книги из ГПНТБ / Муслин Е.С. Металл меняет форму

пороки оригинала. Специальный фильтр в электронной схеме успеет во время их отсеять. Это облегчает скульп­ торам и художникам труд, избавляет их от необходимо­ сти буквально «вылизывать» модель. Если сейчас для изготовления автомобильных штампов заводским масте­ рам сначала приходится вручную делать на модели тыся­ чи замеров, по этим замерам вычерчивать чертежи, а по чертежам вырезать из алюминиевых листов шаблоны, которые послужат направляющими для копировально­ фрезерных станков, то теперь эта длинная технологиче­ ская цепочка станет в несколько раз короче. Модель — лазерный зонд — вычислительная машина — станок с программным управлением, погруженный в масло. Как видите, в этой новой цепи нет ни одного неавтоматическо­ го звена, не говоря уже о том, что модель можно делать грубее, а штампы получатся более точными и не потребу­ ют ручной доводки. В большой экономической целесооб­ разности нового метода убеждает и тот факт, что для каждой модели легкового автомобиля требуется несколь­ ко сот штампов (по нескольку на каждую деталь), при­ чем некоторые из них дублируются.

Кстати, о чертежах общего вида машины. Хотя для изготовления штампов они не очень нужны, но при даль­ нейшей проработке проекта без них не обойтись. Автома­ тика и здесь позволяет избежать многомесячного ручного труда. Ведь перфоленты, полученные на вычислительных устройствах, с тем же успехом можно использовать и для управления автоматическими чертежными машинами. Обладая высокой производительностью, эти машины спо­ собны за полчаса выполнить аксонометрический чертеж общего вида, дающий наглядное представление о буду­ щем автомобиле. Обычно на такой чертеж уходит не­ сколько дней. Слегка изменив программу, машину можно заставить сделать тот же чертеж, но с другими размера-

90

ми: удлинить, например, корпус автомобиля на несколько сантиметров, уменьшить высоту кабины, опустить крылья. Остановившись, наконец, на одном из вариантов, конструктор включает электронно-вычислительную уста­ новку, и она выдает новые координаты для программно­ фрезерного станка, изготовляющего штампы. Кто знает, быть может, в недалеком будущем такие чертежно-вычи­ слительные агрегаты помогут и «чистым» скульпторам и художникам быстро находить наилучшие пропорции, по­ могут им «алгеброй поверить гармонию». А пока этими электронными устройствами заинтересовались создатели мультипликационных фильмов: легкость, с какой машина переходит от одного варианта к другому, простота варьи­ рования изображений позволяет ее с успехом использо­ вать и в кино.

Но возвратимся к штампам. Прежде чем отсылать в прессовый цех, их необходимо проверить. Надо сказать, что и эта операция не из легких. Так, для тщательной про­ верки 800 размеров лопатки турбины современного реак­ тивного двигателя контролеру требуется примерно 125 часов рабочего времени — 18 рабочих дней. А в сложном штампе контролируемых размеров может быть в несколь­ ко раз больше. Как быть? Нелепо ведь на проверку раз­ меров тратить времени больше, чем на само изготовление. Очевидно, здесь тоже необходима механизация. И дейст­ вительно уже имеются специальные измерительные ма­ шины, снабженные электрическими датчиками. В эти машины закладывают те же перфоленты, что и во фрезер­ ные станки. Считывающая система, произведя первич­ ный поиск, перемещает суппорт машины и подводит из­ мерительный датчик — электрод к одной точке детали за другой. Если размер завышен, контакт замыкается и ма­ шина отмечает ошибку. Благодаря ничтожному радиусу электроконтактной иглы точность измерения достигает

91

нескольких микрон. Работа, на которую контролеру-че- ловеку требуется более 100 часов, измерительная машина выполняет за час-полтора. К тому же она не утомляется к концу смены от однообразной работы и не начинает делать ошибки. Измерительные машины замыкают собой технологическую цепочку, создаваемую трудами много­ численных инженеров и изобретателей разных стран. Бу­ дучи завершена, эта цепочка позволит с большой точно­ стью и высокой производительностью претворять замыс­ лы скульпторов, будь то Венера Милосская или автомо­ бильный кузов, в бронзу и сталь.

Серу в сталь?

Химическая добавка экономит половину резцов и фрез, позволяет обойтись без шлифования

Выбирая материал для деталей будущей машины, хоро­ ший конструктор интересуется прежде всего его механи­ ческими свойствами: прочностью на разрыв, ударной вяз­ костью, износостойкостью. Ибо от этого зависит долго­ вечность машины, ее надежность в работе. Интересует конструктора и стоимость материала, его дефицитность: нет смысла расходовать, например, на детали, всегда работающие при низких температурах, дорогие жаро­ прочные сплавы или делать какие-то крышки, не испыты­ вающие почти никаких усилий, из высокопрочных леги­ рованных сталей. Без соблюдения этих условий спроекти­ рованная машина будет неэкономичной. Технологические свойства материала — свариваемость, жидкотекучесть,

узел из несваривающихся материалов или штамповку из недеформирующегося сплава было бы нелепо, и грамот­ ный конструктор никогда так не сделает, но сама техно-

92

логия прогрессирует настолько быстро, что невозможного для нее становится с каждым днем все меньше и меньше. Действительно, попробуйте-ка подобрать такие металлы, которые не сумел бы сварить изобретатель диффузионной сварки Н. Ф. Казаков, или такой сплав, который не под­ дался бы недавно изобретенному сверхуниверсальному методу штамповки в жидком расплаве. Так или иначе, конструкторы почти не интересуются технологическими свойствами материалов и трудностями их обработки. «Сделают» — полагаются они на технологов. Впрочем, технологи тоже считают подобный порядок естественным. Совершенствуя станки, режущий инструмент, стараясь подобрать наиболее эффективные смазочно-охлаждаю­ щие жидкости, технологи никогда не предъявляют своих претензий к самому материалу детали. И это объясняет­ ся вовсе не их покладистостью или готовностью бороться с трудностями, нужными и ненужными. Секрет в повсе­ местно распространенном, очень стойком и пока обще­ признанном инженерном предрассудке (иначе его и не назовешь), гласящем: чем материал прочнее, чем выше все его механические свойства, тем обрабатывать его труднее. Простой пример показывает, что часто это вов­ се не так. Возьмите, например, стальное литье из углеро­ дистой стали и прокат. При одном и том же содержании углерода и при одинаковой твердости прочность на раз­ рыв и пластичность у литья меньше, зерно больше, то есть по всем показателям оно хуже, а обрабатывать его гораздо труднее, чем прокатную сталь, — резцы садятся быстрее.

Тысячи людей, зная об этом факте, не замечали в нем ничего особенного, противоречащего общепринятым пред­ ставлениям. Тем более никому не приходило в голову както это противоречие использовать. Минский инженер С. В. Ломинский, тогда сотрудник Института машинове-

93

дения и автоматизации АН БССР, стал в этом деле пио­ нером. Степан Васильевич рассуждал примерно так: раз между прочностью материала и трудностью его механи­ ческой обработки нет прямой зависимости, то почему бы не попытаться, не ухудшая свойств стали, сделать ее податливее для режущего инструмента? В случае успеха вся машиностроительная промышленность могла бы полу­ чать огромную выгоду.

Ломинский первым делом засел за журналы, книги, патенты. Однако, кроме нескольких разрозненных фактов, найти почти ничего не удалось. Американцы, например, пробовали добавлять в сталь свинец и получали как буд­ то бы неплохие результаты: свинец не вступает в химиче­ ские соединения ни с одним элементом стали и поэтому не влияет на ее механические свойства. Зато при резании он образует на выступающих бугорках контактных по­ верхностей резца и стружки легко срезаемые пленки, ко­ торые играют как бы роль внутренней смазки: существен­ но уменьшают трение режущего инструмента о металл и, следовательно, снижают износ. К сожалению, точка ки­ пения свинца оказалась очень близка к температуре раз­ ливки стали. Поэтому свинец испарялся, образуя ядови­ тые пары. В результате способ был запрещен.

Удалось Ломинскому откопать также несколько амери­ канских патентов на хромомолибденовые стали с при­ садками дисульфида молибдена, якобы улучшающих об­ рабатываемость. Но никаких конкретных сведений о практическом применении такого способа он не нашел.

Любопытные данные встретились ему в одной зарубеж­ ной статье, где описывался эксперимент по добавке серы в марганцовистую сталь. По утверждению автора статьи, стойкость резцов возросла после этого с 92 до 720 минут. Что касается мартеновских сталей, то, добавляя в них сульфит натрия (Na2S03), американцам удалось вдвое

94

повысить стойкость резцов, ее обрабатывавших. Тысячи тонн таких сталей пошли на шестерни, коленчатые валы, оси и другие детали. Это неудивительно: стоимость каж­ дой тонны стали за счет присадки увеличивалась на два доллара, а экономия на резцах составляла около двадца­ ти долларов.

К сожалению, все найденные Ломинским данные о по­ вышении стойкости инструмента относились либо к по­ ковкам, либо к прокатному металлу. А Степан Васильевичь в первую очередь интересовался стальным литьем. На то у него были свои причины. Во-первых, стальное литье, .с которым приходится иметь дело почти-что на каждом заводе, обрабатывать тяжелее всего. Из-за твер­ дой литейной корки, пригаров, засорений поверхностного слоя стальные отливки особенно плохо поддаются резцам и фрезам. Во-вторых, только литье позволяло провести все исследования от начала и до конца на одном машино­ строительном заводе, не обращаясь за помощью к метал­ лургам.

Прежде чем приступить к работе над улучшением об­ рабатываемости, Ломинский, естественно, должен был выбрать какие-то единицы для ее измерения. Трудность заключалась здесь в том, что процесс резания с физиче­ ской точки зрения очень сложен, и обрабатываемость не­ возможно полностью определить какой-либо одной уни­ версальной характеристикой. Это целый комплекс свойств, куда входит чистота обработанной поверхности, величина возникающих сил резания — от этого зависит долговечность станков, расход электроэнергии — харак­ тер стружкообразования, температура, до которой нагре­ вается инструмент и т. д. Но самое главное с точки зре­ ния производственника и экономиста — стойкость резцов, максимально допустимая скорость резания. Ее-то и поло­ жил в основу своей работы Ломинский.

95

На Минском тракторном заводе новатор «выбил» себе токарно-винторезный станок марки 1К.62, поставил на не­ го мотор постоянного тока, чтобы иметь возможность плавно менять число оборотов, а значит, и скорость реза­ ния, и приступил к работе.

Перед тем, как наполнять ковши из вагранки жидким расплавом, Ломинский сыпал туда свои присадки. Он пробовал добавлять сернистое железо, соду, черенковую серу, но потом убеждался, что все это никакого эффекта не давало. Единственно эффективными веществами ока­ зались сульфит натрия (Na2S03) и метабисульфит (NaHS03) — бесцветные кристаллические вещества, хо­ рошо растворяющиеся в воде.

Жидкая сталь (Ломинский экспериментировал с широ­ ко распространенной маркой 45Л), залитая в ковш с сульфитом или метабисульфитом натрия на дне, мгновен­ но вскипала, выделяя многочисленные пузырьки газа. После этого делалась небольшая 2—3-минутная вы­ держка, и сталь разливали по формам. Полученные ци­ линдрические образцы Ломинский испытывал методом так называемой «торцевой обточки». Он зажимал заго­ товку в трехкулачковом патроне и начинал точить ее то­ рец от центра к периферии. При этом скорость резания все возрастала и возрастала по мере увеличения диамет­ ра, и наконец, доходила до максимально допустимой. В этот момент резец «садился», то есть его режущая кромка изнашивалась до конца, и на торцевой поверхно­ сти заготовки появлялось блестящее гладкое кольцо. По диаметру этого кольца и по числу оборотов Ломинский подсчитывал потом максимальную скорость резания, которую выдерживал резец. Для стали с добавкой суль­ фита она была в полтора раза больше обычной. Что же касается стойкости твердосплавных резцов, то она воз­ растала в 2—4 раза.

96

Получив такие обнадеживающие результаты, Ломинский перенес опыты из лаборатории в цех. Для примера он выбрал стакан подшипников — стальную литую деталь, с обработкой которой на заводе мучились больше всего. На каждый трактор идут две такие детали.

В разливочный ковш емкостью 300 килограммов Ломииский засыпал перед разливкой полтора килограмма порошка сульфита натрия с тем расчетом, чтобы содер­ жание серы в стали не превысило 0,13 процента, допус­ каемых ГОСТом. После 3-минутной выдержки расплав заливали в формы. Затем отливки поступали в механи­ ческий цех.

Точный учет показал, что расход резцов (Ломинский взял под наблюдение лишь пять токарных операций, а стаканы надо еще сверлить и фрезеровать) сократился в среднем вдвое. Экономия по инструменту на каждую ты­ сячу тракторов составила 100 рублей, а за вычетом стои­ мости присадки — 70 рублей. И это только по одной де­ тали, а в каждом тракторе стальных деталей многие сот­ ни. Насколько подешевеют тракторы, автомобили, станки и комбайны, если улучшить обрабатываемость всех этих деталей? Назвать точную цифру, конечно, труд­ но, но, грубо говоря, на 2—3 процента рассчитывать мож­ но. Вряд ли найдется другое, столь же универсальное предложение, которое давало бы такую же экономию практически без всяких хлопот. Ведь сталь даже разме­ шивать не нужно — засыпал в ковш порошок, и дело с концом!

Оставалось теоретически обосновать новый способ и доказать, что он не снижает прочность металла. Для это­ го Ломинскому пришлось провести очень трудоемкие ис­ следования.

Специальные замеры показали, что присадка сульфита облегчает дробление стружки, снижает усилия резания на

15—20 процентов и что нагрев резцов уменьшается гра­ дусов па сто. При этом, естественно, резко возрастает их стойкость. Мало того, мы уже говорили, что металл «вски­ пает» от добавки сульфита, происходит как бы встряхива­

ки — это очень вредная вещь. Если они близки к поверх­ ности отливки, режущая кромка резца их надрывает, быстрее изнашиваясь сама и превращая детали в неис­ правимый брак: выбоины, рванины, трещины на поверх­ ности отливок заварить невозможно, ибо стенки газовых пузырей, как правило, окислены и металл не сваривается. Отсутствие пузырьков на один-два класса повышает чи­ стоту обработанной поверхности. Вместо шестого клас­ са легко получить седьмой, значит, можно отказаться от грубой шлифовки, ставить детали на машины сразу изпод резца. Изучая микроструктуру стали, в которую до­ бавлялся сульфит натрия, Ломинский установил, что сера соединялась с марганцем в мельчайшие крупинки, и эти крупинки — главная причина облегчения обработки. Дей­ ствительно, роль крупинок можно уподобить влиянию мелкой дроби, равномерно распределенной в куске ре­ зины. Чистая резина режется плохо, а с дробью — хоро­ шо, так как лезвие ножа легко идет от одной крупинки к другой.

Ну, а не может присутствие серы ухудшить сваривае­ мость металла, сделать его красноломким? Специальная проверка полностью устранила подобные опасения. Впро­ чем, это легко объяснить: благодаря «встряхиванию» при вскипании из металла удаляется больше примесей, чем в него поступает их вместе с присадкой.

Однако объясняй, не объясняй, всегда находятся люди, которые верят освященным временем представлениям куда больше, чем самым убедительным опытам. «Добав­

98

лять в металл серу?! Где это слыхано!» Таким ортодоксам можно посоветовать прочитать воспоминания известного ученого, члена корреспондента АН СССР В. Емельянова. Вот что он пишет об одном поучительном случае, проис­ шедшем с ним на металлургическом заводе Крупна.

«Как-то, просматривая в сталеплавильном цехе про­ грамму производства, я увидел в распоряжении началь­ ника цеха странную, на мой взгляд, запись. Начальник цеха обычно записывает в журнал, какие марки стали и в какой последовательности следует выплавлять на каж­ дой печи, подробный химический состав стали, а также какие шихтовые материалы следует использовать для проведения каждой плавки. В особых случаях в этот же журнал заносятся отдельные указания по технологии ве­

дения процесса плавки.

Просматривая эти записи, я увидел, что для одной из марок стали, предназначенной для изготовления ружей­ ных стволов, были указаны предельно допустимые содер­ жания серы и фосфора не так, как обычно. Обычно по этим элементам, признаваемым всеми металлургами мира вредными примесями, в инструкциях и указаниях запи­

держания, например, «не более 0,025 процента». А на­ чальник цеха Мюллер почему-то записал: «Содержание серы и фосфора — 0,012—0,018 процента».

Было бы понятно, если бы он указал: не более 0,018 процента. Но в распоряжении записан и нижний предел: 0,012. Следовательно, опускаться ниже 0,012 процента нельзя! Почему? Я решил переговорить с мастером.

—Что вы будете делать, если у вас содержание серы или фосфора будет ниже 0,012 процента?

—Добавлю, чтобы держать эти элементы в установ­ ленных Мюллером пределах, — спокойно ответил мастер.