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

Температура, развиваемая лазером, достаточна дл^

•расплавления самых тугоплавких материалов, а малая ширина шва и узость зоны термического влияния при лазерной сварке сводят до минимума всякое коробле­ ние и деформации. Шов можно не зачищать. Мгновен­ ный нагрев и охлаждение почти не вызывают роста зерна, чего обычно так опасаются металловеды и проч­ нисты, особенно при сварке жаропрочных сплавов и сталей. Структура металла остается мелкозернистой и качественной. Высокая концентрация энергии позволя­ ет точно контролировать размеры соединения, осущест­ вить так называемую прецизионную сварку, устраняет необходимость термической обработки для снятия внут­ ренних напряжений.

Открывается дорога к созданию сварной конструк­ ции будущего, которая, по словам академика Б. Патона, «представляется нам в виде совершенного, гармони­ чного сочетания металлических и неметаллических де­ талей законченных форм и размеров, свободного от внут­ ренних напряжений, не нуждающихся нн

в термической, ни в механической обра­ ботке».

Рубин — не един­ ственный лазерный материал. Вместо него можно исполь­ зовать фторид ба­ рия, фторид каль­ ция и т. д. Лазеры из стекла с добав­ кой неодима хо.р.о-

50

шо показали себя при сварке плавлением нержавеющей стали, меди, алюминия, ниобия и молибдена.

Как правило, лазер излучает энергию прерывисто, отдельными импульсами. Продолжительность каждого импульса — полторы тысячных доли секунды. Чтобы увеличить производительность сварки, нужно обеспечить большую непрерывность светового луча, нужно уча­ стить импульсы. Но мощные облучающие трубки, слу­ жащие лампами «накачки», быстро перегреваются. И здесь инженеры пошли на хитрость. Они укрепили на вращающемся барабане несколько попеременно вспы­ хивающих трубок, и пулеметная очередь световых им­ пульсов участилась в несколько раз.

Импульсная мощность сегодняшних лазеров доходит до 10 тысяч киловатт, а плотность энергии — до 300 мил­ лионов калорий на квадратный сантиметр. Скоро мощ­ ность достигнет сотен тысяч киловатт, а если вместо облучающих трубок использовать взрывающиеся проволо ч к и, то ещ е больше.

Коэффициент по­

51

вратится в самый точный и быстрый мёталлообраба' тывающий инструмент. Световой луч легко сможет прожигать отверстия, удалять лишний металл, как бы фрезеровать, строгать и точить заготовки.

А пока наиболее перспективная область применения лазеров — сварка сверхлегких сотовых конструкций из тугоплавких материалов, прецизионная обработка ми­ кроминиатюрных деталей космической радиоэлектрони­ ки и ракетной техники. Здесь невесомый световой скаль­ пель уже сейчас вне всякой конкуренции.

По законам аэродинамики

— Добротная штука, литая, — удовлетворенно гово­ рили инженеры прошлого века, глядя на могучие шату­ ны и кривошипы, на массивные корпуса машин толщи­ ною с добрую крепостную стену. Но вот прошло не­ сколько десятилетий, и вкусы инженеров резко пере­ менились. Во-первых, металловедам удалось создать новые прочные и сверхпрочные сплавы, во-вторых, ма­ тематики и механики разработали более совершенные методы расчета. Короче говоря, появилась возможность целать достаточно надежные машины из сравнительно гонких узлов и деталей. К тому же для автомобилей, самолетов, ракет каждый лишний килограмм веса оз­ начает снижение экономичности, уменьшение грузо­ подъемности, ухудшение всех эксплуатационных ка­ честв. А в любом справочнике для литейщиков и сей­ час вы обязательно найдете таблицу, показывающую минимальную толщину стенки. Сделать отливку тоньше

считается невозможным.

Конечно, фрезы, с безжалостным хрустом вгрызаюциеся в любую заготовку, звенящие шлифовальные кру- 'и, рассыпающие бенгальский огонь багрово-оранжевых

52

чаются тяжелее и хуже. К тому же недостаток сварноштампсвакных узлов — в высокой их трудоемкости. Они состоят из десятков, а то и сотен мелких деталей. Их нужно отштамповать, собрать воедино, сварить, а затем снова подгонки, рихтовки, подгибка...

Всех этих недостатков кет у литья, но отлить деталь толщиною меньше трех миллиметров, а длиною больше 15 сантиметров до сих пор никому не удавалось. Дело в том, что жидким металлом практически невозможно за­ полнить узкую и глубокую щель литейной формы: огнен­ ная жидкость быстро охлаждается и густеет. Увеличи­ вать высоту заливки, чтобы повысить напор, бесполезно: одновременно растут гидравлические совротивленпя, и положение не улучшается. А кроме того, затвердевший металл всегда должен соприкасаться с жидким, чтобы все время пропитывались зазоры, образующиеся между растущими кристалликами. Иначе отливка получится рыхлей.

Типично изобретательскую головоломку, как зали­ вать узкую литей-'ую форму широкой струей, пр-осто и

тили ее из неподвижного ящика, какой она была раньше, в слаженно действующий механизм с точно рассчитан­ ной кинематикой.

Пгоиесс литья внешне весьма несложен. В раскры­ тую форму из разливочного ковша заливают расплав. Включается электромотор, и специальный редукторна­ чинает смыкать раздвинутые половинки, кагк створки раковины, когда ее обитатель, моллюск, почует опас­ ность. Выжимаемый расплав устремляется вверх, уро­ вень его стремительно повышается. Вот створки захлоп­

54

пимым жаром, но уже совершенно готовую, законченную

тырех. Длина панели доходит до пяти-шести метров, а высота до двух метров. Лить можно алюминий, сталь, чугун, жаоопрочные сплавы практически любого соста­ ва. Механические свойства отливок замечательные, внутренняя структура радует металловедов с в о р й мелкозепнистостью, точность размеров по толщине 0.5 милли­ метра, так что станкам не придется обгладывать заго­ товки. перегоняя в стружку тонны металла. Даже от­ делки никакой больше не требуется: поверхность отливок г.гяпкря т.-рк матовое етекло. чистота ее соответствует четвертому классу и сразу годится под краску. Как гово­ рят строители, детали полной заводской готовности.

Литые детали обычно получаются хоупкими, боятся ударов' В этом их большой недостаток. Панели, полу­ ченные новым способом, наоборот, очень гибки, их мож­ но сворачивать в рулоны, как листы ватмана. Кроме того, никаким другим способом вообще невозможно от­ лить тонкостенные пластины с густой сеткой продольных и поперечных подкрепляющих ребер миллиметровой тол­ щины и шестидесятимиллиметровой высоты.

Установку для литья выжиманием, как назвали свой способ изобоетатели, можно сделать своими силами на любом заводе. Потребное оборудование и технология довольно просты, но физические явления, протекающие в бурлящем металле, очень сложны и интересны. Так, при сближении створок не весь расплав поднимается кверху с одинаковой скоростью. Трение тормозит струй­ ки, прилегающие к боковым поверхностям формы, и они текут медленнее, стоуйки центральной части потока — быстрее. Разность скоростей заставляет впащаться газо­ вые пузырьки и крупинки шлаков, засоряющих металл, они смещаются к центру потока и сами собой выносятся

55

из формы вместе с избытком расплава. Происходит так называемая автодегазация, улучшающая качество от­ ливки. Сближающиеся створки непрерывно повышают давление в жидком металле, механическое сжатие спо­ собствует хорошей пропитке затвердевающих слоев.

5$

законов движения воды, масла или даже воздуха. Во всяком случае и те и другие явления можно описать одними и теми же формулами и уравнениями. Поэтому для расчета литейных процессов здесь впервые удалось применить мощный математический аппарат, разрабо­ танный несколькими поколениями аэродннамиков. По­ добно • самолетостроителям, исследующим обтекание крыльев воздушным потоком, изобретатели рассчитали скорость течения металла в отдельных точках литейной формы. Вычисленные данные точно совпали с получен­ ными опытным путем. А опыты проводились так. В про­ зрачную модель литейной формы заливали глицерин или спирт со взвешенными в них цветными горошинками полистирола. Процесс выжимания снимался на кино­ пленку, одновременно для получения масштаба времени фотографировалась шкала секундомера. Совмещая и комбинируя кинокадры, изобретатели вычертили траек­ тории движения пластмассовых частичек, а значит, и направления струек жидкости. Использование матема­ тики и методов аэро- и гидродинамики позволит литей­ щикам в будущем получать, еще. более сложные и каче­ ственные отливки.

Но уже и сейчас способ литья выжиманием широко применяется в авиационной поомышленности, где тре­ бования к качеству деталей особенно велики. В раз­ движных формах льют тонкостенные узлы самолетов, начиная от простых крышек, створок нулей, тормозных щитков и кончая сложными и ответственными наруж­ ными плоскостями крыла и элементами фюзеляжа. Стоимость их по сравнению с клепаными узлами снизи­ лась в шесть-восемь раз.

С помощью изобретения Стебакова и Никольского уже сегод"я можно приступить к массовой отливке кузовев автомобилей, кожухов сельнюхозяйственных машин и даже... переплетов для книг.

57

Крупное изобретение советских литейщиков пере­ шагнуло границы и получило международное признание. Недаром американский журнал, описывая новый спо­ соб, озаглавил статью «Как отливать невозможное».

Ракета раздув?ет сталь

Замечательные свойства металлокерамики, деталей, полученных методами порошковой металлургии, хорошо известны. Высокая жаропрочность, возможность полу­ чения экзотических композиций, таких, как металл-по­ лимер, металл-стекло, металл-окисел, простота обработ­ ки, отсутствие отходов — вот лишь немногие из ее достоинств.

Но, увы! Объем производства порошковой металлур­ гии ничтожен и составляет всего несколько сотых про­ цента от миллионов тонн сталей и сплавов, выплавля­ емых в нашей стране.

Одна из главных причин такой диспропорции — труд­ ность и дороговизна .получения исходного сырья — металлического порошка. Самый эффективный способ измельчения, применяемый на сегодня, — раздувка рас­ плава воздушной струей. Однако это требует громадного расхода энергии на компримирование — сжатие возду­ ха, а сам воздух окисляет металл, и значительная его часть сгорает. Из-за охлаждения расплава не удается получить мелкую фракцию, вместо металлической пудры образуется мелкая дробь.

Кандидат технических наук Б. К. Тельнов знал обо всех этих недостатках. И ему удалось устранить их, при­ чем одновременно упростилось до чрезвычайности необ­ ходимое оборудование. Суть изобретения Тельчовз (авторское свидетельство 114045)— в замене воздуха раскаленными газами — продуктами сгорания топлива.

58