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

емые сейчас средства неспособны на это даже при скоро­ сти движения проволоки 25 метров в секунду.

Металл прибыл на машиностроительный завод. Круг­ лые, квадратные, шестигранные прутки, трубы, швеллеры, двутавры первым делом отправляются в заготовительный цех. Здесь нет бешено вращающихся фрез, стремительных автоматов, как пулеметы, работающих прессов. Флегма­ тично и неторопливо ходят взад-вперед пилы, разрезая прутки на отдельные диски, как и много лет назад, мед­ ленно раскраивают толстые стальные листы газорезчики. В торопливом заводском конвейере заготовительный цех выглядит каким-то медлительным анахронизмом. Но ничего не поделаешь, скоростных методов распиловки толстых прутков до сих пор не было.

Взрывная резка и здесь может сыграть революцион­ ную роль. Такие металлы, как алюминий и его сплавы, цинк, свинец, медь, бронзу, взрывные копры могут рубить прямо в холодном состоянии. С высокопрочными сталями дело обстоит немного сложней. Могут не выдержать ре­ жущие ножи. Поэтому заготовку необходимо предвари­ тельно подогреть. Не осложнит ли это процесса? Может быть, проще все-таки распилить ее? В том-то и дело, что нет. Ведь нагревать заготовки будут лишь в месте реза, на очень небольшом участке. Местный нагрев не потребу­ ет большой затраты тепла, а значит, и выполнить его можно очень быстро.

Харьковские ученые предлагают для этой цели комби­ нированный автоматический агрегат. Он состоит из рольганга, по которому движется заготовка, и сварочного трансформатора, подвергающего ее местному круговому нагреву до температуры 1000—1100° С с помощью наклад­ ных контактов, включенных во вторичную обмотку. Вме-

220

сто трансформатора можно, конечно, использовать высо­ кочастотную установку или, в крайнем случае, даже газо­ вые горелки. После нагрева заготовка передвигается под ножи копра, срабатывает концевой выключатель, и раз­ дается выстрел. Вся процедура займет меньше минуты.

Несложные и недорогие взрывные копры в сочетании с нагревательными устройствами в несколько раз повысят производительность заготовительных цехов.

Взрывная резка удобна и в литейных цехах для удале­ ния «прибылей», достигающих иногда сотен килограммов веса. Сейчас их отрезают газовыми резаками, вручную, а между тем отлитые детали после выбивки содержат еще много тепла, они нагреты до 600—700° С, что облегчает взрывную резку.

Есть еще одна любопытная разновидность взрывной резки. Ее преимущество в том, что не требуется никакого оборудования, а металл может двигаться практически с любой скоростью, без всяких ограничений. Это резка так называемым газовым пуансоном.

На пол цеха кладется толстый подкладной нож — стальная плита со слегка заостренной кромкой. А над ней установлен экран. По ножу ползет разрезаемый лист. Вот он уперся в концевой выключатель и замкнул кон­ такт. Тотчас же в камере, образованной листом и экра­ ном, следует взрыв, и взрывная волна срезает металл вдоль кромки подкладного ножа. Опыты, проведенные в Харьковском авиационном институте, показали, что, увеличив несколько пороховой заряд, можно обойтись и без экрана. В обоих случаях рез остается качественным. Благодаря дешевизне таких взрывчатых веществ, как тол, аммонал, взрывная резка может быстро получить широ-

221

кое распространение для раскроя холодных листов и проката.

На многих металлургических заводах появились сей­ час новые цехи. В них листовой прокат превращают в гнутые профили самых различных форм — корытообраз­ ные, Z-образные, швеллеры, уголки и т. д. По сути дела

p nnu Л ЛПНПИ

это готовые заготовки для машиностроителей. Как пра­ вило, цеха гнутых профилей полностью автоматизирова­ ны. Однако производительность их не очень высока: из-за того, что металлурги не умеют резать фигурные профили, им приходится сначала разрезать полосу и лишь потом пропускать ее через фигурные валки. Это не позволяет достигнуть высоких скоростей и непрерывности процесса.

Придавая экрану необходимую форму, с помощью га­ зового пуансона можно резать профили самых причудли­ вых форм: открытые, закрытые, трубные и т. д.

Порох вместо пресса

Взрывная штамповка в воде и воздухе

Эти цехи малолюдны. Вокруг машин почти не видно рабочих. С легким шуршанием разматываются и исчеза-

222

ют в прессах стальные полосы. Неторопливо и мерно под­ нимаются и опускаются пуансоны, и после каждого хода из матриц извлекают детали. Недаром листовую штам­ повку считают одним из самых прогрессивных и произ­ водительных видов металлообработки. И все же скорость процесса уже не удовлетворяет нас.

Для технического прогресса наших дней характерно беспримерно скачкообразное, революционное развитие. Новые машины и технологические процессы, предложен­ ные советскими изобретателями, позволяют часто увели­ чить производительность или снизить вес оборудования не на сколько-то процентов, как это обычно бывало в прош­ лом, а в десятки, сотни и даже тысячи раз.

Взгляните с такой точки зрения на штамповку. В то время, как скорости резания возросли за последние годы

вдесятки и сотни раз, этот самый перспективный, прак­ тически безотходный вид металлообработки до сих пор отставал. Действительно, скорость штамповки — вытяж­ ки не превышает 0,2—0,3 метра в секунду. Считается, что увеличивать скорость нельзя — металл становится хруп­ ким, и получить доброкачественные изделия невозможно. Но ведь пластичность металла вовсе не уменьшается с увеличением скорости деформирования. В чем лее дело?

Исследования, проведенные в Харьковском авиацион­ ном институте Р. Пихтовниковым, доказали, что все дело

всмазке. Если для каждой скорости подобрать правиль­ ную смазку, то саму скорость штамповки можно повысить во много раз. Исследователю удавалось получать качест­

венные детали при скоростях до 300 метров в секунду — в тысячу раз превышающих общепринятые. Теоретиче­ ские расчеты показывают, что их мол<но увеличить еще в несколько раз, до скорости взрыва. Что сулит это прак­ тике? Во-первых, резко увеличится производительность холодной листовой штамповки. Тысячи и десятки тысяч

223

готовых деталей в час будут выстреливать работающие со скоростью пулеметов штамповочные прессы. Во-вто­ рых, удастся резко уменьшить размеры кузнечных моло­ тов: ведь ковка требует большой кинетической энергии удара, а при низких скоростях это можно обеспечить только огромными размерами движущихся масс. Из об­ щеизвестной формулы теоретической механики следует, что если увеличить скорость хотя бы в 10 раз, то ударяю­ щую массу можно будет уменьшить в 100 раз. Значит, открывается путь к созданию экономичных и компактных кузнечных молотов, обладающих колоссальной энергией удара.

Но самое важное то, что часто можно обойтись вообще без прессов. Главным образом это должно заинтересовать те заводы, которым приходится изготовлять из листа детали больших размеров; днища котлов, крышки хими­ ческих аппаратов и т. д., особенно, если на этих заводах мет ни многотысячетонных прессов-гигантов, ни мощных давильных агрегатов.

Самый простой, дешевый, быстро осуществимый и до­ ступный почти любому заводу в таких случаях способ — штамповка взрывом. Хотя это и звучит немного необыч­ но, технология процесса очень несложная. Несложно и необходимое приспособление. Это железобетонный блок, состоящий из нижней части — матрицы, имеющей полость по форме детали, и крышки с вмонтированным в нее пат­ ронником. Патронник заряжается обычным охотничьим порохом, например типа «Сокол». Между крышкой и мат­ рицей устанавливается специальная прокладка и метал­ лический лист — заготовка. При ударе по капсюлю порох взрывается, в полости между листом и крышкой разви­ вается высокое давление газов, которые и сгоняют за­ готовку в матрицу. Причем, чем заготовка толще, тем проще ее штамповать. Сколько нужно пороха? Это легко

224

определить с помощью несложных формул. Например, для днищ диаметром полтора метра из кислотоупорной стали, которые штамповали в Харьковском авиацион­ ном институте, требовалось всего по 80 граммов пороха.

Взрыв .продолжается тысячные доли секунды, слышен только глухой удар, а детали получаются высококачест­ венными: точными по размерам, равностенными, без тре­ щин, без гофров.

Оригинальные методы взрывной штамповки разработа­ ли ленинградские ученые и инженеры всемирно известно­ го Кировского завода. Их привлекала, пожалуй, даже не заманчивая возможность обойтись без дорогостоящих прессов, а нечто другое. Представьте, что нужное обору­ дование у вас есть. Заводские мастодонты — кряжистые, сверхмощные прессы — только и ждут команды, чтобы начать работу. Увы, новые жаростойкие материалы, ти­ тановые сплавы даже им уже не по зубам. Вследствие низкой теплопроводности и пластичности заготовки из этих материалов часто рвутся и трескаются. Отштампо­ вать более или менее сложную деталь можно только по­ степенно, после многочисленных переходов. А между переходами деталь надо каждый раз снова подвергать термообработке, например отжигу. Технология услож­ няется до чрезвычайности, резко падает производитель­ ность цеха, а готовые детали часто идут в брак.

Не то при взрывной штамповке. Мгновенно нарастаю­ щие колоссальные давления меняют сами свойства метал­ ла. Хрупкие, плохо деформируемые материалы начинают течь, как жидкость, послушно заполняют самые мелкие углубления матрицы. Сложную деталь без разрывов и трещин часто удается получить за один переход.

В отличие от харьковчан, ленинградцы использовали подводные взрывы, впервые предложенные для этой це­ ли Ю. С. Навагиным и В. И. Ереминым в 1956 году. Дав-

ление ударной волны в жидкости в несколько десятков раз выше, чем в воздухе, отпадает необходимость в шумоглушеннн и вентиляции, так как вода сразу же поглоща­ ет продукты сгорания пороха или другого взрывчатого вещества. К тому же подводный взрыв гораздо безопас­ нее. Благодаря несжимаемости воды возможное разруше­ ние формы или заготовки не сопровождается разлетом смертоносных осколков.

Итак, матрицу накрывают заготовкой, тщательно скрепляют их и помещают в глубокий бассейн. Затем опускают в воду достаточно мощный заряд тротила и взрывают его. Ударная волна в доли секунды сгоняет заготовку в матрицу. Таким способом ленинградцы укро­ щали самые неподатливые и высокопрочные сплавы.

Взрыв в резине

Как точно регулировать силу взрыва

Во многих случаях при обработке важна не столько максимальная мощь оборудования — сила удара молота, давление пресса— сколько возможность топкого их регулирования. Самый могучий молот не выпрямит сог­ нутую деталь, а только погнет ее в другую сторону, если удар окажется сильнее, чем нужно. Лишенная точного управления машина будет все сокрушать на своем пути. Примерно такое же положение часто возникает при взрывной штамповке. Ведь силу действия взрыва мы мо­ жем регулировать лишь количеством взрывчатки да ее расстоянием от заготовки. Но расстояние, как правило, однозначно задано конфигурацией детали, что касается заряда, то его нельзя уменьшать беспредельно. Ниже ка­ кой-то критической величины взорвать его уже невозмож­ но, а увеличишь заряд — взрыв разнесет и штамп, и

226

деталь. Именно эта проблема сужает область применения взрывной штамповки.

Американский изобретатель Джозеф Глайман из Сол­ нечной долины в Калифорнии недавно предложил доволь­ но простой способ «усмирения» взрыва, не зависящий пи от величины заряда, ни от его расстояния до заготовки (патент США 3153848). Глайман заделывает заряд в какую-нибудь упругую массу, например в резину или син­ тетический эластомер. Этот эластомер и служит средой, передающей давление.

Подбирая вещество с определенной твердостью, преде­ лом прочности, модулем упругости, можно в широких пределах менять силу взрыва при одном и том же заряде. Удобнее всего воспользоваться поливинилхлоридной резиной с соответствующим стабилизатором или пласти­ фикатором: меняя процентное соотношение этих состав­ ляющих, мы тем самым плавно меняем все механические свойства резины, делая ее то жестче и прочнее, то мягче и податливей. Эксперименты показали, что описанным способом особенно хорошо штампуются прямоугольные и треугольные трубы из круглых и эллиптических заго­ товок.

Порошок формует порошок

Взрывное прессование металлокерамики

Энергия взрыва перспективна и для получения изделий из порошков. Существующими методами чрезвычайно трудно получить плотные детали с малой пористостью. При взрывном прессовании порошков благодаря колос­ сальным давлениям и исчезающе малой продолжитель­ ности процесса исключается теплообмен между порошком и прессформой и без всякой дополнительной обработки сразу получаются изделия с нулевой пористостью. Меняя

параметры процесса, можно при желании изменять и по­ ристость в широких пределах.

Само прессование ведут так. Прессформу с порошком помещают в гидробаке, наполненном жидкостью, напри­ мер маслом. С гидробаком соединен направляющий ци­ линдр, в котором движется снаряд-боек. При выстреле боек с силой ударяет по поверхности масла, и ударная волна прессует деталь. Можно обойтись без бойка и взрывать заряд прямо в жидкости. Это гораздо проще, а давления можно получить еще большие.

Кстати, аналогичный способ на Кировском заводе ис­ пользуется для очистки литья от формовочной земли, при­ гара, окалины. Отливку помещают в воду и взрывают несколько точечных зарядов. Мощные сотрясения стря­ хивают грязь с поверхности отливки, ударные волны, пульсации давления жидкости довершают работу.

Между прочим, высокие давления, возникающие в во­ де, уплотняют, наклепывают поверхность деталей. На этом основан способ взрывного упрочнения деталей.

Пушка прессует брикеты

Взрывное брикетирование металлической стружки

С каждым днем заготовки становятся точнее, а припус­ ки на обработку меньше. Электрофизики и электрохими­ ки, штамповщики и кузнецы стараются по возможности приблизить формы заготовок к окончательной форме де­ талей, и все же на машиностроительных заводах страны пока ежегодно образуется 4—5 миллионов тонн металли­ ческой стружки.

Что с нею делать? Как ее лучше использовать? Над этой проблемой много лет работали ученые разных стран, но хорошего экономичного решения до сих пор не было. И вот почему.

228

Чтобы пустить стружку и переплав, необходимо ее пре­ жде всего превратить в плотные и прочные брикеты. Ина­ че недопустимо возрастут транспортные расходы — железнодорожникам придется возить «воздух», увеличит­ ся время завалки плавильных печей и соответственно упа­ дет их производительность при большом перерасходе топлива. Правда, способов брикетирования разработано было много, по все они оказывались слишком дорого­ стоящими.

По одному из способов стружку сначала мелко дробили (дробление требует тяжелого ручного труда, к тому же все существующие дробилки ненадежны в работе и мало­ производительны), а потом смешивали с известью, жид­ ким стеклом, цементом или каменноугольным пеком, формовали из образовавшейся массы брикеты, сушили и обжигали их. Труда затрачивалось много, а брикеты по­ лучались рыхлыми и непрочными.

Предложенный несколько лет назад советским инжене­ ром М. Васильевым способ горячего прессования струж­ ки двумя пуансонами-электродами требовал огромных за­ трат электроэнергии— до 170 киловатт-часов на тонну брикетов--и обладал недопустимо низкой производи­ тельностью.

Можно брикетировать стружку на гидравлических прессах, но тогда ее приходится сначала нагревать, отжи­ гая, а потом охлаждать, чтобы не загорелась гидросисте­ ма пресса и не покоробились защитные плиты. Вдобавок гидропрессы дороги и дефицитны. Все же этот способ по­ лучил у нас наибольшее распространение, хотя брикеты получаются такими хрупкими, что трескаются и рассыпа­ ются при нагреве во время плавки.

Недавно в Новочеркасском политехническом институте был разработан еще один способ, несколько более удач­ ный. Он заключается в том, что стружку загружают в

229