журналы подразделения новости подписка контакты home

архив
2001 год
2002 год
2003 год
2004 год
рубрики
ТЕМА НОМЕРА

ПРОФИЛЬ: ТРУБЫ

ТЕХНОЛОГИИ

КОМПАНИИ И РЫНКИ

РЫНОК ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

РЫНОК ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

гостям
Агентство "Стандарт" предлагает вам подписаться на экномические журналы – лидеры в своей области.
























"Металлы мира" – №7, 2002

ПРОФИЛЬ: ТРУБЫ

Трубы для автомобиля

В мировой автомобильной промышленности расширяется область применения деталей, изготовленных по методу гидроформинга

Оптимальная комбинация механических и экономических характеристик обеспечивает стали прочные позиции на высококонкурентном рынке автомобильной промышленности. Пожалуй, единственный параметр, по которому она уступает альтернативным материалам, – большой вес, но именно это имеет значение для заказчиков из автомобильной отрасли. Одно из решений проблемы снижения веса несущих конструкций предлагает гидроформинг (обработка металла давлением воды), и производители стали наращивают мощности для производства труб, пригодных для производства деталей по этой технологии.

Передовая технология столетней давности

Сама по себе технология гидроформинга известна уже около 100 лет, но в автомобильной промышленности она получила широкое распространение только в последние годы. Исходно гидроформинг использовали только для производства труб, но впоследствии технический прогресс и конструкторская изобретательность обеспечили этому процессу широчайшую сферу применения.

Ежегодно появляются новые модели автомобилей, и в каждой из них все большее количество деталей производится именно этим способом. Изготовление деталей методом гидроформинга позволяет уменьшить их вес, что способствует увеличению топливной экономичности автомобилей. Кроме того, использование гидроформинга содействует снижению производственных затрат за счет сокращения объема сварочных операций;, более того, такие детали отличаются стабильными размерами и жесткостью, а к этому предъявляются особые требования при их применении в несущей конструкции автомобиля.

В гидроформинге используется высокое давление водной эмульсии для расширения металлической заготовки (обычно в виде трубы) с приданием ей формы полости штампа (по принципу надувания шарика внутри бутылки с молоком). Этот процесс включает три основных этапа: предварительный изгиб и резка труб, необходимые для приблизительного придания им нужной конфигурации; закладка труб в штамп и заполнение его водой; собственно гидроформинг – этап, на котором вода под давлением распирает трубу до тех пор, пока заготовка не примет форму полости штампа.

Казалось бы, процесс достаточно прост, чтобы быстро найти широкое применение в производстве автомобилей, но на этом пути имелись и некоторые препятствия. Одна из основных причин весьма постепенного продвижения гидроформинга в эту сферу – сравнительно высокая стоимость оборудования. Довольно долго этот процесс использовали только для производства опор двигателя и деталей стоек (например, стойки крыши и панели инструментов) пассажирских автомобилей. Второе препятствие было связано с самим процессом формовки. До недавнего времени не делалось практически ничего, чтобы решить проблему "истончения" и "сморщивания" материала в ходе формовки. Тем не менее, гидроформинговые компании продолжали совершенствовать технологию и достигли соответствующих успехов.

Один из вариантов решения проблемы предложила компания Magna. Отличие ее технологии от традиционной состоит в ином распределении аксиального давления. Точно рассчитанное давление на торцах трубы предотвращает утончение ее наружной стенки и исключает образование складок на внутренней части. Этот процесс компания использует для производства лонжеронов. При традиционном способе изготовления их сваривают из двух штампованных металлических деталей, но гидроформинг передней части рамы исключает этап прокладывания сварного шва длиной в несколько метров на раму. Это также обеспечивает уменьшение веса лонжерона, поскольку нет необходимости предусматривать в предназначенных для сварки штампованных заготовках кромки шириной 10 мм. Поскольку деталь не штампуют, исключается также около 20 кг отходов на каждое изделие.

Другой вариант решения проблемы предложила компания Vari-Form. Ее технология отличается тем, что формовку проводят в два этапа с последовательным изменением давления как со стороны воды, так и со стороны пресс-формы. Это позволяет медленно изменять форму заготовки до окончательной конфигурации. При использовании постепенного изменения давления его максимальная величина меньше обычного, что обеспечивает более низкое напряжение металла.

Можно предложить также уплотнение изделия (этот вариант применяет Cosma при производстве рам для моделей Ford Silverado и Sierra), чтобы улучшить контроль реакции материала на гидравлическое давление. В производстве деталей с расширяющимися торцами может быть добавлена третья стадия сжатия. Расширение на третьем этапе способствует уменьшить деформации и напряженности материала.

За последние годы автомобильные компании США опередили европейских коллег в плане использования гидроформированных деталей. Например, значительное их количество General Motors (GM) применяет в своих пикапах GMT 800. Имеются и другие широкомасштабные программы, связанные с применением этой технологии. При этом, GM сама занимается гидроформингом деталей для Chevrolet Corvette и производит рамы на собственном штамповочном заводе в Мичигане. Другие американские компании тоже склоняются к тому, чтобы запускать собственные линии с этой технологией. Так, DaimlerChrysler использует гидроформированные детали в передней части рамы моделей Jeep Liberty и Dodge Ram, а Honda применяет гидроформинг для производства передней части подрамника модели 2001 Civic.

Тем не менее, гидроформинговые предприятия не опасаются остаться без работы. Например, Dana Corp не воспринимает "большую тройку" американских автомобильных корпораций в качестве конкурентов в сфере производства деталей несущей конструкции кузова. Расширяют объемы производства таких деталей и другие специализированные компании. При этом, автомобильные корпорации, производители автомобильных деталей и поставщики труб объединяют усилия для оптимизации своей деятельности. Например, использование гидроформированных деталей в пикапах Ford Explorer – результат реализации плана, который совместно разработали компании Dana Corp, Ford, Bethlehem, и Novamerican Steel.

Во имя общей цели

Рынок труб для гидроформинга становится все более емким, и сталепрокатные компании уже давно присматриваются к возможности расширить сферы применения своей продукции. Наиболее дальновидные из них начали делать инвестиции в производство труб для гидроформинга еще несколько лет назад, что позволило им опередить более осторожных конкурентов.

Так, еще пять лет назад этот рынок привлек внимание канадского интегрированного производителя стали Dofasco, в конце 90-х построила такой завод LTV Steel, а в 2000 году аналогичной деятельностью занялась и Bethlehem Steel. По словам специалистов Center for Automotive Research, гидроформинг – это технология, "опережающая время". Этот процесс открывает все новые возможности, которые тут же подхватывают конструкторы автомобилей и внедряют их в своих новых моделях.

Летом 2000 года Bethlehem Steel Corp. и лидирующий производитель труб канадская компания Novamerican Steel учредили совместное предприятие (50:50) BethNova Tube, выпускающее трубы для гидроформинга автомобильных деталей. Вся продукция BethNova предназначена для Dana, производящей из этих труб боковые стойки кузова популярных спортивных автомобилей и многие другие детали. Проектная мощность предприятия – 120 тыс. т труб в год. В качестве заготовок BethNova Tube использует горячекатаную листовую сталь. Рулонами ее снабжал завод Sparrows Point, одно из предприятий Bethlehem; после его закрытия в прошлом году в связи с банкротством последней компании пришлось поменять поставщика. Протравливание и продольную резку рулонов производит завод Voss Clark, расположенный неподалеку от BethNova, а на самом предприятии продолжительность всего процесса – от момента загрузки рулонов до завершения упаковки готовых труб – составляет 1 час. Резка труб на стандартные отрезки, финишная обработка и автоматическая упаковка идут непрерывным процессом.

Хотя основное сырье BethNova – горячекатаные рулоны, завод может производить трубы из различных типов стали (холоднокатаной, оцинкованной, высокопрочной и низколегированной). В конце линии установлено сложное оборудование с магнитным подъемником, которое упаковывает трубы в аккуратные чистые связки, автоматически маркируемые соответствующим штрих-кодом для облегчения идентификации.

В Северной Америке Novamerican известна своими новаторскими решениями в области производства труб под высоким давлением, а Bethlehem Steel разрабатывает новые технологии и листовую продукцию для гидроформинга, так что у совместного предприятия BethNova были все предпосылки для успешной деятельности, при том что инвестиции партнеров в реализацию проекта составили только $19,5 млн.

В свою очередь, Dana приняла участие в международном исследовательском проекте по созданию легкого стального кузова автомобиля Ultralight Steel Auto Body (Ulsab), задействовав свой крупный завод в Ридинге, где был задействован новый гидроформинговый пресс Robo-Clamp. Dana завершит строительство еще 12 таких установок в 2003 году. Они будут смонтированы на других заводах в различных регионах мира. Значительные инвестиции в технологии обеспечивают компании надежные рынки для сбыта ее продукции. По мнению менеджеров Dana, к 2010 году в конструкции большинства автомобилей будут широко применяться гидроформированные детали.

Мексиканские проекты Dofasco

Канадская Dofasco расширяет производство труб для гидроформинга в Мексике. Большинство компаний опасаются строить там свои заводы, и у Dofasco также имелись основания для беспокойства: решение о строительстве высокотехнологичных мощностей в этом регионе было сопряжено с определенным риском. Однако возможности расширяющегося рынка в стране, где автомобильная промышленность быстро идет на подъем, были слишком привлекательными. По оценкам специалистов компании, емкость мексиканского рынка в автомобильной промышленности уже дошла, примерно, до 60% от канадского и продолжает расширяться. В связи с этим за последние пять лет компания инвестировала в мексиканские заводы для производства автомобильных деталей около $8 млрд., а в ближайшие один-два года планирует предусмотреть для этих целей еще $5 млрд.

Первые два завода для производства гидроформинговых труб Dofasco построила в канадском Гамильтоне, а в конце 2000 года объявила о планах запуска аналогичного предприятия в Монтеррее. В первом квартале текущего года новый завод начал выпускать продукцию в промышленных масштабах. Это единственное в Мексике предприятие, имеющее мощности для производства тонкостенных труб большого диаметра, необходимых для гидроформинга. Вопреки опасениям завод был построен без превышения бюджета (несколько десятков миллионов долларов) и начал выпускать продукцию в полном соответствии с графиком. Предприятие Monterrey – точная копия второго из трубопрокатных заводов Dofasco в Гамильтоне, где был использован опыт налаживания производства на заводе №1, сданного в эксплуатацию пять лет тому назад. Суммарные мощности всех трех предприятий Dofasco составляют 450 тыс. коротких т в год.

На новом заводе установлена высокочастотная линия индукционной сварки, предназначенная для производства труб из плоскокатаной стали. Сырье – протравленные и смазанные рулоны – поступает с заводов Dofasco в Гамильтоне. Эти рулоны режут на полосы нужной ширины, которые затем подают на трубопрокатный стан через накопитель и клеть для формирования изогнутого профиля, а далее эти полуфабрикаты поступают в сварочный агрегат. После сварки трубы направляются на линию с летучими ножницами, где их распиливают на отрезки длиной 40 футов (12,2 м) и зачищают при помощи брандспойта. Далее трубы подают на конвейер, откуда они поступают на одну из трех одинаковых параллельных линий финишной обработки, где осуществляются их резка на стандартные отрезки, удаление заусенцев, промывка и сушка. На последнем этапе подъемно-транспортные роботы упаковывают продукцию в бункеры, приспособленные для краткосрочного складирования до отправки заказчикам. Кроме того, на заводе имеется паковальная установка для укладки труб партиями, предназначенными для хранения до продажи.

Для гидроформинга автомобильных рам сложных форм необходимы трубы высокого качества, достичь которого можно только при минимальном вмешательстве человека в технологический процесс. Разрезанные на полосы рулоны осторожно подают на линию через специальный автомат, поскольку необходимо минимизировать повреждения перед этапом сварки. Чтобы избежать замасливания поверхности, для их перемещения используют резиновые конвейеры и шагающие столы. На линии установлены аппаратура ультразвукового контроля и оборудование для дефектоскопии методом вихревых токов. Кроме того, осуществляется лазерный контроль наружного диаметра труб, а их соответствие спецификации проверяют на цифровых измерительных столах. На заводе также имеется лаборатория металлургического тестирования.

Неподалеку от нового завода расположены предприятия его первых заказчиков, выпускающих автомобильные детали: компания Metalsa использует трубы Dofasco в производстве гидроформированных деталей для Chrysler, а Formex, дочерняя фирма Magna International, поставляет свою продукцию General Motors. Из этих деталей потребители собирают рамы грузовых и спортивных автомобилей моделей, предназначенных для североамериканского рынка; большая их часть продается вне Мексики. Основной заказчик трубопрокатных заводов Dofasco в Гамильтоне – канадская компания Magna International.

У Monterrey уже имеется достаточно заказов, чтобы загрузить свои мощности (150 тыс. коротких т в год) на 75%, так что владельцы предприятия смотрят в будущее с оптимизмом. По оценкам специалистов Dofasco, спрос на автомобили, где применяются гидроформированные детали, снизился значительно меньше, чем ожидалось, и этот рынок имеет довольно значительный потенциал. Monterrey уже выпускает трубы с наружным диаметром 3,5-6,5 дюймов (89-165 мм); как и сестринское предприятие в Канаде, новый прокатный стан может производить трубы из оцинкованной стали и материала с покрытием Гальвалюм, хотя заказы на трубы с покрытиями пока не поступают.

В долгосрочном плане у Dofasco есть возможность значительно расширить производство Monterrey, поскольку уже построенные мощности занимают только половину территории, которую компания приобрела перед реализацией проекта. Кроме того, в конечном итоге Dofasco намерена перейти к использованию рулонов местного производства. В настоящее время в Гамильтоне проводится тестирование образцов материала мексиканских компаний Ahmsa и Hylsa, но их качество пока не соответствует высокоспециализированным требованиям, предъявляемым к материалам для гидроформинговых труб.

Галина Резник, по материалам Metal Bulletin, Metal Center News, New Steel

 
© агенство "Стандарт"