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

выше. Поскольку металл плавится, то не имеет никакого значения, каленая ли деталь или сырая. Благодаря боль­ шой скорости вращения тепло не успевает распростра­ ниться в тело изделия, инструмент вообще остается холодным и не изнашивается. Измерения доказали, что деталь при обработке даже не отпускается. Обработан­ ные и необработанные поверхности имеют одинаковую твердость.

Т В Е Р Д О С П Л А В Н Ы Й

_ _ _ _ _ _ _ _ КРУГ

------- — ОПРАВКА

Инструмент для шлифовки расплавлением.

Для тех, кто пожелает использовать шлифовку рас­ плавлением у себя на производстве (а этим способом можно обрабатывать не только сталь, но и чугун, кварц и т. д.), рекомендуем диск выполнить из твердого сплава на основе карбида вольфрама, например ВК2. Чистота его поверхности должна быть не ниже 10-го класса. Осо­ бое внимание обратите на центровку. Малейшее биение вызывает непроизводительный нагрев и, как следствие, резко снижает твердость поверхности. Скорость враще­ ния круга должна быть порядка 75—100 метров в секун­ ду, осевая подача на оборот — одна-две сотых миллимет­ ра, а толщина снимаемого слоя от полутора до трех деся­ тых миллиметра.

140

Шлифует магнитная щетка

Гранулированная металлическая крошка вместо абразива

В Научно-исследовательском институте технологии и организации производства разработан и успешно испытан необычный способ шлифовки. Дело в том, что инструмен­ том здесь служит не абразивный круг, а гранулирован­ ная крошка из перлитного чугуна, стальной стружки,

.Магнитная щетка.

рубленой проволоки и других магнитных материалов. Эта крошка прилипает к вращающемуся электромагнитному барабану и образует эластичный абразивный инструмент, пригодный для обработки алюминия, дюралюмина, нержавеющих сплавов, не обладающих магнитными свойствами.

Электромагнитный барабан крепится к шпинделю гори­ зонтально-фрезерного, шлифовального или токарного станка. Снаружи барабана укрепляют защитный кожух из листовой стали, а к станине привинчивают бункер, слу­ жащий емкостью и дозатором гранулированной крошки. В нижней части у бункера есть заслонка, позволяющая регулировать подачу абразива в зону обработки. Крош­

141

ка, как мы уже гопорилн, притягивается сердечниками электромагнитов, и они ощетиниваются лохматыми шли­ фующими щетками. Обрабатываемую деталь крепят к столу, а сбоку ставят щиток-отражатель, собирающий крошку, которая отлетает во время работы.

Магнитными щетками можно обрабатывать и плоские, п радиусные, и конические, и всевозможные криволиней­ ные поверхности. Некоторое неудобство заключается в том, что при этом не удается точно сохранить размеры, по часто этого и не требуется. Зато магнитной щеткой легко добраться до труднодоступных частей деталей: внутрен­ них углов, выточек и т. д. Чистота поверхности после об­ работки получается не ниже шестого-седьмого класса.

Вода, лед, нежесткие детали

Способы закрепления на станках тонкостенных заготовок

Немало хлопот доставляют станочникам тонкостенные нежесткие детали. Причем по мере того, как прочность материалов увеличивается, по мере того, как развивает­ ся ракетная и авиационная техника, где идет борьба за уменьшение веса, таких деталей становится все больше. В самом деле, как будете вы их обтачивать или фрезеро­ вать, если они гнутся от прикосновения пальца?

Чтобы выйти из положения, производственники приду­ мали несколько простых, но весьма остроумных приемов.

Пусть, например, требуется обточить на токарном стан­ ке очень тонкую трубу. Токарь сначала заполняет трубу каким-нибудь легкоплавким материалом, хотя бы воском или парафином, и дает ему застыть. Благодаря начинке труба становится достаточно жесткой, и ее ставят на ста­ нок. Подобным способом удается обтачивать трубы с толщиной стенки не больше десятой доли миллиметра,

142

причем режимы резания можно брать достаточно высо­ кие, а качество поверхности получается хорошим.

Если тонкостенную трубу нужно прошлифовать, то легкоплавкая начинка уже не годится: причина деформа­ ции тут заключается не в чрезмерном рабочем усилии, а в большом количестве выделяющегося тепла, от которого заготовка коробится. Чтобы это тепло отвести, в трубу наливают воды и заглушают отверстие с обеих сторон пробками.

Еще труднее, чем тонкостенные трубы, обрабатывать так называемые сотовые конструкции. Их используют в самолетных крыльях, в фюзеляжах ракет и т. д. Сото­ вые конструкции представляют собой стальные или алю­ миниевые цилиндрические шестиугольные ячейки с тол­ щиной стенки в сотые доли миллиметра. Соответствующей обработкой наружным поверхностям сот придают слож­ ный криволинейный профиль, а затем синтетическими клеями с обеих сторон накрепко приклеивают к ним точ­ но так же спрофилированные штампованные металличе­ ские листы.

Обработка сотовых конструкций, хрупких, как бумага, боящихся и деформаций, и нагрева, поставила производ­ ственников сначала в тупик. Но вскоре они сообразили, что делать. Соты заливают водой и выставляют на мороз. Затем замерзший ледяной монолит ставят на станки, сверлят, фрезеруют, строгают, пока лед не растаял. В этом случае лед не только придает детали нужную жесткость, но и охлаждает ее во время обработки, ведь при плавлении льда поглощается много тепла.

Недавно был предложен еще один оригинальный спо­ соб. На столе станка создают сильное магнитное поле, а в ячейки сот насыпают стальные опилки. Магнитное поле как бы цементирует их, и мы снова получаем достаточно жесткую для обработки деталь.

143

Веялка для автоматических линий

Детали из стружки выдуваются воздухом

В механических цехах, где токарные автоматы ежечас­ но обтачивают сотни, а то и тысячи мелких металлических деталей, возникает неожиданная проблема: как отделить готовые детали от стружки. Всего 5—10 лет назад этой проблемы не существовало, но сейчас, когда производи­ тельность станков резко возросла и все время продолжа­ ет расти, пухлые вороха стружки сделались настоящим бедствием. Создалось парадоксальное положение: чтобы изготовить детали, требуется меньше времени, чем выбрать их вручную из стружки. Пытаясь как-то механи­ зировать этот процесс, инженеры из ФРГ вспомнили о том, как решается аналогичная задача в сельском хозяй­ стве, как отделяют, например, зерно от мякины. Каждый знает, что с этой работой легко справляется воздушная струя, выдувающая более легкую мякину из потока тяже­ лых пшеничных зерен. Так почему бы не применить такой же принцип и для стружечного сепаратора?

Стружку вместе с деталями загружают в скоростную центрифугу, отжимающую из этой смеси смазочное мас­ ло. Из центрифуги смесь поступает в трясущуюся ворон­ ку бункера (тряска нужна для того, чтобы детали и стружка превратились в рыхлую, легко рассыпающуюся массу), а из бункера падает в воздушный канал, своего рода аэродинамическую трубу, через которую продувают воздух. В то время, как более тяжелые детали продолжа­ ют двигаться по вертикали и попадают на непрерывно ползущую прорезиненную конвейерную ленту, уносящую их на сборку пли дальнейшую обработку, легкая струж­ ка, обладающая большей парусностью, выносится воз­ душным потоком из сепараторов и попадает в тележку для отходов. Таким путем с помощью воздуходувки, про-

144

дувающей в минуту 25 кубометров воздуха под давлени­ ем меньше полутора атмосфер, удается отделять от стружки детали диаметром до 25 миллиметров и длиною до 200 миллиметров.

Кавитация на шлифовальном круге

Ультразвуковые колебания устраняют «засаливание»

Рабочий включил станок, и стремительный шлифоваль­ ный круг со звоном врезался в закаленную стальную де­ таль, высекая своей шершавой поверхностью оранжевый факел рассыпающихся искр-звездочек. Но вот постепен­ но звездочек стало меньше, яркий оранжевый факел по­ тускнел. Шлифовщик забеспокоился. Он быстро завер­ тел маховичок и отвел круг от детали. И хорошо, что

во-время.

Дело в том, что ни один шлифовальный круг не может работать непрерывно до полного своего износа. Частички металла, снятые с обрабатываемой детали, забивают про­ странство между абразивными зернами, поверхность кру­ га становится гладкой, теряет свои режущие свойства. Как говорят, круг «засалился». Он начинает просто-на­ просто тереться о металл, и, если не доглядеть, выделяю­ щееся тепло может прижечь деталь, непоправимо испор­ тить ее металлографическую структуру, словом, пустить ее в брак.

Чтобы засаленный круг снова привести в порядок, его правят при помощи алмаза. На это уходит время, расхо­ дуются алмазы, наконец, уменьшается срок службы само­ го круга: ведь алмаз вместе с металлическими частичка­ ми каждый раз удаляет небольшой слой абразива. Так что правка — дорогое удовольствие.

Недавно изобретен способ, не позволяющий кругу заса-

145

ливаться, непрерывно поддерживающий его в хорошей рабочей форме. Представьте себе небольшую алюминие­ вую пластинку величиной с папиросную коробку, вися­ щую над шлифовальным кругом, в нескольких сотых мил­ лиметра от его поверхности. Пластинка крепится к маг- шгго-стрикционному преобразователю — стальному стержню. Как известно, свойство магнитострикции заклю­ чается в том, что металлический проводник, помещенный

вэлектромагнитное поле, чуть-чуть меняет свои размеры

сизменением этого поля. Здесь магнитное поле создается

специальным генератором, преобразующим обычный электрический ток в ток ультразвуковой частоты — около 20 000 герц. Этот ток заставляет вибрировать стальной стержень, тот — алюминиевую пластинку, а затем ульт­ развуковая энергия передается тонкой пленке охлаждаю­ щей эмульсии, которая вводится между пластинкой и вращающимся шлифовальным кругом. При этом в дви­ жущейся жидкости появляются пустоты. Возникают и лопаются тысячи крохотных пузырьков. Короче говоря, начинается кавитация, холодное кипение воды. Перед ка­ витацией не могут устоять самые прочные стали, не гово­ ря уж о налипших на круг металлических крошках. Каскад микроскопических взрывов непрерывно отделяет их от его поверхности, не давая кругу засалиться, позво­ ляя шлифовать деталь непрерывно.

Производственные испытания показали, что новый при­ бор заметно повышает производительность, устраняя простои для правки, увеличивает по этой же причине сроки службы кругов, сводит к нулю опасность прижога и деформации обрабатываемых изделий. А кроме того, кавитация улучшает чистоту шлифуемой поверхности, по­ вышает точность размерной обработки и позволяет ис­ пользовать более твердые и долговечные шлифовальные круги.

146

Алмазы-полировщики

Простой способ сделать детали зеркальногладкими. Подшипники без износа

Полировка всегда считалась лучшим способом оконча­ тельной отделки металлических поверхностей. Излюб­ ленными материалами для полировочного инструмента до недавнего времени были дерево, бронза, агат, сталь. Исследования последних двух лет показали, что алмаз существенно превосходит их всех в этом отношении. Вопервых, он гораздо тверже своих соперников, во-вторых, коэффициент трения алмаза по металлу на целый поря­ док ниже, чем металла по металлу, наконец, алмазу легко придать необычайную гладкость. На поверхности отполи­ рованных алмазов вы не найдете бугорков выше однойдвух миллионных долей миллиметра. Кроме того, алмаз обладает высокой теплопроводностью (не хуже, чем медь) и почти не нагревается от трения. Все это делает его непревзойденным полировочным материалом.

Для первой экспериментальной проверки взяли неболь­ шой алмазный кристаллик, обработали его поверхность по трехмиллиметровому радиусу и закрепили его в сталь­ ной втулке тем самым цементом, который применяют зуб­ ные врачи для пломб. Потом стерженек с алмазом поста­ вили вместо резца на строгальный станок и «прогладили» им несколько стальных и латунных пластинок. В резуль­ тате пластинки делались гладкими, как зеркало, и вогну­ тыми: в них появились большие, как потом оказалось, достигающие предела текучести сжимающие напряжения. Такие напряжения повышают усталостную прочность, а значит, и долговечность деталей. Для сравнения решили вместо алмазного кристаллика испытать в том же амплуа шарик из закаленной стали, из твердого сплава и из ке­ рамического материала. Испытания кончились неудачно:

147

шарики сразу же стерлись, обрабатываемые плоскости получились неровными.

Итак, процесс алмазной полировки заключается в том, что алмаз прижимают к обрабатываемой поверхности с определенной силой и придают ему какое-то движение: если деталь плоская — то прямолинейное, если круглая — то винтовое. Скорость движения, число оборотов стан­ ка практически не влияют на качество полировки. Важ­ но выбрать их только такими, чтобы при работе не было вибрации, тряски. Зато очень важна величина подачи на оборот и выходной угол. Обычно подача колеблется в пре­ делах от 0,01 до 0,1 миллиметра на оборот. Чем она меньше, тем поверхность получается чище.

Полирующий кристалл укрепляют по центру детали, так что он прочерчивает по ней узенькую винтовую ка­ навку. Ее ширина зависит от твердости материала, ради­ уса кристалла, от первоначальной шероховатости детали. Находящийся под алмазом металл течет, заполняя впади­ ны и сглаживая неровности. Одного прохода бывает до­ статочно, чтобы уменьшить их примерно в двадцать-сорок раз. Оптимальное давление на инструмент при радиусе кристалла три миллиметра— 15 килограммов.

Таким способом хорошо «выглаживаются» самые вяз­ кие материалы: сталь, алюминий, медь, латунь, нержаве­ ющая сталь. Единственно, чего делать нельзя, так это по­ лировать титан: он наволакивается на инструмент. Умень­ шив радиус кристалла до одного миллиметра, хорошо полировать даже каленые поверхности с твердостью 65 единиц по Роквеллу.

Изготавливают алмазную гладилку очень просто: пред­ варительно доведенный алмазной пастой кристалл припа­ ивают к концу стального стержня серебряным припоем. Потом стержень укрепляют в резцедержателе. При обра­ ботке круглых валиков кристаллу лучше всего тоже прп-

148

верхности будет еще выше. В качестве смазки используют ту же эмульсию, что и при резании. Если нужно полиро­ вать не цилиндрическую и не плоскую поверхность, мож­ но алмаз в державке подпружинить. Чтобы давление на деталь почти не менялось (оптимальное составляет при­ мерно 15 килограммов), берут слабую пружину и пред­ варительно сильно ее поджимают.

Многочисленные эксперименты показали, что с помо­ щью алмазной полировки нетрудно получить зеркально­ гладкие поверхности, на которых высота неровностей едва достигает двух-трех сотых долей микрона. В наружных слоях металла возникают большие сжимающие напряже­ ния, в несколько раз повышающие срок службы деталей. Отполированные алмазами подшипниковые втулки почти перестают изнашиваться, в вакуумных уплотнениях не возникают течи. В то же время точность деталей от поли­ ровки не страдает: их размеры меняются на доли микро­ на. Удобно для производственников и то, что алмазная полировка даже не требует дополнительных операций: достаточно просто поставить алмазную гладилку на ста­ нок вместе с чистовым резцом.

Кукуруээ чистит самолет

Растительные частичка — лучший полировочный материал

Обработка металлических поверхностей сильной воз­ душной струей, в которую подмешан песок, хорошо из­ вестна. Однако при этом образуется много пыли, рабочим приходится работать в респираторах, а песко­ струйные установки выносить в отдельные помещения.

149