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

конденсируя на поверхности детали металлический пар, погружая деталь в гальваническую ванну или обраба­ тывая ее электроискровой установкой советских изобре­ тателей Лазаренко.

Недавно появился еще один способ, пожалуй, наибо­ лее оригинальный. Он изобретен в Англии инженерами фирмы «Юнион Карбид» и очень похож на способ, опи­ санный Станиславом Лемом, с той только разницей, что вместо флаконов здесь используют газовую детонацион­ ную пушку. На вид она мало чем отличается от обычной боевой пушки. Тот же массивный стальной ствол, казен­

уступает обычной: четыре раза в секунду впрыскивается в нее газовая смесь (ацетилен и кислород) вместе с ме­ таллическим порошком, четыре раза в секунду электри­ ческая искра, проскакивая между электродами запаль­ ной свечи, воспламеняет ее. Высокие давления, темпера­ туры, наконец, стремительный бег фронта пламени вдоль канала с шероховатыми стенками — все ведет к возник­ новению детонационной волны, десятикратно превышаю­ щей скорость звука. Струя газа увлекает за собой крупинки металлического порошка, и пушка прямой на­ водкой обстреливает ими деталь. При этом шарики (а они могут быть из карбида вольфрама с добавкой ко­ бальта, из карбида хрома или алюминия, никеля, чисто­ го вольфрама) со сверхзвуковой скоростью ударяются о деталь, расплющиваются ,в тончайшие полупрозрач­ ные чешуйки и намертво Ьристают к обстреливаемой поверхности. Происходит так называемая микросварка. Меняя продолжительность обстрела, легко варьировать толщину покрытия от сотых до десятых долей миллимет­ ра. Интересно, что при испытаниях на прочность экспе-

260

риментаторы не получили никаких определенных цифр: им просто не удалось оторвать покрытие. Хотя струя раскаленных газов, вырывающаяся из пушки, нагрета почти до 3000е, деталь (цель) остается почти холодной: ее охлаждает специальное кондиционирующее устройст­ во. Описанный способ позволяет покрывать любыми металлическими пленками детали почти любой твердо­ сти, изготовленные из алюминия, стали, чугуна, титана, молибдена, меди, никеля, магния, имеющие к тому же весьма тонкие допуски. Следует только при изготовлении деталей учесть толщину будущего покрытия. Кстати, в зависимости от преследуемой цели детонационная пуш­ ка дает возможность в широких пределах регулировать плотность, пористость и другие свойства получаемой пленки: антикоррозийную пленку позволяет делать абсо­ лютно непроницаемой, электроизоляционную — непроводнмой и т. д.

Другая область применения детонационных пушек — изготовление целых деталей и узлов из тугоплавких и плохо обрабатывающихся материалов, например из вольфрама. Для этого берут оправку и обстреливают ее до тех пор, пока она не покроется толстым слоем воль­ фрама, а затем погружают в химический раствор, где оправка растворяется. Деталь готова.

Существенное неудобство детонационной пушки за­ ключается в оглушительном грохоте, сопровождающем ее работу. Этот грохот по своей силе напоминает артил­ лерийский обстрел: уровень шума достигает 150 деци­ бел, тогда как уже 80—90 децибел приводят к нервным расстройствам. По этой причине пушку устанавливают в специальной закрытой камере с двойными шумопо­ глощающими стенками, и весь технологический процесс идет автоматически. Необходимые команды подаются снаружи.

5Фотоны,электроны,

ионы и молекулы вместо станков

Английский ученый Джон Бернал в своей книге «Нау­ ка в истории общества» писал: «До конца XX века мо­ лекулы должны стать столь же удобоиспользуемыми, какими были рычаги, зубчатые колеса и цилиндры в XIX веке». Уже сегодня практика металлообработки далеко обогнала предвидения Бернала, ибо в ней широ­ ко используются не только молекулы, но и куда более мелкие частицы: ионы, электроны, фотоны, которые успешно варят и фрезеруют, сверлят, закаливают, шли­ фуют металл. Электронные и ионные пучки, потоки фо­ тонов становятся универсальными металлообрабатываю­ щими инструментами передовой технологии. Многочис-

262

усилия передать в зону резания, инструмент делают мас­

выводы. Конструктор, создавая новую машину, не волен в выборе материала. Он все время оглядывается на тех­ нолога: «А сможет ли тот обработать выбранный кон­ структором особо прочный материал?» И, получая отрицательный ответ, отказывается от изящных конст­ руктивных решений, создает машины громоздкие, тяжеловесные, с малым сроком службы. А всю серию твердых сплавов, всю гамму металлокерлмических мате­ риалов использует лишь в небольшом объеме — ведь их не обработаешь! Создается разрыв между возможностя­ ми металлургии и металлообработки. Резание металла становится «узким местом» в технике.

Но вот изобретатели Б. Р. Лазаренко и Н. И. Лаза­ ренко 3 апреля 1943 года получили авторское свидетель­ ство 70010 на электроискровый способ обработки металла.

Будущие изобретатели работали тогда в материаловедческой лаборатории Всесоюзного электротехническо­ го института. Их интересовала весьма далекая от реза­ ния металлов проблема — эрозия контактов электриче­ ских аппаратов. Изгрызенный электрической искрой нож

Явление это было прочно зачислено в разряд «вред­ ных», десятки лабораторий бились над изысканием са­ мых жестких мер для пресечения эрозии. Супруги Ла­ заренко несколько лет скрупулезно и настойчиво иссле­ довали этот процесс. Казалось, что возможность победы

264

над пожирающей металл электрической искрой кроется где-то в материале самих контактов. Пробовали двой­ ные, тройные сплавы — сотни композиций, тысячи опы­ тов. Но крохотная искорка упорно разрушала любые сплавы. Тогда контакты поместили в жидкость. Начали с трансформаторного масла, перешли на эфиры, кетоны, альдегиды, добрались до метилового спирта и дистилли­ рованной воды. Можно было прийти в отчаяние хотя бы от того, что любая жидкость, в которой «искрили» кон­ такты, мгновенно мутнела и всякое наблюдение станови­ лось невозможным. Лишь одно установили твердо: в жидкой среде контакты разрушались еще интенсивнее. Сделали анализ помутневшей жидкости. Оказалось, что муть — этомикроскопические шарики металла. Что же, промышленности нужны металлические порошки. Ре­ зультат исследований представлял практический инте­ рес. Решили отработать электроэрозионный способ из­ мельчения токопроводящих материалов. Изменяли пло­ щадь соприкосновения электродов-контактов, плотность тока.

В одном из опытов электрод-катод был изготовлен в виде прямоугольного прутка, площадь сечения которого была значительно меньше, чем у другого, цилиндриче­ ского электрода. Опыт закончился несколько неожидан­ но: катод быстро прошел сквозь анод. При этом образо­ вавшееся в аноде отверстие очень точно повторило про­ филь катода. Отверстие имело правильные геометриче­ ские формы, четкие грани и полное отсутствие на поверхности металла даже цветов побежалости.

Так впервые в истории техники была доказана возможность точной обработки токопроводящих мате­ риалов искровыми импульсами электрического тока. Электрическая энергия из источника силы — двигателя станка превратилась в самую силу, вошла непосредст­

2С5

венно в зону резания. Такова была диалектика научного поиска и открытия. Что же сегодня делают электриче­ ские искры, какие технологические области они могут завоевать завтра?

Электроискровой лобзик может резать тонкой прово­ лочкой пластину твердого сплава и делать таким обра­ зом из одной пластины — заготовки сразу и матрицу и пуансон вырубного штампа. Искровым методом можно изготовлять чеканочные и кузнечные штампы из предва­ рительно закаленного металла и даже из карбидных сплавов, притом автоматически. Известна, например, установка, которая, будучи однажды отрегулирована, через восемь суток непрерывной работы выдает готовый штамп с точностью обработки 5 микронов. Самый ква­ лифицированный инструментальщик затратил бы на это несколько месяцев работы. По методу Лазаренко мож­ но: шлифовать без абразива и даже с одновременным упрочением, легированием обрабатываемой поверхности; затачивать твердосплавные резцы и получать при одном электроде-катоде всю гамму режимов от обдирочного до доводочного включительно; восстанавливать вагонные колеса и шейки валов; извлекать обломки инструмента, застрявшие в ценных деталях; ремонтировать шестерни

иштампы. Стали возможными такие технологические операции, о которых традиционный резальщик металла

имечтать не смел. Искра делает отверстия с криволи­ нейными осями и даже спиралеобразные, сверлит глу­ бокие глухие отверстия-гнезда, притом с диаметром, пе­

ременным по длине.

Примером того, как электроискровой метод помогает в самых разнообразных и повседневных нуждах произ­ водства, может служить изобретение С. П. Моржакова — устройство для балансировки вращающихся деталей электроискровым способом. Здесь электрический датчик

266

воспринимает «небаланс» детали, а система электродов осуществляет бесконтактное снятие или нанесение ме­ талла на балансируемую деталь. Таким образом автома­ тизируется весьма кропотливая и трудоемкая операция. Возможны и такие операции, как заточка инструмента без снятия его со станка. Для этого электроэрозионное устройство — небольшой резервуар с диэлектрической жидкостью — крепится к станку. Просачиваясь через не­ большую щель, жидкость смачивает электрод, затачи­ вающий резец или резцы.

За последние годы советские исследователи получили десятки авторских свидетельств на усовершенствование процесса электроискровой обработки. Большой интерес проявляют к ней и за рубежом. В США, Англии, ФРГ, Швейцарии и Японии за 1958—1963 годы зарегистриро­ вано более четырехсот патентов, посвященных промыш­ ленному применению электроискрового эффекта, откры­ того супругами Лазаренко. Запатентованы оригиналь­ ные конструкции электродов — инструментов в виде вращающегося диска, гибкой ленты и т. д., различные составы рабочих диэлектрических жидкостей, всевоз­ можные регуляторы подачи электродов. Предложено, например, сообщать электроду-инструменту не только поступательное движение вперед, но и одновременно вести его по кругу, по контуру обрабатываемого отвер­ стия со скоростью 3—4 оборотов в минуту. При этом около электрода все время остается свободное простран­ ство и продукты эррозии — частички металла — легче удаляются из зоны обработки. Возможно одновременное

267

том, давно ли все поражались, видя, что тоненькая гиб­ кая проволочка — электрод, как нож в масло, входит в самые прочные и неподатливые материалы, проделы­ вает в них причудливой формы отверстия и разрезы? Но именно проволочка и является главным недостатком электроискрового способа, объясняющим его низкую про­ изводительность. Действительно, через проволочку не пропустишь большую мощность, а кроме того, площадь, на которую она одновременно действует, слишком мала. При искровых разрядах развивается очень высокая тем­ пература, порядка 10 тысяч градусов, электрод-инстру­ мент быстро разрушается. Иногда расход электродов по весу превышает количество снятого с детали металла. Поэтому для обработки крупных деталей, больших по­ верхностей электроискровой способ оказался малопри­ годным.

Несколько лет назад сотрудники конструкторского бюро бывшего Министерства станкостроительной и ин­ струментальной промышленности. Лаборатории электри­ ческих методов обработки Экспериментального институ­ та металлорежущих станков (ЭНИМС) и Харьковского политехнического института начали разрабатывать но­ вый способ, который потом получил название электроимпульсного

Если не вдаваться в суть дела, может показаться, что новый способ мало чем отличается от старого, электро­ искрового: и там и здесь металл разрушают электриче­ ские разряды, и там и здесь инструмент и деталь погру­ жены в диэлектрическую жидкость. Однако износ инст­ румента при электроимпульсном способе в 20 раз ниже (иногда инструмент не изнашивается вовсе), производи­ тельность в 20 раз выше, расход энергии уменьшается втрое. Как видите, разница все-таки есть и довольно существенная.

269