книги из ГПНТБ / Зубков Б.В. Луч, искра, взрыв обрабатывают металл рассказы о новом и необыч. в обраб. металла
.pdfНужен был какой-то другой |
способ. Что-то легкое# |
||
компактное. Очень |
мощное. И |
Кононенко |
предложил |
взрыв. Пороховая |
пушка — взрывной копер, |
стреляю |
|
щий двумя вылетающими навстречу друг другу секира ми, должен был мгновенно перекусывать слиток.
Изобретателя сразу же поддержал директор Харь ковского института «Гипросталь» Г. Т. Литвиненко, а покойный академик И. П. Бардин распорядился выде лить для продолжения исследований 200 тысяч рублей. В ноябре 1959 года харьковчане начали конструировать первый в мире взрывной копер для опытной установки непрерывной разливки, принадлежавшей Украинскому институту черных металлов.
Наступил день испытаний. Миниатюрный копер, пе ределанный из старой авиационной пушки, стоял наго тове. Из кристаллизатора начал выползать раскаленный слиток. Короткая команда, а за ней выстрел Со скоро стью 1G0 метров в секунду из пушки вылетело ядро — цилиндрический шток с острой секирой на конце. А на-, встречу ей вследствие отдачи ринулась другая, точно такая же секира, закрепленная на опорной части копра. Благодаря такой остроумной силовой схеме удар не пе редается на установку непрерывной разливки, а для копра не требуется никакого фундамента. В течение 0,4 секунды секиры перекусывают слиток и тут же возвра щаются в исходное положение.
Взрывная резка слитков уже опробована на Ново тульском' металлургическом комбинате. Здесь копер легко перекусывал настоящее металлическое бревно — слиток сечением 200X200 миллиметров, нагретый до 1200°С и ползущий со скоростью два метра в минуту. Марка разливаемой стали при таком способе практи чески безразлична. Благодаря ничтожному времени кон такта ножей и раскаленного металла (менее 0,01 секун ды) ножи не успевают затупиться, а удар не вызывает
20
растрескивания и не мешает кристаллизации слитка. Не давая отходсв, взрыв'тая резка в 25 раз дешевле газовгй. а копер весом пя^ь тонн заменяет 800-тонные нож ницы, требующие вдобавок мощного бетонного фунда мента объемом 600 кубических метров. Сейчас взрыв ные копры Кононенко проектируются для нескольких ■новых установок непрерывней разливки. ■
Самые сильные машины на металлургических заво дах— это блюминги и слябинги. Каждый такой агрегат пропускает за год два-три миллиона тонн металла. Вес самого блюминга доходит до шести-семи тысяч тонн, а мощность моторов, вращающих валки, — до 10 тысяч лошадиных сил’ Каждые 9 тонн стали из 10, выплавлен ных в нашей стране, проходят через блюминги и сля бинги. Повышение производительности этих уникальных агрегатов — важная народнохозяйственная задача. А ре зервы тут есть большие. Так, каждый блюминг и слябинг примерно десятую часть времени выполняют совершенно ненужную работу. Ведь у всех слитков имеется некаче ственная прибыльная часть, составляющая по весу при мерно 20 процентов. Так вот, вместо того чтобы стазу ее удалить, слиток сначала 15—20 раз прогоняют через валки, ибо отрезать прибыль от массивного раскален ного слитка трудно. Это под силу лишь взрывному копру.
В результате применения взрывной оезки слитки, по даваемые на блюминг, заметно «похудеют». Это сокра тит цикл прокатки и расход электроэнергии, позволит пропустить ежегодно через каждый блюминг на чет верть миллиона тонн стали больше. Внедрение новой, «бесприбыльной» технологии на всех наших действую щих блюмингах и слябингах могло бы дать стране до полнительно по меньшей мере .четыре-пять миллионов тонн проката в год.
Взрывная резка металла имеет еще одно большое
достоинство. Ни с чем не сравнимая быстрота процесса позволяе-- рагсска^ь заготовки, мчащиеся с любой ско ростью. А так как скорость прокатки в значительной степени ограничивается существующими средствами раскроя движущегося металла, то взрывные копры мо гут дать возможность резко ускорить Работу заготови тельных, сортовых, трубопрокатных станов.
Пто карается проволоки, то ее можно перебивать пулей. Для этого нужно очень простое устройство и любое старое автоматическое или полуавтоматическое стрелковое оружие. Пулевая резка проволоки без оста новки се ия бтяютего ко1Тга возможна при скорости движения 50 метоов в секунду. Другие известные в тех нике и применяемые сейчас средства неспособны на это даже при 25 метрах в секунду.
# * *
...Металл прибыл на машиностроительный завод. Круглые, квадратные, шестигранные прутки, трубы, швеллера, двутавры первым делом отправляются в за-, готовительнын цех. Здесь нет бешено вращающихся фпез, стремительных автоматов, работающих, как пуле мет. прессов. Флегматично и неторопливо ходят взадвперед пилы, разрезая прутки на отдельные диски, как и много лет назад, медленно раскраивают толстые сталь ные листы газорезчики. В торопливом и веселом завод ском конвейере заготовительный цех выглядит каким-то медлительным анахронизмом. Но ничего не поделаешь, скоростных методов распиловки толстых прутков до скх пор ге было.
Взрывная резка и здесь может сыграть революцион ную роль. Такие металлы, как алюминий и его сплавы, цинк, свинец, медь, бронза, взрывные копры могут ру-
22
бить прямо в холодном состоянии. С высокопрочными сталями дело немного сложней. Могут не выдержать режущие ножи. Поэтому заготовку необходимо предва рительно подогреть. Не осложнит ли это процесс? Мо жет быть, проще все-таки распилить ее? В том-то и дело, что нет. Ведь нагревать заготовки будут лишь в месте реза, на очень небольшом участке. Местный нагрев не потребует большой затраты тепла, а значит, и выпол нить его можно очень быстро.
Харьковские ученые предлагают для этой цели ком бинированный автоматический агрегат. Он состоит из рольганга, по которому движется заготовка, и сварочно го трансформатора, подвергающего ее местному кру говому нагреву до температуры 1 000—1 100°С с помощью накладных контактов, включенных во вторичную обмот ку. Вместо трансформатора можно, конечно, использо вать высокочастотную установку или, в крайнем слу чае,, даже газовые горелки. После нагрева заготовка передвигается под ножи копра, срабатывает концевой выключатель, и раздается выстрел. Вся процедура зай мет меньше минуты.
Несложные и недорогие взрывные копры в сочета нии с нагревательными устройствами в несколько раз повысят производительность заготовительных цехов.
Взрывная резка удобна и в литейных цехах для удаления прибылей, достигающих иногда сотен кило граммов веса. Сейчас их отрезают газовыми резаками, вручную. В то же время отлитые детали после выбивки содержат еще много тепла (они нагреты до 600—700°С), что облегчает резку.
Есть еще одна любопытная разновидность взрывной резки. Ее преимущество в том, что не требуется ника-
23
кого оборудования, а металл может двигаться практи чески с любой скоростью, без всяких ограничений. Это резка так называемым газовым пуансоном.
На пол цеха кладется толстый подкладной нож — стальная плита со слегка заостренной кромкой. А над ней установлен экран. По ножу ползет разрезаемый лист. Вот он уперся в концевой выключатель и замкнул контакт. Тотчас же в камере, образованной листом и экраном, следует взрыв, н взрывная волна срезает металл вдоль кромки подкладного ножа. Опыты пока
зали. что. увеличив несколько пороховой |
заряд, мож |
||
но сбегись н без |
экрана, В обеих случаях рез |
остает |
|
ся качественным. |
Благодаря дешевизне |
таких |
взрыв |
чатых веществ, как тел, аммонал, взрывная резка мо жет бистро получить широкое распространение для раскроя холодных листов и проката.
На многих металлу отческих заводах появились сейчас новые цеха. В них листовой прокат превращают в гнутые профили самых различных форм — корыто образные, зет-сбразпые, швеллера, уголки и т. д. По сути дела, это готовые заготовки для машиностроителей. Как правило, цеха гнутых профилей полностью айтоматизнреваиы. Однако производительность их не очень высока из-за того, что металлурги не умеют резать фи гурные профили, им приходится сначала разрезать по лосу и лгшь петом пропускать ее через фигурные валки. Это не позвол яет достигнуть высоких скоростей и не прерывности процесса.
Придавая экрану необходимую форму, с помощью газового пуансона можно резать профили самых при чудливых форм: открытые, закрытые, трубные и т. д.
Итак, остается еще раз |
сказать, что взрывная рез |
|
к а — метод |
неограниченных |
возможностей. Даже пер |
вые шаги, |
уже сделанные |
в этом направлении, сулят |
неисчислимые экономические выгоды.
24
Псрсшок формует порошок
Энергия взрыва перспективна для получения изде лий из порсшков. Существующими методами чрезвы чайно трудно получить плотные детали с малой, пористо стью При взрывном прессовании порошков благодаря колоссальным давлениям и исчезающе малой продол жительности процесса исключается теплообмен между порошком и пресс-формой и без всякой дополнитель ней обработки сразу получаются ■изделия с нулевой псрг'С'оетыо. Ме1,яя параметры процесса, можно при жег ягни изменять н• поигтость в шппоних пределах.
Само гр-ссовакие ведут так. Пресс-форму с порош ком помещают в гидробокс, наполненный жидкостью, например маслом. С гидробокссм соединен направля ющий цилиндр, в котором движется снаряд-боёк. При выстреле боёк с силой ударяет по поверхности масла, и ударная волна прессует деталь. Можно обойтись без бойка и взрывать заряд прямо в жидкости. Э'о гораздо проше, а давление мож'ю получить еще большее.
Кстати, аналогичный способ на Кировском заводе используетсядля очистки литья от формовочной зем ли, пригара, окалины. Отливку помещают в воду и взрывают несколько точечных зарядов. Мощные со трясения стряхивают грязь с поверхности отливки, а- ударные волны, пульсации довершают работу.
Между прочим, высокие давления, возникающие в воде, уплотняют, наклепывают поверхность деталей. На этом основан способ взрывного упрочнения деталей.
Мы рассказали о наиболее важных, практически опробованиях применениях взрыва в металлообработ ке. В будущем их станет еще больше Уже ведутся ис следования по разделке взрывом сталевыпускных от верстий мартеновских печей, по кускованию обогащен ной руды'и т. д.
25
Порох вуегго пресса
Эти цеха малолюдны. Вокруг машин почти не видно рабочих. С легким шуршанием разматываются и ис чезают в прессах стальные полосы. Неторопливо и мер но поднимаются и опускаются пуансоны, и после каж дого хода из матриц извлекают готовые детали. Неда ром листовую штамповку считают одним из самых прогрессивных и производительных видов металлообра ботки. И все же скорость процесса уже не удовлетворяет нас.
Для технического прогресса наших дней характерно скачкообразное, революционное развитие. Новые маши ны и технологические процессы, предложенные совет скими изобретателями, позволяют часто увеличить про изводительность или снизить вес 'оборудования не на столько-то процентов, как это обычно бывало в прошлом, а в десятки, сотни и даже тысячи раз.
Взгляните с такой точки зрения на штамповку. В то время как скорости резания возросли за последние го ды в десятки и сотни раз, этот самый перспективный,
•практически безотходный вид металлообработки до сих пор отставал. Действительно, скорость штамповкивытяжки не превышает 0.2—0,3 метра в секунду. Счи тается, что увеличивать скорость нельзя — металл стано вится хрупким и получить доброкачественные изделия невозможно Но ведь пластичность металла вовсе не уменьшается с увеличением скорости деформирования. В чем же дело?
Исследования, проведенные в Харьковском авиаци онном институте Р. Пихтовнпковым, доказали, что все дело в смазке. Если для каждой скорости подобрать правильную смазку, то саму скорость штамповки мож но повысить во много раз. Исследователю удавалось получить качественные детали при скоростях до 300
метров в секунду, в тысячу раз превышающих обще принятые. Теоретические расчеты показывают, что их можно увеличить еще в несколько раз, до скорости взрыва. Что сулит это практике? Во-первых, резко уве личится производительность холодной листовой штам повки. Тысячи и десятки тысяч готсвых деталей в час будут выстреливать работающие со скоростью пулеме
тов штамповочные |
прессы. Во-вторых, |
удастся |
резко |
уменьшить размеры кузнечных молотов: |
■ведь |
ковка |
|
требует большей |
кинетической энергии |
удара, а |
при |
низких скоростях это можно обеспечить только огром ными размерами движущихся масс. Из общеизвестной формулы теоретической механики следует, что если увеличить скорость хотя бы в 10 раз, то ударяющую массу можно будет уменьшить в 100 раз. Значит, от крывается путь к созданию экономических и компактных кузнечных молотов, обладающих колоссальной энергией удара
Но самсе важное то, что часто можно обойтись вос.5- ще без прессов. Главным образом это должно заинте
ресовать |
те заводы, |
которым |
приходится изготовлять |
|
из листа |
детали больших размеров: |
днища котлов, |
||
крышки |
химических |
аппаратов |
и т. д. |
Особенно, если |
у них нет ни многотысячетонных прессов-гигантоц, ни мощных давильных агрегатов.
Самый простой, дешевый, быстро осуществимый и
доступный почти |
любому заводу в таких случаях спо |
соб— штамповка |
взрывом. Хотя это и звучит немного |
необычно, технология процессаочень несложная. Не сложно и необходимое приспособление. Это железобе тонный - блок, состоящий из нижней части — матрицы, имеющей полость по форме детали, и крышки с вмон тированным в нее патронником. Патоонник заряжается обычным охотничьим порохом, например, типа «сокол». Между крышкой и матрицей устанавливаются специаль-
кая прокладка и металлический лист — заготовка. При
уларе по капсюлю пооох. взрывается, в ’■•злости межау листом и крышкой развивается высокое давление га зов, которые и сгоняют заготовку в матрицу. Причем чем заготовка толще, тем проще ее штамповать. Сколь ко нужно пороха? Это легко определить с помощью, несложных формул. Например, для дчищ диаметром: 1600 миллиметров из кислотоупорной стали, которые штамповали в Харьковском авиационном институте под. руководством кандидата технических наук В. Г. Коно це-ко ■’ребгвадось всего по 80 граммов пороху.
Взрыв продолжается тысячные доли секунды, слы шен только глухой удар, а детали получаются высоко качественными: точными по размерам, равчостенными, без трещин, без гофров.
Оригинальные методы взрывной штамповки разра ботали ленинградские ученые и инженеры всемирно известного Кировского завода. Их привлекала, пожа луй. даже не заманчивая возможность обойтись без
дорогостоящих прессов, а нечто другое. Представьте. что нужнее сборудозание у вас есть, Заводские мастодо*нты, *кряжистые^ сверхмощные прессы только и ждут команды, чтобы на чать работу. Увы,, новые жаростойкие материалы, титано вые сплавы даже им уже не по зубам. Вследствие низкой теплопроводности и пластичности зато-
товки из этих материалов чаете рвутся и трескаются Отштамповать белее или'менее сложную деталь можно только постепенно, после многочисленных пере.хдоз. А между переходами деталь надо каждый раз снова под вергать термообработке, например отжигу. Технология усложняется до чрезвычайности, резко падает произво дительность цеха, а готовые детали вдобавок часто идут в брак.
Не то при взрывной штамповке. Мгновенно пара- • стающие колоссальные давления меняют сами свойства металла. Хрупкие, плохо деформируемые материалы начинают течь, как жидкость, послушно заполняют самые мелкие углубления матрицы. Сложную деталь ■без разрывов и трещин часто удается получить за один проход.
В отличие от харьковчан, ленинградцы использовали подводные взрывы, впервые предложенные для этой цели 10. С Нгвагнным и В. И. I реминым в 1956 году. Давление ударной волны в жидкости в несколько де сятков раз выше, чем в воздухе, отпадает необходимость в шумоглушении и вентиляции, так как вода сразу же
поглощает продукты сгорания |
пороха ■ или другого |
|
взрывчатого вещества. К тому |
же подводный |
взрыв |
гораздо безопаснее. Благодаря |
несжимаемости |
воды |
возможное разрушение формы или заготовки не сопро вождается разлетом смертоносных осколков.
Итак, матрицу накрывают заготовкой, тщательно скрепляют их и помещают в глубокий бассейн. Затем опускают в воду достаточно мощный заряд тротила и взрывают его. Ударная волна в доли секунды, сгоняет заготовку в матрицу. Таким способом ленинградцы укрощали самые неподатливые и высокопрочные сплавы.
Штамповка взрывом в производственных условиях вполне реальна, необходимо только тщательно выпол нять правила обращения со взрывчатыми веществами.
29