Проект коммерциализации нового современного материала – армированного эпоксидофторопласта, изготовленного методом центробежного литья

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

подшипник скольжение эпоксидофторопласт инновация

Повышение эффективности развития предприятия можно достигнуть посредством улучшения качества продукции, в т. ч. через улучшения качества предоставляемых услуг инфраструктурой, реализации политики ресурсосбережения, освоения и применения инновационной техники и технологий, производство новой конкурентоспособной продукции, Однако решающим фактором среди них все более становится инновация. Значение инновационной деятельности для промышленных предприятий в современных условиях постоянно возрастает.

Россия является страной с развитой промышленностью и большим потенциалом развития. Современный уровень оснащения заводов требует создания новых материалов и внедрение их в производственный процесс.

В выпускной квалификационной работе представлен проект коммерциализации нового современного материала - армированного эпоксидофторопласта, иготовленного методом центробежного литья в лабораторном корпусе ТОГУ сотрудниками университета. Технология изготовления защищена патентами РФ.

Внедрение материала в производство рассмотрено на примере изготовления подшипников скольжения и уплотнений.



1. Обоснование актуальности реализации проекта коммерциализации эпоксидофторопласта

Россия является страной с развитой промышленностью. На ее долю приходится 3/5 суммарного валового общественного продукта, более 2/5 национального дохода, около 1/2 производственных основных фондов и вместе со строительством примерно 2/5 занятого в общественном производстве населения. Промышленность в первую очередь определяет производственный и научно-технический потенциал, степень и эффективность использования природных, материальных и трудовых ресурсов. Она служит основой формирования территориально-производственных комплексов /30/.

В современных условиях повышения эффективности развития производства можно достичь преимущественно за счет развития инновационных процессов, получающих конечное выражение в новых базовых технологиях, новых видах конкурентоспособной продукции. В стратегиях большинства предприятий в последние годы происходит определенная концептуальная переориентация. Суть переориентации состоит в переходе от всемерного использования экономического эффекта крупномасштабного производства к целенаправленной инновационной стратегии. Нововведения в современной экономике представляют собой важнейшие средства обеспечения конкурентоспособности, стабильности и эффективности функционирования хозяйственных субъектов. Практически во всех отраслях экономики наблюдается строгая зависимость между конкурентными позициями, эффективностью деятельности предприятия и его инновационным потенциалом. Это не исключает действия традиционных факторов роста эффективности.

Российская Федерация, имея значительный потенциал для обеспечения эффективного развития промышленных предприятий, находится на начальном этапе инновационной модернизации промышленности. Основные проблемы отечественной промышленности связанны с низким спросом на произведённую продукцию, моральным и физическим износом основных фондов, особенно инфраструктурных объектов, технологической отсталостью, высокими издержками на единицу продукции и пр. Среди прочего, во многом существование данных проблем обусловлено существующей на сегодня системой неэффективного менеджмента на этих предприятиях и системной макроэкономической ошибкой по их индикативному управлению.

Усиление глобальной конкуренции и интеграции национальной экономики в мировое хозяйство в рамках полноправного членства во Всемирной торговой организации, требуют от отечественной экономической науки новых научно-методических рекомендаций по основным направлениям эффективного развития промышленности, нацеленных в свою очередь на полноценное использование потенциалов экономики /31/.

В составе промышленности интенсивность развития отдельных отраслей различна, что объясняется особенностями их формирования в прошлом, необходимостью соблюдения тех или иных межотраслевых пропорций, требованиями научно-технического прогресса и другими причинами. При этом обращает на себя внимание стабильность следующих тенденций: приоритетный рост отраслей, обеспечивающих научно-технический прогресс; значительное расширение производства предметов потребления во всех отраслях промышленности.

Современная автомобильная промышленность изготавливает автомобили, оснащенные двигателями внутреннего сгорания. Двигатели внутреннего сгорания содержат трибосопряжения, являющиеся главным источником их отказа и выхода из строя. Контактное взаимодействие деталей в этих сопряжениях имеет место при различных видах трения скольжения. Износ как результат контактного взаимодействия трущихся тел приводит к необратимому изменению их размеров, что существенным образом сказывается на долговечности различных технических устройств. Повышение износостойкости узлов трения - важнейший и главный фактор увеличения срока службы и надёжности используемых ДВС.

Подшипниковые узлы (ПУ) являются важнейшими структурными элементами ДВС и составляют основную часть узлов трения. Отказы двигателей, как правило, происходят из-за отказов ПУ (наряду с отказами других узлов трения), которые, таким образом, ограничивают их долговечность. Даже при достаточно качественном изготовлении деталей ПУ, характеристики ПУ могут оказаться неудовлетворительными, и произойдёт внезапный отказ. ПУ сельскохозяйственной техники выходят из строя в основном из-за абразивного изнашивания, связанного с попаданием грязи и пыли.

Подобный высокий удельный вес устаревшего оборудования повышает уровень постоянных затрат, а также затрат на функционирование производственной инфраструктуры предприятий, а значит делает продукцию предприятий менее конкурентоспособной. Для примера стоит отметить, что почти 60 крупных предприятий промышленности в 2011 г. имели затраты на ремонт оборудования в 1,6 раза превышающие инвестиции в новое оборудование. Такие затраты на ремонт очевидным образом препятствуют подлинной технической модернизации промышленности и развитию инновационных производств, способных радикально повлиять на динамику производительности труда в сторону ее возрастания. Кроме того, рыночная конкуренция, поддерживаемая быстрой сменяемостью производственных технологий и усиливающаяся в условиях глобализации экономики, предъявляет повышенные требования к процессам своевременного обновления технологического оборудования в промышленности. Возможность роста производительности труда при одновременном формировании инновационной экономики в условиях такой ситуации по состоянию инфраструктурных объектов предприятий выглядит более чем сомнительным.



2. Анализ коммерческого потенциала технологии изготовления подшипников скольжения из эпоксидофторопласта

2.1 Сбор информации и патентный поиск, обзор существующих технологий

Самосмазывающиеся подшипники скольжения получают методом порошковой металлургии из материалов различной комбинации: железо - графит, железо - медь (2 - 3%) - графит или бронза - графит. После спекания в материале сохраняют 15 - 35% пор, которые затем заполняют маслом. Масло и графит смазывают трущиеся поверхности. При увеличении трения под влиянием нагрева поры раскрываются полнее, и смазочный материал поступает обильнее. Такие подшипники работают при небольших скоростях скольжения (до 3 м / с), отсутствии ударных нагрузок и устанавливаются в труднодоступных для смазки местах.

Самосмазывающиеся подшипники изготовляют также из твердых пород дерева или из прессованной фенолформальдегидной массы с наполнителем из древесной муки. При скоростях выше 3 м/сек грузоподъемность таких подшипников резко падает.

Самосмазывающиеся подшипники из наполненных фторопластов применяются в узлах трения ткацких станков, цапф железнодорожных вагонов, вкладышей подшипников автомобилей, в сельскохозяйственном и дорожном оборудовании, в авиации и космонавтике.

Самосмазывающиеся подшипники лучше изготовлять относительно тонкостенными.

Изготавливают самосмазывающиеся подшипники из смеси твердых смазывающих веществ с механически прочными материалами.

Большинство отечественных потребителей в качестве материалов для подшипников скольжения использует различные баббиты, точеную и литьевую бронзу, бронзографит, металлофторопласт.

Как правило, бронзы, латуни, баббиты используют предприятия с большим парком оборудования, которое позволяет, например, провести наплавку баббита на стальную основу и проточку ее до требуемых размеров. Но баббиты легко истираются, поэтому такую трудоемкую операцию приходится проводить довольно часто. Гораздо проще снять тонкостенный подшипник, отстоявший свой ресурс, который, как правило, гораздо больше, чем у баббита, и установить точно такой же, только новый. Поэтому многие потребители в России давно используют металлофторопласт. Этот материал состоит из стальной основы, слоя спеченной порошковой бронзы, в который закатан РТРЕ (тефлон) с присадками, в России он известен как фторопласт. Именно бронза, пропитанная фторопластом, и является рабочим телом подшипника.

2.2 Сравнительный анализ аналогов и выявление основных преимуществ и недостатков разработки

Самые распространенные подшипники из полимерных материалов.

Металлофторопластовые подшипники.

Металлофторопластовые втулки являются самосмазывающимися подшипниками скольжения, которые применяются в агрегатах и оборудовании в медицинской, авиационной, электроэнергетической, химической, пищевой, текстильной промышленности.

Описание:

MU, он же металлофторопласт - многослойный композитный материал, используемый для производства самосмазывающихся «сухих» подшипников скольжения.

Состав материала: приработочная поверхность из PTFE (политетрафторэтилен (тефлон) + MoS2) толщиной 0,01 ч 0,04 мм, слой спеченной бронзы толщиной 0,20 ч 0,35 мм, стальная основа с низким содержанием углерода толщиной 0,25 ч 2,70 мм. Свойства MU совмещают в себе механическую прочность стали и низкий коэффициент трения тефлоновой основы. Промежуточный слой спеченной бронзы обеспечивает надежное сцепление между слоями, улучшает отвод тепла, вырабатываемого в процессе эксплуатации. Из материала изготавливаются цилиндрические и фланцевые подшипники, упорные кольца, лента и специальные изделия по спецификации заказчика.

Металлофторопластовые подшипники обладают наилучшими характеристиками: сочетание низкого коэффициента трения, малых габаритов с высокой несущей способностью, нечувствительность к температурным колебаниям обусловливают их широкое применение. Подшипники из ленты МФЛ выдерживают статическую нагрузку 250 МПа и динамическую 180 МПа при коэффициенте трения 0.1 - 0.2. Металлофторопластовые подшипники выдерживают статические нагрузки 400 МПа и динамические 250 МПа, обладая низким коэффициентом трения 0.05 - 0.1

Свойства:

- эксплуатация при высокой нагрузке;

- автономная смазка при «сухой» эксплуатации;

- низкий коэффициент статического и динамического трения (отсутствие эффекта «трения со скачками»);

- минимальный износ и большая продолжительность срока эксплуатации;

- высокая сопротивляемость химическому воздействию и совместимость с жидкостными средами;

- широкий диапазон рабочих температур;

- хорошая теплопроводность;

- хорошая электропроводность;

- минимальные габариты;

- простота установки;

- всегда в наличии стандартные изделия, по заказу;

- производятся специальные детали.

Таблица 1. Технические характеристики металлофторопласта

Величина	Параметр	Ед. измерения	Размер
максимально допустимая нагрузка	р - статическая	Н/мм2	250
	р - динамическая	Н/мм2	140
	p - при колебании и вращении	Н/мм2	60
максимальная скорость скольжения	V - сухой режим	м/с	2,5
	V - гидродинамическая	м/с	<10
коэффициент трения	u - минимум	µ	0,03
	u - максимум	µ	0,20
рабочая температура	t - минимальная	оС	-200
	t - максимальная	оС	+280
максимальная работоспособность при сухом трении (PV-фактор)	динамическая нагрузка	Н/мм2*м/с	0,9
	постоянная нагрузка	Н/мм2*м/с	1,8
	мгновенная нагрузка	Н/мм2*м/с	3,6

Металлополимерные подшипники.

Металлополимерные подшипники изготавливаются двух типов: - первый тип изготавливается из сетки с различным размером ячеек и толщиной проволоки из сталей 20, 12Х18Н9Т, бронзы. В качестве антифрикционного слоя применяются фторопласт 4ПН, композиции на основе фторопласта: Ф4С15М5, Ф4К20, Констафтор 300, Констафтор Пл, или композиция на основе полиэфирэфиркетона Констафтор 1000; второй тип изготавливается на металлической пластине из Ст3, сталей 20 или 12Х18Н10 (08Х18Н10Т), в качестве антифрикционного слоя применяется композиция на основе армированного стеклотканью фторопласта Ф-4Д или композиция на основе полиэфирэфиркетона марки «Констафтор 1000;

Изготавливаются в соотвестсвии с ТУ 4791-008-347246723-2009

Применение:

? Подшипники применяются в машиностроении, пищевой, текстильной, целлюлозно-бумажной, химической и нефтегазовой промышленности в узлах вращения в запорной арматуре и насосах.

? Подшипники без смазки предпочтительны для оборудования, эксплуатирующегося при больших нагрузках в коррозионноактивных средах, где использование подшипников с бронзовым слоем невозможно.

? Применение в криогенной технике обусловлено сопоставимыми значениями коэффициента линейного расширения подшипников с металлами и сохранением антифрикционных свойств полимерного слоя при низких температурах

Основными характеристиками подшипников скольжения являются допустимые нагрузки в статическом и динамическом режимах, коэффициент трения.

Условия эксплуатации подшипников:

? рабочие среды: природный газ, нефть, нефтепродукты, органические растворители, аммиак, растворы кислот и щелочей и другие агрессивные среды, а также вода и пар;

? диапазон рабочих температур: для антифрикционного слоя на основе фторопласта - от минус 250єС до плюс 250 єС, для антифрикционного слоя из Констафтора 1000 (материал на основе полиэфирэфиркетона) - от минус 200єС до плюс 280єС;

Таблица 2. Технические характеристики металлополимерных подшипников

Наружный диаметр D, мм	от 20 до 500
Толщина h, мм	от 0,5 до 3
Материал подложки	Ст 20, 08Х18Н10Т, сетка 08Х18Н10Т
Материал антифрикционного слоя	Армированный фторопласт или полиэфирэфиркетон
Рабочая температура,°С	-200 - +250
Максимальная допустимая нагрузка, Н/мм2	400
Максимальная скорость скольжения	2,5



Бронзо-графитовые подшипники.

Бронза с впрессованной смазкой из графита или тефлона. Значительное распространение получили бронзовые и бронзографитовые подшипники с пористостью 30-20%(Ф07-08), содержащие 87-96% Си, 7 - 10% Sn (или РЬ) и до 4% графита.

Таблица 3. Характеристики бронзо-графитовых подшипников

Рабочая температура,°С до +450 Максимальная допустимая нагрузка, Н/мм2 100 Макс.скорость скольжения, м/с 0,5

Бронзографитовые подшипники применяют при средних давлениях и скоростях вращения вала. Низкая динамическая прочность не позволяет использовать их при ударных нагрузках.

Износостойкие подшипники из сверхвысокомоле - кулярного полиэтилена, полиамида, полиэфирэфиркетона с антифрикционными наполнителями. Характеристики данного вида подшипников представлены в таблице 4.

Таблица 4. Характеристики подшипников из сверхвысокомолекулярного материала

Рабочая температура, °С	до +300
Максимальная допустимая нагрузка, Н/мм2	500
Максимальная скорость скольжения, м/с	10

Появление на рынке сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) с высокими физико-механическими характеристиками расширило его применение в тех областях, где обычные марки ПЭ и других термопластов не выдерживают жестких условий эксплуатации.

Сверхвысокомолекулярным принято считать полиэтилен с молекулярной массой более 1,5*106. СВМПЭ характеризуется линейной структурой макромолекул, практически не имеющих боковых ответвлений.

Механические свойства СВМПЭ обусловлены его молекулярными характеристиками - высокой линейностью макромолекул, высокой молекулярной массой и отсутствием низкомолекулярных фракций. СВМПЭ по многим показателям превосходит другие марки полиэтилена, а также некоторые другие полимеры. Уникальные технические характеристики СВМПЭ начинают проявляться у полимера с молекулярной массой 3,5*106.

К основным эксплуатационным характеристикам СВМПЭ следует отнести его чрезвычайно высокую ударную вязкость, высокую износостойкость, низкий коэффициент трения, стойкость к растрескиванию, химическую стойкость, а также стабильность этих показателей в широком диапазоне температур от -200°С до +90°С.

В машиностроении СВМПЭ используется при изготовлении втулок, шестерен, опор, подпятников, подшипников, клапанов, поршней, крыльчаток насосов и др.

Несмотря на явные преимущества СВМПЭ и изделий из него по целому ряду механических показателей, этот материал не лишен серьезных недостатков. Одним из них остается сравнительно низкая теплопроводность полимера, не позволяющая эффективно осуществлять формование массивных изделий из СВМПЭ методом горячего прессования. В результате неполного прогрева внутреннего объема изделия может наблюдаться недостаточное спекание частиц СВМПЭ, и как следствие, потеря прочности массивных деталей.

Следующим недостатком СВМПЭ являются существенные усадки при формовании изделий методом горячего прессования, следует отметить и повышенную горючесть СВМПЭ (как и других полиэтиленов).

К недостаткам материала можно отнести сравнительно высокое влагопоглощение, и для деталей, используемых при высокой температуре или изготовленных с плотными допусками, должны быть выдержаны условия по их сушке перед установкой в узел, так как если, набравшие влагу детали сразу будут подвергнуты воздействию температур выше 200°C, то может произойти тепловой удар, приводящий к деформации деталей.

PAI разрушается под сильным воздействием многих химических веществ, а пар вызывает быструю деградацию этого материала, поэтому, если для изделий требуется значительная химическая и гидролизная стойкость, то лучше использовать другой полимер, в ряде случаев для оптимизации износостойкости и химической стойкости PAI рекомендуется произвести цикл термостабилизации после обработки деталей.

Таким образом, можно сделать вывод, что все применяемые для изготовления подшипниковых узлов материалы имеют ряд недостатков. Создание нового сверхпрочного материала сможет значительно повысить эффективность используемых деталей.

2.3 Маркетинговые исследования и сегментация рынка подшипников скольжения

Области применения подшипников скольжения

Номенклатура всех выпускаемых в мире подшипников состоит из десятков тысяч наименований. Одной из важных характеристик подшипников является класс точности, в зависимости от него, подшипник может использоваться в тех или иных промышленных изделиях. Самыми эксклюзивными являются подшипники с классами точности 2, 3, 4, 5, данные типы используются в приборах, узлах и агрегатах, устанавливаемых, на военной и авиационной технике, соответственно их стоимость может в десятки раз превосходить цены обычного нулевого класса.

Области применения подшипников скольжения.

Подшипники скольжения широко применяют в двигателях внутреннего сгорания, паровых и газовых турбинах, насосах, компрессорах, центрифугах, прокатных станах, в тяжелых редукторах и других машинах.

Машины и узлы, в которых используются подшипники скольжения:

- ДВС;

? Опорные ролики транспортеров, ходовых колес мостовых кранов;

? Линейные и формовочные машины;

? Кузнечно-прессовое оборудование;

? Прокатные станы;

? Грузоподъемные машины;

? Буксы вагонов;

? Тяжелые станки;

? Мощные электрические машины;

? Тяжелые редукторы;

? Текстильные машины;

? Газовые двигатели;

? Тихоходные и судовые двигатели;

? Электрические машины средней и малой мощности;

? Легкие и средние редукторы;

? Центробежные насосы и компрессоры;

? Прокатные станы;

? Паровые котлы;

? Водяные турбины;

? Газовые турбины;

? Осевые вентиляторы;

? Турбокомпрессоры.

Широкое применение подшипники скольжения нашли в железнодорожной отрасли, самосмазывающиеся подшипники скольжения применяются в:

? Торсионах (стабилизаторах);

? Точках крепления амортизатора;

? Поворотных сцеплениях;

? Механизмах тормозных систем;

? Рулевых приводах;

? Клапанных приводах;

? Автосцепках / муфтах;

? Механизмах наклонов скоростных поездов.

Подшипники идеально подходят для условий высокого давления, медленного движения и ситуаций, когда обслуживание является трудным или даже невозможным.

Рынок подшипников подразделяется на два основных сегмента: промышленный и автомобильный. Доля автомобильных подшипников в общей структуре рынка велика и занимает около 40%.

Количественные маркетинговые исследования позволили рассчитать доли рынка в структуре отраслевого потребления подшипников в 2011 году (Таблица 5).

Таблица 5. Доли рынка в структуре отраслевого потребления подшипников в 2011 году

Рынки сбыта	Доля рынка, %
Автомобильные заводы	25
Электротехническая промышленность	17
Нефтяные компании	11
Металлургические комбинаты	10
Розничные продажи (B2C сегмент)	15
Сельхозмашиностроение	8
Железнодорожная отрасль	6
Прочее потребители	8
Всего:	100

Наибольшая доля рынка приходится на автомобильные заводы и электротехническую промышленность.

Объемы продаж промышленных типов подшипников представлены на рисунке 1:

Рисунок 1. Объемы продаж промышленных типов подшипников

Объемы продаж автомобильных типов подшипников представлены на рисунке 2:

Рисунок 2. Объемы продаж автомобильных типов подшипников

Таким образом, наблюдается положительная тенденция, и увеличение рынков сбыта подшипниковой продукции. Продукт востребован на рынке и является необходимым элементом для изготовления машин и механизмов.

Прогноз развития подшипниковой отрасли

По прогнозам аналитиков, мировой рынок по продажам подшипников к 2015 году достигнет 63,4 миллиардов долларов. Подъем экономики, возросший спрос на подшипниковую продукцию, особенно со стороны Китая, инвестиции и восстановление выпуска авто поспособствуют спросу на подшипники.

Обзор охватил срок с 2007 по 2015 годы по американскому, канадскому, европейскому, японскому рынкам, Среднему и Ближнему Востоку, Латинской Америке по разным сегментам: шариковые, роликовые подшипники, подшипники скольжения и др.

Мировой кризис затронул автопром, составляющий основную часть на рынке роликовых подшипников. После спада спроса на авто в кризис спрос на подшипники в 2009 г. резко снизился. Спрос на эти изделия со стороны автопрома упал с 2008 г. Восстановление на рынке по продаже подшипников началось с 4-го квартала 2009 г. Несмотря на более низкое количество продаж в этом квартале, чем в соответствующем квартале 2008 г., показатель выше продаж в предыдущем периоде. Восстановление продолжилось в 2010 г. /33/.

По данным Росстата производство транспортных средств и оборудования в 2009 году значительно сократилось.

Таблица 6. Производство транспортных средств и оборудования

Наименование, тыс. шт	2005	2006	2007	2008	2009
Легковые автомобили	1069	1178	1294	1471	600
Троллейбусы,	812	530	651	778	773
Автобусы,	78,2	88,7	88,9	66,5	35,5
Грузовые автомобили	205	245	285	256	91,7
Тепловозы магистральные,	45	45	59	49	35
Электровозы магистральные,	107	156	166	259	232
Вагоны пассажирские магистральные	1221	1557	1823	2143	1399

После кризиса 2009 года наметилось увеличение прибыли по сравнению с проанализированным периодом, но рост подчинится давлению, ощущаемым некоторыми производителями и конечными потребителями. К тому же, спад темпов роста предполагается из-за спада цен на подшипниковую продукцию, что произойдет из-за сдерживания цен на сырье, ростом конкуренции.

Аналитики предполагают, что оживление в автопроме и восстановление в аэрокосмической отрасли подействуют на рынок положительным образом. Основа спроса продолжит формироваться потребителями автопрома, бумажной, металлургической, легкой промышленности, с/х, рынка стройтехники.

По данным Росстата производство машин и оборудования в 2009 году также сократилось, но, несмотря на это, остается довольно высоким.

Таблица 7. Производство машин и оборудования

Наименование, тыс. шт	2005	2006	2007	2008	2009
Турбины паровые, млн. кВт	2,4	2,0	1,6	3,1	2,2
Турбины газовые, тыс. кВт	1205	1657	1990	2223	2826
Турбины гидравлические, тыс. кВт	1437	1081	2043	2624	2391
Насосы центробежные, паровые и приводные, тыс. шт.	237	282	299	299	212
Компрессоры воздушные и газовые приводные, тыс. шт.	32,3	49,0	124	112	60,6
Подшипники качения, млн. шт.	161	155	122	108	48,6
Краны мостовые электрические (включая специальные), шт.	729	554	936	748	442
Краны на автомобильном ходу, тыс. шт.	4,4	5,2	6,9	6,4	1,4
Лифты, тыс. шт.	13,5	17,3	24,0	22,1	13,0
Погрузчики универсальные сельскохозяйственного назначения, тыс. шт.	2,4	2,9	4,8	5,0	3,1
Оборудование холодильное, тыс. шт.	306	571	646	520	386
Линии и автоматы для расфасовки и упаковки сыпучих пищевых продуктов, шт.	567	770	749	414	347
Тракторы на колесном ходу, тыс. шт.	4,5	5,5	7,7	11,2	6,0
Мотоблоки и мотокультиваторы со сменными орудиями, тыс. шт.	120	145	149	161	137
Машины для внесения в почву минеральных удобрений и извести, шт.	241	950	508	442	252
Культиваторы тракторные, тыс. шт.	8,8	6,7	8,2	7,3	3,9
Комбайны зерноуборочные, шт.	7479	6885	7270	8059	6875
Комбайны льноуборочные, шт.	100	50	-	10	1
Косилки тракторные (без косилок-измельчителей), тыс. шт.	2,6	2,7	3,4	3,3	2,7
Кормоуборочные комбайны, шт.	446	731	834	803	839
Металлорежущие станки, шт.	4867	5149	5104	4847	1882
Деревообрабатывающие станки, шт.	4489	4412	5102	4130	1800
Кузнечно-прессовые машины, шт.	1533	2106	2700	2747	1266
Экскаваторы, шт.	3565	3985	6272	5506	1391
Бульдозеры, шт.	1774	2219	3349	3139	721
Тракторы на гусеничном ходу, тыс. шт.	4,1	5,4	6,3	6,1	1,6
Машины и агрегаты для приготовления теста, тыс. шт.	4,4	4,0	5,5	3,5	3,2
Прядильные машины, шт.	16	13	25	31	12
Ткацкие станки, шт.	95	173	89	43	13

К тому же, рост связан с тенденциями ВВП, поскольку подшипники применяют в оборудовании и средствах производства. Промоборудование лидирует в спросе на подшипники из-за восстановления капиталовложений в мире и роста производства промтоваров, в которых применяют подшипники. Рост этой сферы пропорционален росту в мировой промышленности. Компании по выпуску подшипников уменьшили капиталоемкость из-за объединения смежных предприятий, передачи выполнения некоторых операций подрядчикам, производству, осуществляемому по ключевому принципу «строго во время».

Азиатский рынок - самый большой и быстрорастущий в мире рынок по продаже подшипников. США и Европа - еще одна крупная часть рынка. Рост рынка Азии обуславливают быстро расширяющиеся китайский, индийский, корейский, тайландский рынки. По прогнозам, в Латинской Америке прирост в период с 2007 по 2015 годы достигнет 4,4%. Если рассмотреть рынок по сегментам, шариковые подшипники - это максимальный сегмент. Прирост рынка по продаже подшипников скольжения будет составлять больше 2%.

В последнее время прогнозировали большой рост спроса на подшипники, предназначенные для ветряных турбин. Эта тенденция будет сохранена в течение нескольких лет. Глобальное потепление привело к тому, что правительства многих стран ищут альтернативные источники элктроэнергии. Подшипники применяют в генераторе и редукторе турбины. Подшипники для ветряных турбин - большего размер, они дороже, потому продажи в данном сегменте будут намного выше, хоть объемы продаж относительно невелики по сравнению с иными более масштабными секторами. Изготовители ветряных турбин в Европе составляют 75% от выпуска ветряных турбин по всему миру /37/.

Емкость рынка подшипников скольжения

По расчетам ТОП-ЭКСПЕРТ, сделанным на основании проведенных маркетинговых исследований, емкость российского рынка подшипников в 2008 году составила 1,3 млрд. долларов $. Для сравнения объемы продаж только одной компании SKF, известной во всем мире, в четвертом квартале 2008 года составили 1,8 млрд. долларов $, что на 40% превышает емкость всего общероссийского рынка.

Около 50% реализуемых в России подшипников идут на конвейеры крупнейших предприятий, к числу которых относятся следующие заводы: автомобильные, тракторные, заводы по производству сельскохозяйственной и специальной техники, заводы оборонного комплекса, производящие военную технику по заказу Министерства обороны России; производители электротехнического оборудования; машиностроительные предприятия.

Другие 50% товара реализуются на вторичном рынке, где подшипники покупаются нефтяными, металлургическими, другими производственными компаниями и частными потребителями, в данном случае каналами сбыта товара являются специализированные фирмы и розничные магазины.

Тенденция развития рынка подшипников скольжения

Большая часть экспертов отмечает, что спрос на подшипники, продаваемые через розничную торговлю, за первые полтора месяца сократился в два раза по сравнению с таким же периодом 2008 года.

Автомобильные заводы и промышленные предприятия также сократили свои закупки. Объем задолженности этих предприятий перед поставщиками по состоянию на 15 февраля 2009 увеличился в два раза по сравнению с 2008 годом.

За прошедшие пять лет объем присутствия китайской подшипниковой продукции в России увеличился в пятнадцать раз, что связано было с их низкой себестоимостью. Рентабельность фирм, торгующих китайскими подшипниками, по ряду позиций доходила до 40%.

В 2009 году прогнозы аналитиков подтвердились, с ужесточением таможенных правил и увеличением стоимости доллара выгоднее стало вновь перейти на торговлю российской продукцией, поскольку девальвация рубля дает определенные конкурентные преимущества отечественным производителям.

Исследование брендов подшипников

В результате исследования были выявлены следующие бренды, имеющие широкое распространение не только на российском, но и на мировом рынке подшипников:

Бренды первой категории:

- SKF, FAG, Timken, Koyo; Указанные марки на российском рынке присутствуют слабо в силу своей дороговизны. Перечисленные бренды подшипников покупаются в основном нефтяными и металлургическими компаниями, для которых важно высокое качество продукта, применяемого в узлах сложного дорогостоящего оборудовании.

Несмотря на известность данных марок, зарекомендовавших себя на рынке, 80% продукции перечисленных брендов, которые продаются в России, являются контрафактным товаром, привезенным из Китая.

Бренды второй категории:

К этой категории относятся бренды российских производителей, например, заводов, входящих в структуру крупнейшей подшипниковой корпорации ЕПК. Они менее качественные и значительно дешевле марок, составляющих первую категорию.

Бренды третьей категории:

Категория включает в себя марки, произведенные в Китае. Их стоимость значительно ниже цен российской продукции, причем качество за последние годы заметно улучшилось, сейчас оно полностью соответствует российским нормам государственного стандарта.

Структурное представление подшипниковых брендов изображено на рисунке 3.

Примечание - 90% подшипников, встречающихся в сегменте потребительского рынка, являющихся якобы подшипниками российского производства (бренды второй категории), были изготовлены в Китае, следовательно, торгуются в России как контрафактная продукция.

Рисунок 3. Сегментация рынка по категориям подшипниковых брендов

Подшипниковый рынок консервативен, для потребителя большое значение имеет бренд производителя. Проведенные маркетинговые исследования показали, что бренды на рынке сегментированы строго по категориям, критерием такой группировки является соотношение цены и качества товара /35/.

Количественные исследования рынка подшипников скольжения

В ходе маркетингового исследования было опрошено 300 представителей компаний, занимающихся реализацией подшипников на территории России. Проведенные количественные исследования показали, что около 80% подшипников, реализуемых на вторичном рынке через розничные сети, являются китайскими брендами. По результатам исследования были получены следующие данные:

Самый распространенный бренд на отечественном рынке - VBF или ВПЗ (Вологодский подшипниковый завод). Данную марку выделило большинство опрошенных респондентов, торгующих подшипниками этой марки (Рисунок 4).

Второе и третье места занимают бренды китайских производителей «Крафт» и KG.

Примечание - По мнению некоторых экспертов рынка, бренд ВПЗ, продаваемый через розничные магазины на 90% является контрафактным.

Рисунок 4. Присутствие подшипниковых брендов на российском рынке

Таким образом, можно сделать вывод, что на рынке присутствует достаточно большое количество видов продукции, но большую часть занимает продукция китайских производителей.

Обзор предприятий, производящих технику в России

Автомобильная промышленность:

Россия входит в число 15-ти крупнейших автопроизводителей. В 2008 году российский автопром (по данным ОАО АСМ-Холдинг и OICA) произвёл 1,79 млн автомобилей (+7,4% к 2007 году), в том числе произведено 1,471 млн легковых автомобилей и 256 тыс. грузовых автомобилей. В том же году из России было экспортировано 132 тыс. легковых и 45 тыс. грузовых автомобилей на общую сумму 1,7 млрд долларов. В связи с экономическим кризисом 2008-2010 производство резко снизилось до 0,72 млн в 2009 г. и восстановилось до 1,403 млн в 2010 г. по данным OICA. За первое полугодие 2011 года производство выросло ещё на 76%. Доля на российском рынке автомобилей, собранных в России, увеличилась с 50% в 2009 г. до 70% в 2011 г.

Крупнейшие российские предприятия автомобильной промышленности:

? АвтоВАЗ - крупнейший производитель легковых автомобилей в Восточной Европе

? КАМАЗ - находится на 11 месте в мире среди производителей тяжёлых грузовиков

? Группа ГАЗ: ООО «Павловский автобусный завод» (ПАЗ), ОАО «Голицынский автобусный завод» (ГолАЗ), ОАО «Саранский завод автосамосвалов», ОАО «Автодизель» (Ярославский моторный завод), ООО «Ликинский автобусный завод» (ЛиАЗ), ООО «КАВЗ», ОАО «Автомобильный завод Урал», ОАО «Челябинские строительно-дорожные машины», ОАО «Заволжский завод гусеничных тягачей», ОАО «Арзамасский машиностроительный завод», ООО «Канашский автоагрегатный завод».

? Соллерс: ООО «Соллерс-Елабуга», ООО «Соллерс-Набережные Челны», ООО «Соллерс-Дальний Восток», ОАО «Ульяновский моторный завод», ОАО Заволжский моторный завод

? ЗИЛ - Завод имени Лихачёва: АМО ЗИЛ, Саранский автоагрегатный завод (СААЗ)

? Брянский Автомобильный Завод (БАЗ) - один из ведущих производителей большегрузных колесных шасси для нефтегазового комплекса России.

Судостроение и судоремонт:

В России существует более 1000 предприятий, занятых в судостроении, судоремонте, производстве двигательного, гидроакустического, навигационного, вспомогательного, палубного и других видов оборудования, материалов и комплектующих для судов, а также осуществляющих научную деятельность в области кораблестроения и морской техники.

По другим оценкам, в России насчитывается около 4000 предприятий и организаций, которые в той или иной степени обеспечивают производство продукции и услуг в области создания техники для изучения континентального шельфа, а также хозяйственной и военной деятельности на внутренних морях и в международных водах.

В собственности Северного центра судостроения и судоремонта находятся:

? ОАО «ПО «Северное машиностроительное предприятие» (строительство, ремонт и модернизация атомных и дизель-электрических подводных лодок, ремонт и модернизация надводных кораблей, строительство гражданских судов, строительство морской техники для освоения шельфовых углеводородных месторождений);

? ОАО «Центр судоремонта «Звёздочка «» (ремонт и модернизация атомных и дизель-электрических подводных лодок, надводных кораблей и гражданских судов);

? ОАО «СПО «Арктика» (электромонтажные работы на строящихся и ремонтируемых кораблях и судах ВМФ, гражданских судах, иной морской технике)»

В собственности Западного центра судостроения находятся:

? ОАО «Адмиралтейские верфи» /Санкт-Петербург/ (100% минус одна акция);

? ОАО «Средне-Невский судостроительный завод» /Санкт-Петербург/(100% минус одна акция);

? ОАО «33 судоремонтный завод» /Калининградская область/(100% минус одна акция);

? ОАО «Светловское предприятие «ЭРА «» /Калининградская область/(100% минус одна акция);

? ОАО «Прибалтийский судостроительный завод «Янтарь «» /Калининград/(51% акций);

? ОАО «Завод «Красное Сормово «» /Нижний Новгород/(33,53%) - строительство судов типа река-море;

? ОАО «Судостроительный завод «Северная верфь «» /Санкт-Петербург/(20,96%) - строительство боевых надводных кораблей и коммерческих судов различного назначения.

Другие крупные предприятия:

? ОАО «Северный рейд» (изготовление и ремонт пультов управления системами химической регенерации воздуха, гидроакустических комплексов, гидроакустических станций, антенн, приборов, блоков и модулей)

? ОАО «Зеленодольский завод имени А.М. Горького» (Строительство судов и кораблей всех типов, классов и назначений, в том числе на воздушной подушке (из судостроительной стали и алюминиево-магниевых сплавов), морские специальные плавучие объекты и металлоконструкции для шельфовой зоны, оборудование для нефтяной и газовой промышленности, в том числе буровое оборудование, задвижки, трубопроводная арматура (в том числе из титановых сплавов), установки для капитального ремонта скважин, черная и цветная металлургия, титановое литье, изготовление крупных мостовых металлоконструкций.)

? Балтийский завод

? Канонерский судоремонтный завод

? Невский судостроительный завод

Нефтяная промышленность:

Нефтегазовый комплекс - основной элемент российской экономики. Предприятия нефтегазового комплекса дают более четверти объема производства промышленной продукции России, более трети всех налоговых платежей и других доходов в бюджетную систему, более половины поступлений страны от экспорта. Капитальные вложения в нефтегазовый комплекс за счет всех источников финансирования составляют около одной трети от общего объема инвестиций.

Крупнейшие нефтяные компании России:

? Роснефть;

? Лукойл;

? ТНК-ВР;

? Сургутнефтегаз;

? Газпром Нефть;

? Татнефть;

? Славнефть;

? Русснефть;

? Газпром;

? Башнефть;

? Новатэк;

? ЮКОС

Предприятия оборонно-промышленного комплекса:

В 2007 году объём реализации ОПК России составил $18,6 млрд, из них $11,6 млрд приходилось на государственный заказ, $7 млрд - на экспорт. С 2000 по 2007 годы объём реализации российского ОПК увеличился в 3,7 раза, в том числе госзаказ - в 6,4 раза, экспорт - в 2,2 раза.

Доля России на мировом рынке вооружений составляет 23%, и уступает только доли США (32%).

В 2009 году Россия имела военно-техническое сотрудничество более чем с 80 государствами мира, и осуществляла поставки продукции военного назначения в 62 страны, а объём российского экспорта продукции военного назначения в 2009 году превысил 260 миллиардов рублей (8,8 млрд долларов). Согласно данным СИПРИ, доля поставкок боевых самолетов в период 2005-2009 гг. составил для России 40% от общего объёма экспорта, согласно данным Рособоронэкспорта эта доля составляет примерно 50% от объёма всех продаж российских вооружений.

РФ имеет многомиллиардные контракты на поставку вооружений и продукции двойного назначения с Индией, Венесуэлой, Китаем, Вьетнамом, Алжиром, Кувейтом, Грецией, Ираном, Бразилией, Сирией, Малайзией, Индонезией (Таблица 8).

Таблица 8. Крупнейшие предприятия ВПК

Компания	Выручка от реализации, млн руб.	Год отчетности
ФГУП «ММПП Салют»	16513.2	2009
ФГУП «КБ приборостроения»	12680	2007
ОКБ «Новатор»	8538.1	2009
ОАО СЗ «Северная верфь»	10719.5	2009
ОАО ПО «Севмашпредприятие»	21160.8	2009
ОАО НПК «Уралвагонзавод им. Дзержинского»	36272.4	2009
-ОАО «Уфимское моторостроительное ПО»	20014	2009
ОАО «ПО «УОМЗ»	3828.5	2009
ОАО «Объединенная двигателестроительная корпорация»; в т. ч.:	72347	2009
ОАО «Объединённая авиастроительная корпорация»; в т. ч.:	114000	2009
-ОАО «НПО Сатурн»	15779	2007
-ОАО «НПК «Иркут «»	36806.7	2009
ОАО «Курганский машиностроительный завод»	4855	2009
ОАО «Корпорация «Тактическое ракетное вооружение «»	31367.5	2009
ОАО «Корпорация «Аэрокосмическое оборудование «»	20966	2007
ОАО «Концерн ПВО «Алмаз-Антей «»; в т. ч.:	127432	2011
ОАО «Вертолёты России»	57674.1	2009
ОАО «АХК «Сухой «»	49100	2009
«Мотовилихинские заводы»	8200	2009

Краткий обзор крупнейших предприятий, производящих технику в России показал, что промышленность развивается и необходимость инновационных материалов и технологий в этой области достаточна велика.

2.4 Заключение о целесообразности реализации инновационного проекта

Современный материал, повышающий долговечность деталей не всегда выгодно производить. Это может привести к экономическим потерям завода-изготовителя запасных частей и деталей машин. Так как при увеличении срока службы изделия уменьшается спрос на них. Но есть такие отрасли промышленности, в которых простой оборудования из-за вышедших из строя деталей приводит к большим экономическим потерям. В большей степени это относится к нефтяной промышленности /39/.

Практический опыт и исследования показывают, что традиционный метод замены узлов и деталей оборудования, по отработке установленного межремонтного ресурса имеет целый ряд существенных недостатков. К ним относятся: низкий коэффициент использования деталей из-за частых снятий и выполнения неоправданно большого объема ремонтных работ; выполнение неоправданно большого объема ремонтных работ; недоиспользование индивидуальных ресурсов подавляющего большинства деталей; отрицательное влияние на надежность оборудования вследствие повышения интенсивности послеремонтных отказов. Кроме того, при данном методе замены не исключаются случаи внезапных отказов и требуется наличие большого обменного фонда запасных частей и значительных трудовых затрат при восстановлении работоспособности оборудования.

Одним из радикальных путей повышения надежности и эффективности использования узлов и деталей оборудования на перспективу, является разработка и внедрение в практику эксплуатации деталей из сверхпрочного материала, увеличивающего производственный ресурс оборудования.

При этом значительно сокращаются трудозатраты на обслуживание, сокращается расход дорогостоящих узлов и деталей. Принципиальная возможность и внедрение новых материалов обеспечивает увеличение средней наработки деталей и узлов между заменами в 1,5-5-2 раза, сокращение удельных приведенных затрат на ТОР и восстановление работоспособности в 1,5 раза.



3. Описание сущности внедряемой технологии

3.1 Описание предлагаемого решения

Описание технология получения армированных эпоксидофторопластов способом центробежного литья

Технологию изготовления армированных эпоксидофторопластов способом центробежного литья можно разделить на следующие этапы: подготовка компонентов, оснастки и технологического оборудования, загрузка в форму армирующего материала и связующего, формирование заготовки, термическая и последующая механическая обработка. Схема последовательности операций технологического процесса и применяемое технологическое оборудование приведены на рисунке 6.

Подготовка исходных компонентов. Состав композиции был определен экспериментально: армирующий слой - YD-128 и армирующая ткань в соотношении, согласно методике расчета антифрикционный слой - YD-128 - 63 масс.%, графит ГС-1 - 7 масс.%, политетрафторэтилен Ф-4 - 25 масс.%, дисульфид молибдена MoS₂ - 5 масс.%.

Исходные компоненты 1 предварительно измельчают на мельнице 2, затем взвешиваются на весах 3 и помещаются в дозирующе-смешивающий аппарат (ДСА) 4 (рис. 1). Смешивание компонентов происходит до получения гомогенной композиции. Армирующая ткань режется на машине 6 на полосы необходимой длины и ширины и укладывается в форму, предварительно обработанную антиадгезионным составом. После этого композицию смешивают с отвердителем в пропорции YD-128 + ПЭПА - 10:1 в конечном смесителе 5.



Рисунок 6. Технологическая схема изготовления АЭФ: 1-исходные компоненты, 2-пальцевая мельница, 3-весы, 4-дозирующе-смешивающий аппарат, 5-конечный смеситель, 6-машина для раскроя ткани, 7-центробежная установка, 8-печь для термообработки изделий, 9-механическая обработка, 10-готовое изделие

Формование материала происходит на экспериментальном станке СЦФ-4 согласно разработанному способу подшипник формуют послойно, и, в зависимости от слоя, в металлическую втулку, предварительно обработанную антиадгезионным составом, поочередно загружают полимерную композицию на основе эпоксидного связующего и наполнителей, требуемых для данного слоя, затем выбрав режим формования, позволяющий равномерно распределить наполнитель по слою, формируют каждый слой подшипника. Кроме того, композицию каждого последующего слоя загружают в момент частичного отверждения предыдущего. Изготавливаемый подшипник может иметь неограниченное число функциональных слоев, и их конфигурация может быть различной.

Послойное формование подшипника позволяет создать структуру с гарантированным распределением наполнителей по объему подшипника, что повышает долговечность и надежность подшипника в целом. Загрузка каждого последующего слоя композиции в момент частичного отверждения предыдущего (когда вязкость композиции станет достаточной, чтобы удерживать форму слоя) обеспечивает дополнительное когезионное взаимодействие между слоями подшипника без использования дополнительных клеящих материалов.

Формование подшипника с неограниченным числом различных функциональных слоев и их различной конфигурацией повышает долговечность.

На основе исследований влияния технологических факторов на структуру получаемого материала определена оптимальная температура полимеризации - 53°С. Время гелеобразования связующего при данной температуре составляет 20 - 25 минут.

Технологический цикл формирования материалов представлен на рисунке 7 в виде скоростного (а) и температурного (б) режимов. Т₁, Т₂, Т₃ - время подготовительной операции, операции формования и заключительной операции соответственно; Т - общее время технологического цикла формования материала.

Во время подготовительной операции происходит загрузка и равномерное распределение связующего по армирующему материалу, а также нагрев формы и связующего в ней. Эта операция характеризуется низкой частотой вращения - для равномерного распределения связующего и повышенной температурой обогрева формы - для того, чтобы подаваемое тепло, преодолев тепловой градиент стенки формы, дошло до связующего. Несоблюдение технологических параметров данного этапа влияет на качество пропитки армирующего наполнителя при последующих этапах, а, следовательно, на структуру и свойства производимого материала.

а б

Рисунок 7. Технологический цикл получения материалов

Следующая операция - непосредственно формование - характеризуется высокой частотой вращения, и температурой, соответствующей оптимальной температуре отверждения связующего. На данном этапе происходит основное формирование структуры полимерного материала.

Частота вращения определяется по формуле (3.36) таким образом, чтобы обеспечить достаточную центробежную силу на внешнем диаметре армирующего слоя, проталкивающую связующее через армирующий материал, одновременно пропитывая его.

...