книги из ГПНТБ / Зубков Б.В. Луч, искра, взрыв обрабатывают металл рассказы о новом и необыч. в обраб. металла

Гораздо лучшие результаты дал метод высокочастот­ ного нагрева, предложенный известным советским изоб­ ретателем Г. Бабатом. Перед резцом движется кольце­ образный индуктор, оставляя за собой малиновое кольцо

'ской дугой В этом случае коэффициент полезного дей­ ствия получается выше. Конечно, эти методы непримени­ мы, если деталь недостаточно жесткая и ее может «по­ вести». Тут незаменимым -окажется совсем недавно

.разработанный способ нагрева электронным лучом. Он позволяет в доли секунды повышать температуру не­ большого участка поверхности (например, перед самым резцом) до нескольких тысяч градусов, оставляя сосед­

19

труднообрабатываемых сплавах. Благодаря нагреву удается обрабатывать материалы, которые раньшевообще не поддавались обработке резанием.

Как „смягчить" сталь

Стремясь увеличить скорости обработки, конструк­ торы повышают стойкость резцов, втискивают новыелошадиные силы в моторы станков и прессов. Но ecib я другой путь, совершенно противоположный. Он заклю­ чается во временном изменении механических свойств самого материала, точнее говоря, во временном пониже­ нии его крепости.

Традиционные науки о прочности — сопротивлениематериалов, теория упругости и пластичности — с мате­ матической точностью позволяют рассчитывать мосты, небоскребы, подводные лодки и самолеты. Казалось, никаких неожиданностей не таит в себе эта классическая область инженерной науки. Но вот в 1923 году академик А. Ф. Иоффе окунул стержень из поваренной соли в во­ ду, и он стал в 10 раз прочнее. Это объяснили тем, ч?о

зрения, это настолько невероятно, что знаменитый фран­ цузский физик Поль Ланжевен, впервые узнав об этом, воскликнул: «Это поразительно, но этого не может быть. Откуда атомам внутри твердого тела знать, что на его поверхности имеются какие-то вещества?»

Однако факт оставался фактом. Окружающая среда влияла на свойства металла.

Изучением этих явлений занялся советский ученый

.12

13

дел текучести металла, размягчают, «пластифицируют» его поверхностный слой, облегчая холодную и горячую штамповку, вблочепие проволоки.

Если подобрать вещество, которое достаточно сильно уменьшило бы поверхностное натяжение, то кусок ме­ талла, смазанный им, тут же рассыпался бы в порошок.

сырья для порошковой металлургии. Кстати, нечто похожее удалось уже наблюдать на куске олова, покрытом жидким галлием. Правда, олово не рассыпалось в поро­ шок, но связь между его атомами настолько ослабла, чго оловянный монокристалл без всякого внешнего воздей­

вать и при обработке резанием. Советский исследователь Г. И. Епифанов недавно показал, что при погружении деталей в некоторые поверхностно-активные жидкости удельная работа резания-снижается в два-пять раз. Мо­ лекулы жидкости, проникая в зону резания, распадаются на атомы, внедряются в кристаллическую решетку ме­ талла, делают ее хрупкой, ломкой и тем самым прокла­ дывают путь резцу.

Способы управления механическими свойствами ме­ таллов только-только начинают входить в производ­ ственную практику. В сочетании с оригинальными тех­

14

нЫи nafpoH и выстреливался со скоростью 700 метров в секунду. В отличие от пули образец не вращался, так как в стволе специально была уничтожена нарезка. Когда он пролетал сквозь кольцо с закрепленными рез­ цами, резцы успевали снять фаски, прорезать канавки и даже превратить заготовку в закончен,ную шестеренку. В дальнейшем на таком принципе можно будет создать станки-пулеметы, выстреливающие тысячи деталей в минуту.

Продолжая исследования, сибиряки усовершенство­ вали установку. Они ухитрились определить энергию, теряемую образцом-пулей при пролете сквозь строй рез­ цов, виртуозно замерили время резания. Сделано это было так. Винтовку укрепили неподвижно, а резцедер­ жатель и приемник деталей — массивный ящик, обитый войлоком, — подвесили на тонких .нитях. Выстрел! Резцы чиркнули по образцу, резцедержатель качнулся, дрогнул приемник, и стрелка отметила это на закопченном стек­ ле. Пролетая мимо резцов, пуля замкнула на тысячную долю секунды электрическую цепь, соответствующий всплеск тотчас взметнулся на экране электрического ос­ циллографа и тут же был сфотографирован скоростной кинокамерой. Зная скорость горизонтальной развертки и длину образца, по такой фотографии нетрудно опреде­ лить продолжительность и среднюю скорость резания.

ния, резко падает. Поэтому обрабатывать его и выгоднее всего на сверхвысоких скоростях.

Аналогичные результаты были получены учеными Харьковского авиационного института. Построенный ими взрывной копер позволял вести исследования при скоростях 500 метров в секунду и более. Это в 20—25 раз выше рекордов лучших токарей-скоростников.

Экспериментаторы^ работавшие с титаном, доводили

U

скорость до 72 тысяч метров в минуту — в 5 тысяч (!) раз выше промышленных скоростей резания этого непо­ датливого металла. Предельная скорость, достигнутая экспериментаторами,— ЮУ/00 метров в минуту.

Главный вывод, полученный из многочисленных экс­ периментов, гласит: износ резцов при сверхвысоких скоростях уменьшается (например, при 45 тысячах мет­ ров в минуту он составляет всего полтора процента от обычного). Бпрочем, это верно только для труднообра­ батываемых материалов, что касается обычных еталей. то износа резцов вообще заметить не удалось. Даже трение почти исчезает, чистота поверхности .становится отличной: высоту неровностей можно довести до сотых долей микрона. И еще одна интересная деталь. Варьи­ руя режимами сверхскоростного резания, можно добить­ ся эффекта упрочнения обрабатываемой поверхности. Резание как бы совмещается с термообработкой.

Что касается производительности, возможности ее повышения при сверхскоростном резании безграничны. В то время как объем стружки, снимаемой в минуту, для обычных станков не превышает 0,5 кубического деци­ метра, экспериментаторам удавалось за то же время настрогать целый ворох— 100 кубических дециметров в минуту.

Завоевание новой сверхскоростной области раздви­ гает границы возможного, открывает перед машиностро­ ителями заманчивые перспективы. Упростятся автомати­ ческие линии: отсутствие трения и нагрева резцов пред­ отвратит тепловые деформации, снижающие точность обработки, разрушающие хрупкие материалы, позволит избавиться от смазочных масел и охлаждающих эмуль­ сий, от грязи в цехах и вредных паров з воздухе-! Пре­ кратится износ инструмента, не нужно будет каждые неско.' ы.о часов останавливать станки для его смены, снизится брак, исчезнут аварии,.... ...

■ж, ^ ; 17

Итак, все это будет. А сейчас? В авиации уже по­ строены оригинальные станки, выстреливающие лопатки направляющих аппаратов в корпус реактивного двига­ теля. Пробивая тонкую стенку, лопатки со скоростью пулеметной очереди встают на уготованные им места. Имеется сверхскоростной фрезерный станок. Нго ротор вращает воздушная турбина. Делая 400 тысяч оборотов в минуту, миниатюрная фреза с алмазными или твердо­ сплавными резцами стремительно вгрызается в самые прочные материалы. Производительность этого станка примерно в 10 раз больше любого обыкновенного.

Разведка космических скоростей резания только что началась. И в наше время сверхпрочных, хрупких, труд­ нообрабатываемых материалов ее успехи особенно важны.

Взрывы режут металл

\

Металлурги привыкли к взрывам, ибо издавна при­ меняли их для дробления «козлов», застывших в печах. Так что взрывная техника как бы присутствует у самой колыбели рождающегося металла. Но и только. Дальше для нее вход был закрыт.

Ученые Харьковского авиационного института были

открыть ему двери на металлургические и машинострои­ тельные заводы. Под руководством заведующего кафед­ рой кандидата технических наук В. Г. Кононенко нача­ лись обширные исследования. Эти исследования дока­ зали, что порох и взрывчатые газовые смеси — универ­ сальные инструменты, способные облегчить и ускорить пути превращения металла в готовое изделие.

18

В 1956 году Вадиму Григорьевичу довелось побывать на однсм из металлургических заводов, где начинала свсс триумфальное шествие непрерывная разливка ста­ ли. Тяжелая слепяще-белая струя, рассыпая искры, не­ прерывно лилась в ковш-кристаллизатор. Сползая меж­ ду его стенками, интенсивно охлаждаемыми водой, ог­ ненная жидкость покрывалась быстро твердеющей

•коркой, превращалась в багрово-оранжевый бесконеч­ ный слиток. Вадим Григорьевич видел, как газовые ре­ заки обхватывают пышащую жаром колонну и, опус­

из-за этого похожими на высотные здания, стоимость их растет. Кроме того, расточительное пламя безвозвратно сжигает около двух процентов всего разливаемого ме­ талла. Если учесть, что в семилетке намечено разлить непрерывным способом примерно 60 миллионов тонн стали, то потери только по этой причине составят 1 мил­ лион 200 тысяч тонн. Далее. С каждым годом увеличи­ вается выплавка легированных и нержавеющих сталей. Резка их газом вообще чрезвычайно, затруднена. Заме­ нить газ механической пилой или летучими ножницами? Не говоря о сложности и громоздкости оборудования, при этих способах возникают сотрясения, удары, кото­ рые передаются вверх и вызывают растрескивание еще

тонких стенок затвердевающего слитка. Металл идет, в брак.

Может быть, проблему решат плазменные горелки? Тоже не получается. Развивая колоссальную темпера­ туру', они почти не повышают скорости резки, не сокру­ шают отходов металла и потребляют немыслимые коли­ чества электроэнергии.

19