Металлообрабатывающий инструмент является основой обрабатывающей промышленности. Актуальность создания инструментальной отрасли в России назрела давно — на сегодня импорт инструмента для металлообработки составляет более 93%. Можно ли решить кардинально эту проблему, создать собственные инструментальные предприятия, которые будут способны заменить дорогой импортный твердосплавный инструмент на отечественный? Предлагаемая технология упрочнения способствует решению этой задачи.

 

 

Александр Николаевич Хворов, 
генеральный директор малого инновационного предприятия 
ООО Компания «Алаид», г. Новосибирск
Е-mail: x-nik@yandex.ru
Телефон +7 963 946 3658
 

 

Учеными СО РАН была создана технология упрочнения, права на использование которой компания «Алаид» получила по лицензионному договору. Эти права были оформлены как ноу-хау по упрочнению инструмента для металлообработки, деревообработки и бурового инструмента. Цель работы с этой технологией — найти решение задачи по созданию эффективного инструментального производства. Эта технология позволила решить задачу замены дорогого импортного твердосплавного инструмента на отечественный быстрорежущий инструмент, который после упрочнения работает дольше твердосплавного более чем в 10 раз. Цифра «более 10 раз» взята условно, чтобы не шокировать знатоков инструмента. Так, на испытаниях фреза, изготовленная из инструментальной стали (Р6М5), на которую было нанесено наноструктурное покрытие нитрид-титана, кремний, алюминий, после упрочнения показала впечатляющий результат — работала более чем в 42 раза дольше твердосплавной фрезы марки Sekira. Другие составы наноструктурных покрытий давали другие, но также высокие результаты по длительности работы инструмента по сравнению с твердосплавным инструментом. Причина успехов лежит в микротвердости наноструктурных покрытий.

 

Микротвердость наносимых наноструктурных покрытий лежит в пределах от 40 до 60 GPa. Показатель микротвердости наноструктурных покрытий западных технологий — от 22 до 43 GPa.

 

В чем отличие предлагаемой технологии упрочнения от других существующих технологий?
— Время цикла упрочнения 2,5–3 часа, в то время, как у тех же швейцарцев 5–7 часов, у других производителей это время доходит до 10–12 часов (рис. 1).
— Температура нанесения наноструктурных покрытий 300°С для простых покрытий и 400°С для более сложных покрытий, притом что в мире — от 585 до 900°С.
— В одном технологическом процессе соединены сразу две технологии упрочнения — ионно-­плазменная обработка и азотирование, которое идет от 40 до 120 минут (глубина азотированного слоя составляет от 25 до 100 мкм) — рис. 2, 3. Температура азотирования инструмента, деталей — 520°С градусов. Для справки: все технологии по азотированию поверхности изделий предлагают оборудование, где процесс упрочнения идет на глубину до 5 мкм, а время цикла — около 60 часов! Для материалов, воздействие на которые высоких температур нежелательно (меняет их свой­ства и структуры), технология позволяет проводить азотирование при температуре в 435°С.
— Оборудование, работающее по данной технологии, позволяет наносить алмазоподобное покрытие с микротвердостью до 30 GPa, где коэффициент трения составляет от 0,05 до 0,15. А всего-то надо просто присоединить баллон с техническим ацетиленом к установке, включить программу и в пределах установленного времени получить это покрытие.

 

Рис. 1

 

Рис. 2

 

Рис. 3

 

 

В распоряжении правительства № 3143‑р от 28 ноября 2020 года с добавлениями от 2024 года под номером 32 стоит задача создания технологии упрочнения инструмента, где заложенные параметры составляют ­где-то 1/3 от тех параметров, что мы можем предложить сегодня.

 

Срок создания такой технологии — до 2034 года.

 

Что дает потребителю применение нашей технологии упрочнения?
1. Экономия на сырье. Заготовка из твердого сплава диаметром 30 мм и длиной 150 мм продается сегодня по цене более 208 евро. Заготовка из инструментальной стали такого же размера стоит около 5 евро.
2. Огромная экономия электроэнергии — по времени работы установки, по используемых температурах упрочнения.
3. Экологичность технологии — нет вредных выбросов при закалке инструмента, деталей. Весь процесс упрочнения идет в вакуумной камере. Не нужны разного вспомогательные операции, которые сопровождаются при упрочнении изготовленного инструмента.
4. Стабильность размеров инструмента, деталей, которые проходят упрочнение.
5. Сегодня, имея на производстве 3D-сканер, можно изготавливать любую деталь для оборудования, поставки которого находятся под санкциями или иными ограничениями, упрочить по нашей технологии, и эта деталь будет работать в десятки раз дольше, чем оригинальная. Эта тема актуальна для автомобилестроения, для сервисных центров, где по параллельному импорту осуществляют доставки этих деталей для ремонта автотранспорта.
6. Возможно создание инструмента, не имеющего аналогов в мире. Как пример — практически все протяжки большого диаметра изготавливают из инструментальных сталей, потом пытаются их упрочить путем закалки, прочих методов упрочнения. У нас же можно готовую протяжку упрочить так, что она будет работать в десятки раз дольше, чем если бы ее можно было изготовить из твердого сплава. Но заготовку из твердого сплава большого размера сегодня никто не может изготовить — такая заготовка будет стоить огромных денег, поэтому такой инструмент изготавливают из инструментальных сталей и потом ищут способы этот инструмент упрочить.
7. Технология позволяет наносить биосовместимые покрытия на медицинскую продукцию — стенты, эндопротезы, на инструментарий для травматологии (штифты, скобы, винты и прочее). Установил катод с цирконием, включил программу и в итоге получаешь биосовместимую продукцию — организм инертно относится к цирконию, а вот все остальные металлы, их соединения, медикаментозные покрытия — все выводятся из организма, и через определенное время требуются повторные операции для замены имплантатов, эндопротезов.
8. Можно, например, вместо дорогих сборных фрез изготавливать монолитный инструмент любого 
диаметра и его упрочнять, тем самым значительно удешевляя. При этом такой инструмент не будет иметь проблем с центровкой, как у сборного инструмента.

 

Как итог всему сказанному выше — низкая себестоимость производства инструмента и высокие его потребительские свой­ства, которые превосходят все, что есть на рынке инструмента сегодня.

 

Для сравнения могу привести несколько примеров по стоимости инструмента, изготовленного из твердого сплава, чтобы понять масштабы экономии.

 

Фреза фирмы «Гюринг», изготовленная из твердого сплава диаметром 25 мм и длиной 150 мм, предлагается по цене более 70 тыс. руб­лей! При использовании предлагаемой технологии себестоимость изготовления такой фрезы лежит в пределах до 500 руб­лей.

 

Сегодня на российском рынке предлагают такой вид инструмента, как протяжки из Китая. Цена протяжки диаметром до 40 мм и длиной до 400 мм в Китае — 5 тыс. долларов, в России продают уже за 700–750 тыс. руб­лей. Использование предлагаемой технологии обеспечивает себестоимость изготовления такой протяжки около 1500 руб­лей, то есть в десятки раз ниже, чем сегодня предлагают. Думаю, интерес для тех, кто покупает инструмент, ясен — какой инструмент выгоднее покупать и где будет существенная маржа для своего кармана.

 

Это первые шаги в освоении предлагаемой технологии упрочнения инструмента, деталей для автопрома, машиностроения, энергомашиностроения, авиастроения.

 

В планах — изготовление инструмента из конструкционных сталей. На сегодня учеными (авторами этой технологии) были проведены НИР, где дисковая пила для резки металла была изготовлена из конструкционной стали и после частичного упрочнения (было проведено только азотирование без нанесения наностуктурных покрытий) работала в 3,5 раза дольше, чем дисковая пила из твердого сплава. Дисковые пилы диаметром от 175 мм и до 400 мм, изготовленные из быстрорежущей стали (HSS) с добавками кобальта, сегодня в России продаются по ценам начиная от 7,5 тыс. руб­лей за самый малый диаметр и свыше 90 тыс. руб­лей за пилу диаметром 400 мм. Используя нашу технологию и мои наработки, мы устанавливаем себестоимость такой пилы в пределах 150–170 руб­лей. Но, повторяю, нужны дальнейшие исследования и отработка режимов упрочнения, чтобы подать потребителю товар лицом.

 

Предлагаемая технология упрочнения имеет свое развитие. Сегодня можно упрочить обычную сталь в 100 раз. Эта технология позволяет упрочнять буровой инструмент, а по сути, на основе этой технологии создать новое производство бурового инструмента, который будет работать на высоких скоростях в сотни раз дольше, чем весь существующий буровой инструмент.

 

Для этого надо создать программы упрочнения каждого вида и размера бурового инструмента, провести полевые испытания, отработать режимы использования такого инструмента на существующих буровых установках и начать разработку новых видов бурового инструмента — более эффективных, чем та же буровая шарошка, созданная в 1906 году. Надо создавать новое буровое оборудование, где использовать новый буровой инструмент.

 

Можно создать инструментальный холдинг, основанный на этой технологии. Нужен лишь инвестор, который понимает значение этой технологии и значение тех возможностей, которые она дает в том же буровом инструменте. Нам дается шанс опередить весь мир и диктовать свои цены на конечную продукцию — инструмент для металлообработки, буровой инструмент как для нефте- и газодобычи, так и для ведения горных работ, буровой инструмент для строительных работ. Было бы желание и деньги на эти цели, а технология есть. На первом этапе — технология упрочнения быстрорежущего инструмента для замены дорогого твердосплавного инструмента, затем по мере отработки — использование конструкционных сталей для изготовления осевого инструмента, и как вершина  — создание нового бурового инструмента с новыми свой­ствами, с новыми режущими геометриями, а это совместная работа инвестора, технических вузов, учет интересов потребителей, ну, и я готов к такому сотрудничеству, предоставляя свои наработки.

 

 

Источник журнал "РИТМ машиностроения" № 5-2024