec Corporation - были предоставлены исчерпывающие данные, свидетельствующие о соответствии литья предъявляемым требованиям, вплоть до демонстрации образцов фактуры поверхности. Наши специалисты успешно справились с поставленными задачами и приобрели бесценный опыт работы на североамериканском рынке. Тихвинское литье успешно эксплуатируется в грузовых вагонах американского производства.
Процедура приемки американского литья в целом такая же, как в случае с российскими клиентами. Пандемия перенесла все деловое общение в онлайн-формат, и приемка вагонной продукции не стала исключением. Дистанционный метод применялся и раньше, но в основном в тех случаях, когда заказчик уже на протяжении долгих лет сотрудничества с предприятием видел стабильно высокое качество продукции. В период ограничений на онлайн-формат охотно соглашались давние партнеры нашего холдинга. С новыми клиентами договориться было сложнее, но в целом после детального обсуждения процесса дистанционной приемки получился оперативный и успешный формат взаимодействия. С помощью подробной фото- и видеофиксации формировался комплект необходимых материалов. Больше всего на заводе волновались за то, как сдавать литье дистанционно, в итоге справились с задачей и получили благодарность от Wabtec за безупречную организацию всей процедуры. Отгрузка проводится ритмично, в согласованные с заказчиком сроки.
Новые горизонты
На 2021 год перед литейным производством ТВСЗ стоят амбициозные задачи. Для их решения сформирована «дорожная карта» по сокращению затрат и трудоемкости на основных технологических переделах. Фокус внимания сосредоточен на трех ключевых направлениях: оптимизации процесса изготовления форм за счет частичного исключения стержней, формирующих геометрию отливок, повышении коэффициента выхода годного литья путем увеличения количества отливок в форме, а также полном исключении или частичной замене материалов, формирующих прибыльные части отливок. Кроме того, продолжается расширение номенклатуры выпускаемого литья.
Тихвинские металлурги всегда рады гостям и с удовольствием покажут и расскажут о литейном производстве всем партнерам, кто захочет воочию увидеть, как устроен этот процесс на самом современном в России вагоностроительном заводе.