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

крупные детали металлургического, химического и гор­ ного оборудования, валы судовых турбин, мощных элект­ рогенераторов и т. д. В эксплуатации они подвергаются тяжелым нагрузкам, иногда плохо смазываются, а полу­ чить на них гладкие износоустойчивые поверхности очень трудно. Не говоря уже о том, что точная установка и пе­ реноска таких многотонных громад со станка на станок весьма трудоемкое дело, у нас вообще нет шлифовальных станков соответствующей величины. Приходится обраба­ тывать их вручную, жимками — большими деревянными щипцами с приклеенной к ним наждачной шкуркой.

О качестве, точности и производительности, естественно,

иговорить в этом случае нечего. Правда, есть еще один способ получения гладких поверхностей — алмазное то­ чение. Однако для него требуются высокие скорости ре­ зания, а сильно раскрутить многотонную неуравновешен­ ную деталь сложной конфигурации невозможно — она вырвется пз центров, разобьет подшипники. Электроме­ ханическое сглаживание — тут единственный выход.

Но не только для крупных, и для мелких деталей этот способ бывает незаменим. Взять хотя бы такую деталь, как кольцо бегунка текстильной машины. Быстрый износ

колец — основное препятствие, мешающее увеличить скорость прядения. Обычно кольца изготовляются из стали 40, цементируются и закаливаются. Но все равно больше 2—3 месяцев кольцо не стоит. Электромеханиче­ ский инструмент за полторы минуты дополнительно за­ каливает уже закаленное кольцо, увеличивает микротвер­ дость его поверхностного слоя втрое. О народнохозяйст­ венном значении такой операции можно судить хотя бы по тому, что в Советском Союзе только для прядения шерсти расходуется около 350 тысяч колец.

Поршневые кольца паровозов с утроенной долговечно­ стью, где сглаживание заменило ручную полировку; чу-

110

гунные станины станков, где оно вытеснило шабровку и упрочнило направляющие, подкалив их на глубину трех миллиметров, — вот немногие примеры, где новый про­ цесс может принести колоссальный эффект.

Электромеханическое точение, сглаживание неплохи, но подлинная вершина изобретательской деятельности ульяновского ученого — электромеханический способ вос­ становления деталей (авторское свидетельство 109023). Простота и эффективность этого способа не имеют себе равных в мировой машиностроительной практике.

По какой причине машины выходят из строя? Главным образом из-за потери точности сопряжений. Вот оно, уязвимое место наших механических слуг. Действитель­ но, отпилите у автомобиля половину кузова, покарёжьте тракторную кабину, продырявьте паровозные тру­ бы — машины будут работать, как ни в чем ни бывало. Но если изношенный подшипник начнет «бить», вибри­ ровать с амплитудой в две-три десятые доли миллимет­ ра, если между цилиндром и поршнем образуется не видимый глазом зазор, машина «забарахлит» уже серь­ езно. Вот почему ремонт в основном и сводится к вос­ становлению сопряжений. Делать это можно по-разному. Вот, например, «кольцевание», когда изношенную шей­ ку вала или отверстие дополнительно обрабатывают до такого размера, чтобы можно было напрессовать или запрессовать втулку. Затем втулку обрабатывают до посадочного размера. Очевидно, такой способ весьма трудоемок, да и обтачиваемые детали теряют в прочно­ сти. При электрометаллизации нанесенный на деталь слой отличается хрупкостью и слабо сцепляется с основ­ ным материалом. Электродугопая наплавка вызывает коробление, снижает усталостную прочность, сводит на

Ш

нет первоначальную термообработку детали. А метод Аскинази прост, дешев и лишен всех перечисленных не­ достатков. Он не только позволяет восстановить разме­ ры изношенных деталей, но и делает их прочнее новых.

Установив деталь — какую-нибудь ось или валик — на станок и подключив ток, к ней подводят твердосплав­ ную высаживающую пластину. Выступающий край пла­ стины закруглен. Он не режет металл, разогретый элект­ рическим током, а «высаживает» его, выдавливает на детали глубокую винтовую канавку полукруглого про­ филя. Образовавшиеся винтовые выступы сглаживают электрогладилкой — закругленной твердосплавной пла­ стиной. После этого на детали остаются небольшие впа­ динки, а диаметр контактной поверхности увеличивается до расчетной величины. (Если таким же образом обрабо­ тать отверстие, его диаметр, естественно, уменьшится). Одновременно поверхность детали закаливается, так что твердость ее повышается более чем втрое. Кстати, можно добиться еще лучшего результата, если перед сглажива­ нием заложить в спиральную канавку проволоку из леги­ рованной стали или из твердого сплава. Проволока сва­ рится с материалом детали, завальцуетея и образует высокопрочную легированную поверхность. Описанным способом уже восстанавливают валы электромоторов, шпиндели металлорежущих станков, обоймы подшипни­ ков качения и т. д. Особенно важен метод Аскинази для работников сельского хозяйства. Ведь только в тракто­ ре Д'Г-54 имеется около 140 подшипников, валиков и дру­ гих быстро изнашивающихся деталей.

Красноречивее всего о значении новшества обычно го­ ворят отзывы практиков. Вот акт внедрения, составлен­ ный летом прошлого года в совхозе им. Крупской Улья­ новской области п подписанный главным инженером, Героем Социалистического Труда Чайкиным: «...Зерно­

112

совхоз имени Крупской имеет 150 тракторов, 90 автомо­ билей и ПО комбайнов. Электромеханический способ восстановления деталей широко применяется уже три с половиной года, для чего нами использован трансфор­ матор с рентгеновской установки и приспособлен токар­ ный станок. Мы восстанавливаем шейки валов коробок перемены передач тракторов под подшипники качения, валы задних мостов, бендиксы стартеров автомашин, обоймы подшипников качения и другие детали с износом 0,2—0,4 миллиметра. Нормы времени на восстановление колеблются от 7 до 30 минут в зависимости от габаритов и износа детали. Фактически эти нормы значительно пе­ ревыполняются. Обследование машин после двухгодич­ ной эксплуатации показало высокую прочность восста­ новленных сопряжений. По сравнению с ранее применяв­ шейся технологией восстановления посадочных мест электродуговой наплавкой производительность труда по­ вышается в три-четыре раза, во столько же раз сокра­ щается расход электроэнергии, отпадает необходимость в шлифовке, экономится материал электродов»... В са­

цом, оставляя всего 2—3 десятка? К тому же детали ко­ робятся, ухудшается их поверхностная структура, сни­ жается прочность.

Областное управление сельского хозяйства недавно приняло решение только в Ульяновской области внед­ рить 70 электромеханических установок. Стоимость одном установки — трансформатора, контактов— 100—ПО руб­ лей, годовая экономия — 2—6 тысяч. Как видите, срок окупаемости составляет всего несколько дней.

Новая технология уже шесть лет с успехом применяет­ ся па Ульяновском автозаводе. «Восстановление изно­ шенных сопряжений электромеханическим методом дэ-

113

ет заводу 50 тысяч рублей экономии. На заводе восста­ навливаются и упрочняются шпиндели станков, рабочие шейки эксцентриковых валов кривошипных прессов

ит. д. Для ремонтных участков ведущих производствен­ ных цехов изготовлено восемь установок усовершенст­ вованной конструкции...», — пишет в акте внедрения главный механик Ульяновского автозавода Н. С. Нови­ ков. Кстати, за эту работу завод получил несколько пре­ мий ВДНХ. Изобретения Аскинази внедрены и за рубе­ жом: на ремонтных предприятиях ГДР, в Будапештском институте механизации сельского хозяйства. Просматри­ вая почту ученого, встречаешь названия, которые уви­ дишь разве что на экзотических почтовых марках: Кон­ тора морского транспорта острова Жилой, Приморский судоремонтный завод (Находка), Петропавловский су­ доремонтный механический завод (Камчатка) и т. д. Немало писем идет и с крупнейших заводов страны. Тут

ихарьковский «Электротяжмаш», и Старо-Краматор­ ский, и Иркутский тяжелого машиностроения, и Ирбитский мотоциклетный. Но особенно популярны изобрете­ ния Аскинази почему-то на судоремонтных предприя­ тиях. Письма с просьбой о помощи оттуда приходят пачками.

Что касается изобретателя, то он со своими ученика­ ми уже занят новыми проблемами. В лаборатории недав­ но разработан эффективный способ упрочнения на глу­ бину до трех миллиметров плоских деталей сложной кон­ фигурации— станочных станин, матриц и пуансонов штампов, плужных лемехов, режущих элементов комбай­ нов, культиваторов и косилок. Причем необходимую оснастку монтируют па обычном фрезерном станке. На выходе и другая работа — оригинальный способ поверх­ ностной закалки зубчатых колес, обеспечивающий высо­ кую износостойкость.

114

тел находятся в особых энергетических условиях: моле­ кулы и атомы внутри тела одинаково притягиваются во все стороны своими соседями, частицы наружного слоя притягиваются только внутрь. В результате возникают пескомпенсированные молекулярные силы — явление по­ верхностного натяжения. Наружные атомы по сравне­ нию с внутренними обладают каким-то запасом допол­ нительной потенциальной энергии. А поскольку любая деформация ведет к рождению новых поверхностей, тре­ буются и дополнительные количества энергии. Если по­ крыть деформируемый кусок металла тончайшей плен­ кой поверхностно-активного вещества, энергия наруж­ ных молекул снизится, деформирование резко облегчит­ ся, металл как бы сделается мягче.

Идея П. А. Ребиндера и его сотрудников как раз и за­ ключается в использовании этого размягчения для об­ легчения металлообработки.

Возьмем к примеру обработку давлением — ковку и штамповку. По сути дела эти технологические процес­ сы и заключаются в целенаправленном разрушении, упорядоченной деформации заготовок. Небольшие до­ бавки поверхностно-активных веществ к смазке сни­ жают предел текучести металла, размягчают, «пласти­ фицируют» его поверхностный слой, облегчая холодную и горячую штамповку, волочение проволоки.

Если подобрать вещество, которое достаточно сильно уменьшило бы поверхностное натяжение, то кусок ме­ талла, смазанный им, тут же рассыпался бы в порошок. Это открывает принципиально новые пути получения

116

хожее удалось уже наблюдать на куске олова, покры­ том жидким галлием. Правда, олово не рассыпалось в порошок, но связь между его атомами настолько ослаб­ ла, что оловянный монокристалл без всякого внешнего

Поверхностно-активные вещества можно использо­ вать и при обработке резанием. Советский исследова­ тель Г. И. Епифанов недавно показал, что при погруже­ нии деталей в некоторые поверхностно-активные жид­ кости удельная работа резания снижается в 2—5 раз.

кристаллическую решетку металла, делают ее хрупкой, ломкой п тем самым прокладывают путь резцу.

Кстати, уже имеются целые «непромокаемые» станки, способные работать в жидкостях. Так, в Англии разра­ ботан подводный фрезерный станок. Он предназначен для обработки «горячих» радиоактивных материалов. Станок стоит на дне бассейна, причем шестиметровый слой воды служит эффективной защитой от радиации. Пульт управления станка расположен на поверхности, у самого зеркала воды, и фрезеровщик наблюдает за его работой через специальные бинокли. Вращаясь, фреза, подобно крыльчатке центробежного насоса, подсасыва­ ет к себе воду. Создавшееся разряжение отсасывает стружку из зоны обработки и направляет ее в специаль­ ный шланг. Благодаря этому бассейн всегда остается чистым. Остается заменить воду поверхностно-актив­ ным веществом, и мы сможем легко обрабатывать самые неподатливые сплавы.

Еще один довольно оригинальный способ заключает­ ся в облучении деталей мощными пучками ионов. Вклиниваясь в кристаллическую решетку самого проч­

117

ного металла, ионы как бы растрескивают его поверх­ ность, делают ее такой хрупкой, что деталь легко берет даже «мягкий» резец. Металл просто лущится. Причем степень хрупкости можно регулировать в широких пре­ делах, меняя интенсивность ионного пучка. Точная фо­ кусировка пучка с помощью магнитных линз позволяет охрупчпвать строго ограниченные участки поверхности.

Впрочем, ионный пучок не обязательно должен всегда выступать в парс с резцом или фрезой. Облучая деталь по касательной частицами энергий, удается просто сду­ вать с ее поверхности тончайшие чешуйки металла. Про­ исходит как бы сверхпрецизионная атомная шабровка.

Наконец, совсем недавно была высказана идея о ре­ зании металла, находящегося в напряженном состоянии, например растянутого. Тогда растягивающие усилия сложатся с усилиями, создаваемыми резцом, и как бы помогут ему. Эксперименты немецкого исследователя Прегера показали, что таким образом, действительно, усилия резания можно снизить на 15—20 процентов. В качестве источников вспомогательных напряжений можно использовать центробежные силы, переменное магнитное поле, приводящее к искажениям кристалли­ ческой решетки, сильное постоянное магнитное поле, воздействующее на деталь как раз в том месте, где на­ ходится режущая кромка, силы электродинамического и магнитнострикционного происхождения и т. д. Еще эффективнее было бы совместное использование поверх­ ностно-активных веществ, ядерных излучений, магнит­ ных и электрических полей.

Способы воздействия на механические свойства метал­ лов только начинают входить в производственную прак­ тику. В сочетании с оригинальными технологическими процессами они подготавливают новый скачок в развитии металлообработки.

118

Соленые заготовки

Несколько щепоток поваренной соли повышают стойкость фрезы в два-четыре раза

В научно-фантастическом рассказе «Ржавчина» из­ вестный американский писатель-фантаст Рэй Бредбери описывает сверхэффективный стимулятор коррозии. Мо­ лодому армейскому сержанту, страстно желавшему ми­ ра, удалось сконструировать крохотный прибор, нару­ шающий расположение металлических атомов, вызы­

сыпаются в бурую, уносимую ветерком пыль, от грузо­ виков остаются лишь облачка оранжевой краски да ре­ зиновые покрышки, бесцельно катящиеся по дороге. Война становится невозможной.

Этим фантастическим примером до последнего вре­ мени и ограничивалось полезное применение коррозии. Действительно, в отличие от явлений электроэрозии, хи­ мического растворения, гидравлического удара, когда-то считавшихся только вредными, но из которых современ­ ная техника уже научилась извлекать пользу, коррозия была вредна всегда и всюду. Но все же диалектический принцип единства противоположностей восторжество­ вал и здесь.

Так, например, с помощью коррозии можно разре­ шить наиболее трудоемкую задачу порошковой метал­ лургии— получать дешевые металлические порошки. Для этого нужно помещать стальные заготовки в агрес­ сивные среды и ждать, пока они рассыплются. Если среда

119