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

Вес и стоимость новых станов много меньше обычных, а благодаря устранению промежуточных операций отжи­ га и травления цех маятниковой прокатки занимает пло­ щадь в десятки раз меньшую. В десятки раз сокращается и время получения готовой ленты.

Штамп растворяется в воде

Легкоплавкий сплав упрощает изготовление штампов

Для современных машин характерна универсальность. Все чаще появляются автомобили-амфибии, самолетывертолеты, проектируются даже летающие подводные лодки. Конструкторы металлообрабатывающего оборудо­ вания в этом отношении пока отстают от транспортников. Так, для литья они проектируют литьевые машины, для штамповки — прессы и молоты.

Но так, видимо, будет не всегда. Уже появились пер­ вые ласточки — предвестники грядущего века универса­ лизма. В одном немецком техническом журнале не так давно проскользнула фотография пресса, одновременно служащего и литьевой машиной для штампов.

Как известно, штамповать малые партии деталей не­ выгодно, слишком дорого обходится в этом случае инструмент, в изготовлении которого принимают участие модельщики, литейщики, фрезеровщики, слесари и другие специалисты. В новом же прессе все эти операции совме­ щены и во времени, и в пространстве. Пресс снабжен дву­ мя толстыми чугунными плитами — верхней и нижней. Между этими плитами закрепляют образец детали, кото­ рую предстоит штамповать. Этот образец делают из пластмассы или формуют из металла вручную. Затем об­ разец заливают легкоплавким эвтектическим сплавом, налитым в специальную ванну, смонтированную на прес­ се и снабженную электроподогревателями. Сплав состоит

210

из свинца, висмута, олова и кадмия. Температура его плавления 70° С. Когда сплав затвердевает, поднимают траверсу пресса вместе с верхней плитой и вынимают де­ таль— образец. Затвердевшая масса сплава представля­ ет собой готовый штамп: пуансон на верхней плите, мат­ рица— на нижней. Такой штамп не очень прочен, зато он дешев, быстро изготовлен и вполне способен отштам­ повать несколько десятков или сотен деталей, составля­ ющих небольшую серию. Когда детали готовы и штамп больше не нужен, пускают горячую воду и он тает, как кусок сахара в стакане с чаем. Расплав сливают обратно в ванну, и пресс готов к новой работе.

Ледяной штамп

Д ля штамповки используется сила термического расширения воды

Одна американская фирма использовала для штампов­ ки деталей широко известное еще из курса школьной физики свойство воды при замерзании расширяться. Бутылка с водой, выставленная на мороз, трескается, как только вода замерзнет. На этом явлении и основана работа «ледяного штампа». Лист металла помещают над матрицей заданной формы. Затем сверху накладывают и закрепляют болтами выпуклую крышку, под которую наливается вода. Вся конструкция замораживается, и вода превращается в лед, который, расширяясь, действу­ ет, как мощный поршень, и вдавливает металл в матрицу.

Фирма уверяет, что такая технология ценна своей простотой и пригодна для изготовления деталей из особо прочных сплавов, плохо поддающихся обычной штам­ повке.

211

Штампует центробежная сила

Горячие поковки на карусели

Машины для центробежной отливки втулок, колец, труб широко известны. Они работают на многих наших заводах. Как только отливка затвердеет, машину обычно останавливают и из нее извлекают еще пышущую жаром деталь.

Но ведь центробежные силы действуют не только на жидкости. При слишком быстром вращении они так воз­ растают, что с легкостью рвут массивные маховики и самые прочные турбинные диски.

Изобретатель Н. В. Артюхов решил приручить, использовать эти силы (авторское свидетельство № 84355). Что произойдет, если не остановить вовремя центробежно-литейную машину? Деталь затвердеет и по мере своего охлаждения станет сжиматься. Но центро­ бежные силы, пока деталь не потеряла еще пластичности, снова растянут, как бы отштампуют ее. В результате, когда деталь окончательно остынет, в ней появятся сжима­ ющие усилия, как в предварительно-напряженном желе­ зобетоне. Труба, подвергнутая такой центробежной штам­ повке, способна выдержать гораздо большее давление, чем труба, полученная обычным способом. В этом-то и заключается смысл изобретения.

Идея Н. В. Артюхина применима не только к литым деталям, но и к кованным.

Багрово-красную заготовку турбинного диска выхваты­ вают из дымящихся половинок штампа и сажают в стре­ мительно вращающийся массивный поддон. Центробеж­ ные силы растягивают мягкий металл, и диск, упираясь в закраины поддона, отформовывается в строго определен­ ный размер, причем штамповочные уклоны почти исчеза-

212

ют. Таким образом, центробежная штамповка приближа­ ет размеры заготовки к размерам чистой детали, а оста­ точные напряжения упрочняют металл.

Штамп рассыпается в прах

Матрица из стальных пылинок, удерживаемых магнитным полем

Сложный штамп из твердой инструментальной стали даже самые совершенные электроискровые и электроимпульсные станки могут сделать лишь за десять-двадцать часов. Не обидно, если на этом штампе изготовят потом тысячи или десятки тысяч изделий. А если деталей и надото всего сто или даже десять штук?

Вот и пытаются делать матрицы из материалов попро­ ще и подешевле — из пластмассы или железобетона, даже из песка с клеем, из резины и дерева. Понятно, что деревянную или пластмассовую матрицу изготовить лег­ ко, но годится она далеко не для всякой штамповки.

Весьма оригинальным способом задумал решить эту проблему японский изобретатель Иноуэ Киеси. Он пред­ лагает делать матрицу из... порошка. И даже без всякого клея. Годится любой ферромагнитный порошок — желез­ ный или из окиси железа. Порошок насыпают в медный сосуд, а сам сосуд помещают внутрь электромагнитной катушки. Затем форму-пуансон вдавливают в порошок и одновременно по виткам катушки пропускают постоянный ток. Незримые линии магнитного поля надежно цементи­ руют частички порошка, заставляют их прочно сцеплять­ ся друг с другом. Порошок как бы отвердевает, форма углубления сохраняется и после того, как пуансон вынут. Матрица готова за секунду! Во время самой штамповки, когда «рассыпчатая матрица» испытывает значительную нагрузку, по второй, дополнительной обмотке катушки

213

Поразительная универсальность взрывной технологии, которая так по душе производственникам, доставила ав­ тору массу хлопот. И так и эдак прикидывал он и никак не мог решить, в какой раздел книги вставить рассказ о взрыве. В главу о резании? Но как тогда быть со штам­ повкой? В главу о штамповке и ковке тоже не получа­ лось — некуда было девать взрывную сварку, взрывное упрочнение, взрывное резание. Подумав, автор пришел к выводу, что лучше всего выделить все о взрыве в осо­ бую главу.

215

Взрывы режут металл

Новые способы рубки слитков и разделки заготовок

Металлурги привыкли к взрывам, ибо издавна приме­ няли их для дробления «козлов», застывших в печах. Взрывная техника как бы присутствует у самой колыбе­ ли рождающегося металла. Но и только. Дальше для нее вход был закрыт.

Ученые Харьковского авиационного института были убеждены, что блестящие технологические качества взры­ ва — скорость, простота оборудования, колоссальная мощность в малых габаритах — должны широко открыть ему двери на металлургические и машиностроительные заводы. Под руководством заведующего кафедрой докто­ ра технических наук В. Г. Кононенко начались обшир­ ные исследования. Эти исследования доказали, что. порох и взрывчатые газовые смеси способны облегчить и уско­ рить превращение металла в готовое изделие.

В 1956 году Вадиму Григорьевичу привелось побывать на одном из металлургических заводов, где начинала свое триумфальное шествие непрерывная разливка стали. Тя­ желая слепяще-белая струя, рассыпая искры, непрерыв­ но лилась в ковш-кристаллизатор. Сползая между его стенками, интенсивно охлаждаемыми водой, огненная жидкость покрывалась быстро твердеющей коркой, прев­ ращалась в багрово-оранжевый бесконечный слиток. Вадим Григорьевич видел, как газовые резаки обхваты­ вают пышущую жаром колонну и, опускаясь вместе с ней, разрезают ее на отдельные куски. Свистящее пламя с яростным свистом сечет огненными струями металличе­ ский брус, по работа продвигается все же медленно, и путь газорезок оказывается значительным. Установки непрерывной разливки делаются из-за этого похожими на высотные здания, стоимость их растет. Кроме того, расто-

216

чительное пламя сжигает около двух процентов всего раз­ ливаемого металла. Если учесть, что количество стали, разливаемой непрерывным способом, быстро увеличи­ вается, то потери только по этой причине вскоре будут исчисляться миллионами тонн.

С каждым годом увеличивается выплавка легирован­ ных и нержавеющих сталей. Резка их газом вообще чрез­ вычайно затруднена. Заменить газ механической пилой или летучими ножницами? Не говоря о сложности и гро­ моздкости оборудования, при этих способах возникают сотрясения, удары, которые передаются вверх и вызыва­ ют растрескивание еще тонких стенок затвердевающего слитка. Металл идет в брак.

Может быть, проблему решат плазменные горелки? Тоже не получается. Создавая колоссальную температу­ ру, они почти не повышают скорости резки, не сокращают отходов металла и потребляют немыслимые количества электроэнергии.

Нужен был какой-то другой способ. Что-то легкое, ком­ пактное, очень мощное. И Кононенко предложил взрыв. Пороховая пушка — взрывной копер, стреляющий двумя вылетающими навстречу друг другу секирами, — должен был мгновенно перекусывать слиток.

Изобретателя сразу же поддержал директор Харьков­ ского института «Гипросталь» Г. Т. Литвиненко, а покой­ ный академик И. П. Бардин распорядился выделить для продолжения исследований 200 тысяч рублей. В ноябре 1959 года харьковчане начали конструировать первый в мире взрывной копер для опытной установки непрерыв­ ной разливки, принадлежавшей Украинскому институту черных металлов.

Наступил день испытаний. Миниатюрный копер, пере­ деланный из старой авиационной пушки, стоял наготове. Из кристаллизатора начал выползать раскаленный сли-

217

гок. Короткая команда, а за ней выстрел. Со скоростью 100 метров в секунду из пушки вылетело ядро — цилинд­ рический шток с острой секирой на конце. А навстречу ей вследствие отдачи ринулась другая точно такая же секи­ ра, закрепленная на опорной части копра. Благодаря такой остроумной силовой схеме удар не передается на установку непрерывной разливки, а для копра не требует­ ся никакого фундамента. В течение 0,4 секунды секиры перекусывают слиток и тут же возвращаются в исходное положение.

Взрывная резка слитков уже опробована на Ново-Туль­ ском металлургическом комбинате. Здесь копер легко перекусывал настоящее металлическое бревно — слиток сечением 200X200 миллиметров, нагретый до 1200° С и ползущий со скоростью 2 метра в минуту. Марка разлива­ емой стали при таком способе практически безразлична. Благодаря ничтожному времени контакта ножей и рас­ каленного металла (менее 0,01 секунды) ножи не успе­ вают затупиться, а удар не вызывает растрескивания и не мешает кристаллизации слитка. Не давая отходов, взрыв­ ная резка в 25 раз дешевле газовой, а копер весом 5 тонн заменяет 800-тонные ножницы, требующие вдобавок мощного бетонного фундамента объемом 600 кубических метров. Сейчас взрывные копры Кононенко проектируют­ ся для нескольких новых установок непрерывной раз­ ливки.

Самые сильные машины на металлургических заво­ дах —■это блюминги и слябинги. Каждый такой агрегат пропускает за год 2—3 миллиона тонн металла. Вес са­ мого блюминга доходит до 6—7 тысяч тонн, а мощность моторов, вращающих валки, — до 10 тысяч лошадиных сил.

218

Каждые 9 тонн стали из 10, выплавленных в нашей стране, проходят через блюминги и слябинги. Повышение производительности этих уникальных агрегатов — важ­ ная народнохозяйственная задача. А резервы тут есть большие. Так, каждый блюминг и слябинг примерно деся­ тую часть времени выполняет совершенно ненужную ра­ боту. Ведь у всех слитков имеется некачественная при­ быльная часть, составляющая по весу примерно 20 про­ центов. Так вот, вместо того, чтобы сразу ее удалить, слиток сначала 15—20 раз прогоняют через валки, ибо отрезать прибыль от массивного раскаленного слитка мы не умеем. Это под силу лишь взрывному копру.

В результате применения взрывной резки слитки, подаваемые на блюминги, заметно «похудеют». Это сокра­ тит цикл прокатки и расход электроэнергии, позволит пропустить ежегодно через каждый блюминг на четверть миллиона тонн стали больше. Внедрение новой «беспри­ быльной» технологии на всех наших действующих блю­ мингах и слябингах могло бы дать стране дополнительно 4—5 миллионов тонн проката в год.

Взрывная резка металла имеет еще одно большое до­ стоинство. Ни с чем не сравнимая быстрота процесса позволяет рассекать заготовки, поступающие с любой скоростью. А так как скорость прокатки в значительной степени ограничивается существующими средствами рас­ кроя движущегося металла, то взрывные копры могут дать возможность резко ускорить работу заготовитель­ ных, сортовых, трубопрокатных станов.

Что касается проволоки, то ее можно перебивать пулей. Для этого нужно очень простое устройство и любое старое автоматическое или полуавтоматическое стрелко­ вое оружие. Пулевая резка проволоки без остановки на­ бегающего конца возможна при скорости ее движения 50 метров в секунду. Другие известные в технике и применя-

219