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

сложнее. Так, иместо специального источника тока вы­ сокого напряжения для свечи можно взять небольшое магнето или вообще заменить свечу охотничьим капсю­ лем «Жевело», а в качестве горючей смеси использовать обычный светильный газ с воздухом. Даже в прочном и толстостенном стальном конусе для взрывной камеры пет особой необходимости — его можно заменить кону­ сом, склеенным из резины и опущенным в воду. Благо­ даря мгновенному характеру детонации и инерционной силе воды резиновый конус не успевает даже почувст­ вовать резкого всплеска давления (аналогичная с точки зрения механики ситуация описана Жюлем Верном в романе «Вокруг света за 80 дней», когда отчаянный ма­ шинист на большой скорости проскочил разрушенный мост, так и не успевший окончательно развалиться). Но для того, чтобы резиновый конус не раздулся при за­ полнении горючей смесью, его обертывают тонкой ме­ таллической сеткой. Кроме легкости изготовления, преи­ мущество такой подводной камеры сгорания состоит еще и в том, что глушится шум и взрыв доносится сквозь толщу воды, как слабый хлопок. Одним словом, почти все материалы, необходимые для изготовления и работы детонационного пресса, имеются в каждой кухне. Вот только матрица нужна настоящая. Тут уж как-будто

детали. Конечно, возиться с ледяными матрицами стоит лишь при крупногабаритных штамповках, когда дости­ гается ощутимая экономия металла. Ледяные матрицы уже успешно испытаны на производстве, и как показала практика, их очень легко ремонтировать на морозе. Бу­ дучи расколота па куски, матрица мгновенно срастается вновь, стоит ее лишь полить водой. В теплую погоду можно воспользоваться искусственным холодом.

241

цпонный пресс можно доставить и в пустыню, и в тундру самолетом или вертолетом), наконец, быстрота изготов­ ления! Все эти неоспоримые достоинства — лучший до­ вод в пользу скорейшего внедрения нового изобретения в производство.

Ружейная пуля заменяет пресс

Штамповка баллистической ударной волной

Когда, перегоняя звук, с ревом проносятся над голо­ вою реактивные самолеты, сила ударной волны бывает столь высока, что вылетают стекла. Пролети самолет ниже, и ударная волна могла бы, пожалуй, штамповать металлические детали. Представляете себе картину— скоростной самолет на бреющем полете мчится над бес­ конечными рядами матриц, вдавливая в них листовые заготовки. Это, конечно, шутка, но от нее лишь один шаг до запатентованного совсем недавно нового способа штамповки. Этот способ, предусматривающий использо­ вание баллистической волны от ружейной пули, предло­ жил и успешно испытал американский изобретатель Джон Карпович, сотрудник «Доу Кемикал компани»

(патент США 3090113).

Представьте себе массивный стальной контейнер, а попросту говоря — цилиндрический сосуд с толстыми стенками, наполненный водой. На дне сосуда слой песка в несколько сантиметров, на песке — профилированная матрица с заготовкой. К контейнеру подходит человек и из обыкновенного пистолета, ружья или даже дробовика стреляет в воду. Легкий всплеск, и вот он уже вынимает из матрицы отштампованную деталь. Дело в том, что пу­

243

ны, которые, шумно лопаясь, снова порождают серию ударов, «добивающих» деталь. Что касается слоя песка на дне, то он предназначен для поглощения остаточной энергии пули. Очевидно, штампующий эффект тем силь­ нее, чем больше энергия пули и меньше расстояние от ее

пншид

ж и д к о с т ь

Н Д А Р Н А Я

ВОАНА

ПОЛЯ

МАТРИЦА

К О Н Т Е Й Н Е Р

С Ж И Д К О С Т Ь Ю

П ЕС О К

Пуля образует ударные волны.

траектории до заготовки, а также чем легче материал заготовки поддается деформации. Практически энергии, которой обладает пуля ручного оружия, весящая около 10 граммов и вылетающая из ствола с начальной ско­ ростью 800—850 метров в секунду, достаточно для удов­ летворительной штамповки пятимиллиметровых алюми­ ниевых листов. Впрочем, мощность нашего «пресса» легко увеличить, выпустив в воду целую очередь или стреляя одновременно из двух, трех и более пистолетов. Кроме того, если воду заменить другой жидкостью, на­ пример нагретыми минеральными или силиконовыми маслами, то температура заготовки повысится и плас­

244

тичность ее возрастет. Придавая пулям хорошо обтекае­ мую форму, мы заставляем их равномерно деформиро­ вать заготовку вдоль всей траектории. Сильно затупив наконечник, мы сосредоточим всю деформацию в месте входа пули в жидкость.

Испытания, проведенные изобретателем, подтвердили, что описанный способ позволяет получать в деталях точные отверстия без заусенцев, запрессовывать трубы в трубные доски и т. д.

Действительно, несмотря на свою парадоксальность, штамповка пулями обладает неоспоримыми преимуще­ ствами: она не требует ни прессового, нп взрывного обо­ рудования, абсолютно безопасна и не нуждается, как взрывная, в специальных бронебойных ямах. Это упро­ щает ее использование в полевых условиях.

Штамповка космическим холодом

Как порох заменили жидким воздухом. Штамповка близ абсолютного нуля

А что, если при взрывной штамповке обойтись и без пороха, и без горючего газа? Изобретатель А. Барсуков из Харьковского авиационного института об этом снача­ ла вовсе не думал. Он был занят делами, не имеющими к этому никакого отношения. Известно, что каждый ме­ талл или сплав можно растягивать до какой-то опреде­ ленной границы, которая зависит от его механических свойств. Перейдешь эту границу — появятся трещины, деталь пойдет в брак. Чтобы сделать металл мягче, по­ датливее, заготовки до последнего времени нагревали. Но оказалось, что некоторые стали, алюминиевые спла­ вы, латунь становятся мягче и при глубоком охлажде­ нии. Остудив стальной лист жидким азотом, кипящим

245

при температуре —195°, можно штамповать детали исключительно сложной формы.

Так вот, проводя опыты со сжиженными газами, А. Барсуков убедился, что, нагреваясь за счет окружаю­ щего воздуха, даже при комнатной температуре они ис­ паряются практически мгновенно, в сотни раз увеличи­ вают свой объем. Из одного литра жидкого азота образуется, например, 690 литров газа. Так ведь и дей­ ствие любой взрывчатки основано на том же самом. Значит, вполне возможно заменить порох жидким азо­ том или воздухом. Эксперименты подтвердили, что это действительно так, и изобретатель получил свое первое' авторское свидетельство за номером 118162.

Устройство, предложенное А. Барсуковым, представ­ ляло собой профилированную матрицу, на которую кла­ ли листовую заготовку. Сверху все накрывалось крыш­ кой. Когда через специальный клапан в камеру впрыскивалась порция сжиженного азота, он испарялся, давление под крышкой мгновенно возрастало, и заготов­ ка принимала форму матрицы. Кроме того, заготовка успевала сильно охладиться, что дало возможность получить уникальные по форме детали.

Штамповка без прессов и без пороха... Проще и де­ шевле как будто уж некуда. Но изобретатель продолжа­ ет совершенствовать свое детище. Нельзя ли сократить расход жидкого азота? Дело в том, что при штамповке крупногабаритных деталей, когда заготовка представ­ ляет собой конус или кусок толстой трубы, его расхо­ дуется много. Ибо высокое давление газа нужно создать в довольно объемистой полости. Как уменьшить этот вредный объем, паразитное мертвое пространство, не изменяя формы заготовки? А. Барсуков вместе с другим изобретателем, В. Радзивончиком, решают заполнить его... водой (авторское свидетельство 153475). Когда в

246

воду впрыскивают жидкий азот, он испаряется еще бы­ стрее, чем в воздухе. Скачкообразно подскакивает дав­ ление. Через воду давление равномерно передается на стенки заготовки. Они деформируются и принимают форму, соответствующую конфигурации матрицы. После этого воду сливают, а готовую деталь вынимают из штампа. Расход жидкого азота снижается в несколько раз. Ведь газ должен создать теперь давление в очень малом объеме, равном разности объемов полости заго­ товки до и после штамповки. Чтобы с ювелирной точно­ стью отмерить такую малую порцию жидкого газа, изо­ бретатели предложили специальный мерник, отделенный от полости заготовки тонкой мембраной (авторское сви­ детельство 153476). Под давлением испаряющегося газа эта мембрана рвется, и газ попадает в полость заго­ товки.

( Оригинальный метод штамповки, предложенный харьковскими изобретателями, успешно 'прошел опыт­ ную проверку. Для его широкого внедрения необходимо только желание и... воздух, правда, жидкий.

Воздушный компрессор штампует детали

Вода и воздух позволяют получать исключительно гладкие поверхности

Мы говорили уже о штамповке порохом, детонирую­ щей горючей смесыо, электрической искрой, магнитным полем, наконец, жидким газом. Одни из этих способов сопряжены с повышенной опасностью, другие пригодны не для всех металлов, получение жидкого газа требует сложных холодильных устройств. Можно ли придумать еще какой-то способ, принципиально отличающийся от всех предыдущих? Оказывается, можно. Это штамповка

247

обычным атмосферным воздухом, предварительно сжа­ тым компрессором высокого давления. Устройства для воздушной штамповки сконструированы в США и Ан­ глии, подробные технологические исследования их про­ ведены сотрудниками Шеффилдского университета.

В каждом из устройств для воздушной штамповки имеются две камеры: штамповочная и накопительная, где накапливается воздух, подкачиваемый компрессо­ ром. Поперек канала, соединяющего обе камеры, ходит поршень. Поступая в накопительную камеру, воздух давит па поршень, и тот перекрывает доступ в штампо­ вочную камеру. Давление воздуха все повышается и по­ вышается. Вот оно уже достигло восьмисот, девятисот, тысячи атмосфер. Пора! С гулким хлопком рвется тонкая металлическая мембрана, открывая путь в штамповоч­ ную камеру, и воздух, как после взрыва, устремляется вперед, обжимая штампуемый лист по фасонной матри­ це. Однако в отличие от взрыва давление не взлетает здесь бешено вверх, чтобы тут же неудержимо начать падать, а остается постоянным на всем протяжении про­ цесса. Ведь объем штамповочной камеры стараются сде­ лать возможно небольшим по сравнению с объемом накопительной камеры. Кроме того, взрывчатка не обес­ печивает равномерного поля давлений. В разных местах заготовки оно сильно отличается по величине: из-за кратковременности процесса оно просто не успевает вы­ ровняться. Поэтому и деформация заготовки получается не совсем равномерной. Воздух же, как пуховая по­ душка, мягко и нежно обжимает металл, и деталь полу­ чается гладкой, без единой складки. Еще лучшую по­ верхность можно получить, впрыснув перед «взрывом» в штамповочную камеру немного воды. Вода дополни­ тельно смягчает удар, к тому же, занимая часть объема штамповочной камеры, она мешает воздуху расширять-

248

ся, и давление при штамповке растет. Наконец, суще­ ственное преимущество процесса заключается в просто­ те и точности регулирования штампующего усилия пу­ тем изменения давления воздуха в накопительной ка­ мере.

Как показывают расчеты, воздушная штамповка при­ менима для медных, латунных, алюминиевых деталей толщиной до пяти миллиметров. Сталь труднее поддает­ ся деформированию, поэтому для нее приходится огра­ ничиваться двухмиллиметровыми толщинами.

Взрывчатка из воды

Штамповка гремучим газом

«...Уже сейчас имеются станки с программным управ­ лением. Программа, будь она на перфокартах или на магнитной ленте, содержит полное описание всех свойств изготовляемых объектов. С созданием программы акт инженерного творчества завершается. За ним следует механическое дублирование, слепое воспроизведение, аналогичное штамповке или печатанию, когда набор уже готов. В последние годы все больше вещей удается изго­ товлять таким способом. Появились программно-напы­ ляемые буквально по атомам слоеные микрорадиосхемы, видимые только в микроскопы, нейтронные анализато­ ры, инфракрасные и рентгеновские спектрометры, газо­ вые хроматографы, за долю секунды сообщающие нам о свойствах вещества больше, чем раньше химик мог узнать за годы напряженной работы, и многое другое. С помощью подобных приборов инженеры будущего смогут все более точно описывать сложные объекты и программировать их производство. В конечном счете по­ явится устройство — «дубликатор», фантастическая лам­ па Аладина, которая по заданной программе сможет

249