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

количеств качественных сталей. Оно позволяет быстрее выровнять химический состав и температуру любого ко­ личества расплава и тем самым снимает жесткие ограни-

«Магнитная дорожка» перемешивает металл в твердеющей отливке.

чения, не дававшие до сих пор строить большие электро­ печи. В недалеком будущем они достигнут емкости 300— 500 тонн и не уступят мартенам.

В этот день во втором чугунолитейном цехе автозавода им. Лихачева собралось много народа. Вокруг наклон­ ной прямоугольной трубы столпились рабочие, ученые, фотокорреспонденты. Изобретатель, инженер Л. А. Верте, занял место у пульта управления. «Пускайте»,— ска­ зал он, и слепяще-оранжевая струя чугуна хлынула из ковша прямо в нижнее отверстие трубы. Верте нажал кнопку, и фотокорреспонденты защелкали аппаратами: преодолевая земное притяжение, чугун пополз вверх по

40

трубе. Так изобретатель Верте несколько лет назад в первый раз наглядно доказал возможность перекачки расплавленного чугуна бегущим магнитным полем. Сей­ час трудно даже представить себе, какие грандиозные последствия будет иметь этот опыт для всей черной металлургии. Дело в том, что перевозка металла от до­ менных печей к мартенам и конвертерам и дальше к из­ ложницам — настоящая ахиллесова пята современного металлургического завода. Здесь кончается всякая ав­ томатика, прерывается непрерывный процесс производст­ ва, стальной поток насильственно дробится на порции и разливается по отдельным ковшам. Окутанные клубами дыма и пара гудят паровозы, лязгают буферами плат­ формы, сыплются искры. Диспетчеры надрываются у те­ лефонов, пытаясь восстановить нарушенный ритм. От всей этой сутолоки и помогут избавиться индукционные насосы Верте. Гонимые невидимыми магнитными полями от домны к мартену, от мартена к изложницам побегут спрятанные от людских взоров стенками огнеупорных труб струи расплавленного чугуна и стали. Металлурги­ ческие гиганты сделают последний и решительный шаг к полной автоматизации.

Модель расталкивает форму

Как получить отливки без литейных уклонов

Сколько разных видов литья известно литейщикам? Точно вам это никто не скажет, но около полусотни раз­ новидностей насчитать можно. Например, литье по вы­ плавляемым моделям и по испаряемым, литье в кокиль, в жидкий расплав, литье выжиманием, намораживанием

ит. д. Все эти специальные виды литья разработаны с целью максимально приблизить вес, качество поверхности

иконфигурацию отливок к тому, что требуется от гото­

41

вых деталей. И, надо сказать, литейщики сумели добить­ ся феноменальных результатов. Но... на долю всех этих многообещающих способов по тем или иным технологиче­ ским и экономическим причинам приходится очень мало продукции. Пока что 14 деталей из каждых пятнадцати отливаются в освященных веками песчано-глинистых фор­ мах, которые уплотняют на встряхивающих формовочных машинах.

Основной недостаток земляного литья в том, что фор­ ма отливки неизбежно отличается, и довольно существен­ но, от готовой детали. Ведь для того, чтобы вытащить мо­ дель из полости формы, не повредив ее, вертикальные стенки модели приходится снабжать формовочными ук­ лонами. Из-за уклонов отливки получаются коническими, и эту конусность приходится срезать на металлорежущих станках. Недаром обработка каждой тонны отливок об­ ходится в 3—4 раза дороже, чем стоимость самого литья. Учитывая, что в 1965 году, последнем году семилетки, было произведено около 20 миллионов тонн литья, легко подсчитать, что превращение его в готовые детали обош­ лось в один миллиард рублей, не считая отходов металла в стружку, составивших 3 миллиона тонн. Вот какова це­ на формовочных уклонов. Вдобавок из-за них у отливок получаются нестабильные размеры и физико-механи­ ческие свойства, что делает почти невозможной их обра­ ботку на автоматических линиях. Чтобы повысить каче­ ство отливок, литейщики несколько лет назад предложи­ ли прессовать формы под высоким удельным давлением. Теоретически такой способ позволяет получать детали без уклонов и с чистотой поверхности по четвертому классу. Одним из энтузиастов нового способа был московский ученый, кандидат технических наук Борис Константино­ вич Святкин. Он горячо взялся за его внедрение в произ­ водство и начал широкие эксперименты на одном из сто­

42

личных заводов. Однако ученый сразу же столкнулся с очень неприятным обстоятельством: в момент извлечения модели из уплотненной прессованием формы форма раз­ рушалась. Пришлось провести специальные исследования. Оказалось, что после снятия давления упругая песчано­ глинистая смесь раздается, как распрямляющаяся пру­ жина, и крепко захватывает модель. Как осторожно ее теперь ни вытаскивай, а форму обязательно повредишь. Так что без уклонов никак не обойтись, говорили произ­ водственники ученому. Но сдаваться очень уж не хоте­ лось. Ведь от этого зависела экономия миллиардов руб­ лей, миллионов тонн металла. Чего только ни перепробо­ вал Борис Константинович со своими сотрудниками. Они меняли состав формовочных смесей: смазывали модели различными покрытиями, подогревали их, но все было на­ прасным. И хотя многие специалисты советовали бросить эту безнадежную, по их мнению, затею, эксперименты продолжались.

Наблюдая за ручной формовкой, изобретатель под­ метил, что опытные рабочие, извлекая модель из формы, аккуратно постукивали по модели. Такое постукивание явно уменьшало сцепление модели с формой. Очевидно, и в случае машинной формовки надо было попробовать использовать вибрацию. Поскольку ни в отечественной, ни в зарубежной литературе об изготовлении отливок без уклонов в песчано-глинистых формах даже не упомина­ лось, пришлось начинать с самого начала. Новаторы под­ робно изучили теорию колебаний, ознакомились с опытом промышленного использования ультразвука, ме­ тодами виброуплотнения бетона в строительстве, поин­ тересовались даже закономерностями колебаний земли при землетрясениях. В результате они могли совершенно четко себе представить характер прохождения волн ви­ брации от вибровозбудителя к модели, от модели к форме

43

и сделать, наконец, основной шаг — разработать техно­ логию литья без формовочных уклонов.

Каждый, кто занимался уплотнением бетона с по­ мощью различных виброплощадок, знает, что вибрирую­ щий бетон то и дело отскакивает от формы, так что между ним и стенкой все время возникают воздушные зазоры. И пока они существуют, трения между стенкой и формой нет. По-видимому, того же самого можно до­ биться и в литейном цехе. Нужно только правильно по­ добрать и расположить вибраторы, точно установить до­ пустимые скорости извлечения формы. Последнее очень важно: будете вынимать модель быстро, в зазоры не успеет проникнуть воздух, в форме образуется вакуум и стенки ее осыплются. Если же все сделать правильно, то вибрирующая модель как бы растолкает полость формы и легко выйдет, не задевая стенок. Причем стенки оста­ нутся совершенно вертикальными

Способ изготовления литейных форм (авторское сви­ детельство 131861) без формовочных уклонов, изобретен­ ный Борисом Константиновичем, позволяет в среднем на пять процентов снизить вес литых деталей, то есть сэко­ номить в год миллион (!) тонн металла, не говоря об экономии на механической обработке. Но широкое внед­ рение изобретения, запатентованного уже пять лет тому назад, начинается только сейчас: при старом методе пла­ нирования литья в тоннах у литейщиков не было ника­ кого стимула к снижению его веса.

Печь на карусели

Микролитье заменяет трудоемкую пайку и чеканку. Центробежные силы загоняют расплав в литейную форму

Можно ли сфотографировать очень тонкую сетку с тысячами ячеек на каждом квадратном миллиметре? На

44

первый взгляд ничего трудного в этом нет, но когда вы проявите пленку, то убедитесь, что ячейки не получи­ лись — разрешающая способность объектива и фотома­ териалов оказалась явно недостаточной.

Аналогичная ситуация возникает при попытках от­ лить крохотную металлическую деталь с очень тонкими стенками. На первый взгляд все опять-таки очень просто. Сделаем сначала модель из воска, парафина или других легкоплавких композиций, заформуем ее в опоку и по­ ставим в прокалочную печь. Воск выплавится, и в форме образуется полость, куда останется залить металличе­ ский расплав. Общеизвестный способ точного литья по выплавляемым моделям, которым пользовались еще в Древнем Египте для изготовления посуды и золотых украшений.

Беда в том, что таким способом невозможно отлить детали из углеродистой, а тем более из нержавеющей стали, обладающей значительной вязкостью. Но мелкие и сложные детали очень нужны хотя бы стоматологам, которым сейчас приходится паять протезы из нескольких кусков, ибо сталь не заполняет ажурные литейные фор­ мы. Припой и основной металл, погруженные в слюну — «электролит», образуют во рту гальванические пары. В результате протезы корродируют и разрушаются. Тра­ диционные золотые сплавы отличаются химической стой­ костью, но имеют низкую прочность и поэтому получа­ ются громоздкими. Чтобы удовлетворить стоматологов, нужен был способ литья ажурных, как кружево, констструкций из нержавеющих кобальто-хромовых сплавов. Основная трудность, как мы уже говорили, в недостаточ­ ной жидкотекучести этих материалов. Поэтому очень важно заливать металл в расплавленную форму непос­ редственно после плавки, не давая остывать ему ни секунды. Но как это практически сделать? В. Мирский

45

и заслуженный изобретатель РСФСР С. Богословский предложили очень оригинальное и вместе с тем простое решение: они прикрепили литейную форму прямо к ин­ дукционной электропечи и заставили их вместе вращать­ ся (авторские свидетельства 133136 и 167012). Сначала

Вращающаяся печь и образцы отливок.

металл плавится в печи под действием токов высокой частоты, затем печь выключают и крепят к ней раскален­ ную опоку. Теперь снова включают ток и вторично про­ гревают металл. Поскольку нагрев длится не больше минуты, металл не успевает окислиться и без защитных сред и флюсов. Естественно, это упрощает технологию. Так вот, когда металл снова обретает максимальную жидкотекучесть, включают мотор, печь и форма прихо­ дят во вращение, и расплав под действием центробежной силы заполняет форму. Новый способ литья изобретате­ ли назвали микролитьем. Оно позволяет отливать мель­

46

чайшие ажурные детали весом менее полуграмма. Сей­ час установки для микролитья работают уже в 85 лабо­ раториях. Вращающиеся печи и формы серийно выпускает Ленинградский завод высокочастотных уста­ новок.

Очевидно, микролитье есть смысл использовать не только в стоматологии, но и в приборостроении, где вы­ пускаются многие миллионы деталей весом в десятые доли грамма, и в ювелирной промышленности, где мик­ ролитье сможет заменить трудоемкую пайку и чеканку. Об экономии ценных сплавов и говорить не приходится: минимальное количество металла на одну плавку по сравнению с точным литьем (литьем по выплавляемым моделям) здесь можно уменьшить в 180—200 раз, что особенно важно для опытного и мелкосерийного произ­ водства.

Гусеница из кокилей

Литейная машина с непрерывно движущимися формами

Литье — до сих пор самая отстающая область метал­ лообработки в отношении автоматизации. Молча пере­ мигиваются сигнальными лампочками станочные линии, безостановочно ползут из одного пресса в другой бле­ стящие стальные полосы, а в литейном цехе часто все идет по-старинке. Вот модельщики изготовили модель, формовщики отформовали ее, заливщики залили жид­ ким расплавом. Теперь надо ждать, пока он остынет и только потом «раздевать» отливку. Высокие температу­ ры, осложняющие работу, хрупкость отливок и связанная с этим опасность растрескивания от внутренних напря­ жений, многоступенчатость — все это тормозит производ­ ство, мешает создать непрерывный поток.

47

Первыми, кому удалось преодолеть эти препятствия, были металлурги, научившиеся прямо из огнедышащего расплава получать бесконечный стальной слиток. Для этой цели сконструировано много разных устройств. Са­ мое производительное из них — конвейерная машина советского изобретателя М. Голдобина. Главная особен­ ность этой машины состоит в том, что стальной слиток в ней затвердевает, непрерывно двигаясь по наклонному каналу, образованному изложницами-звеньями двух ме­ таллических гусениц.

Изобретение Голдобина открыло новое направление з конструировании литьевых машин. По образу и подобию его машины сегодня созданы очень перспективные кон­ струкции.

Стоит слегка изменить, например, форму гусеничных звеньев, снабдив их боковыми и поперечными стенками, как мы получим разъемные замкнутые или полузамкну­ тые кокили — металлические литейные формы. Так и поступил японский изобретатель Джун Тага. Запатенто­ ванная им в Японии и многих других странах машина для отливки деталей из легких сплавов и пластмасс по своей кинематике и принципу действия, как две капли воды, похожа на машину М. Голдобина. Только вместо разливочного ковша формы заполняет экструдер, выдав­ ливающий в них легкоплавкий жидкий металл или пласт­ массу. Поскольку температура расплава здесь невелика, детали за время своего движения успевают остыть, за­ твердеть и выскакивают из нее полностью готовыми. Отпадают все ручные и маломеханизированные опера­ ции по закрыванию и открыванию форм. Благодаря не­ прерывности процесса производительность машины очень высока: она дает 4 000 деталей в час, и это далеко не предел. Кто мешает пустить расплав в три или четыре ручья, как это, кстати, уже делают при непрерывной раз­

48

ливке стали? Габариты машины почти что не возрастут, приводной механизм останется тот же самый, зато про­ изводительность учетверится.

Впрыскивая в каждую форму расплав последова­ тельно из двух экструдеров, на этой машине легко полу­ чать биметаллические изделия или металлические дета-

Схема машины Д. Тага.

ли, футерованные изнутри пластмассой. Формы не обя­ зательно должны быть одинаковыми. Гораздо выгоднее сделать их разными. Тогда машина одновременно будет производить и разные детали. Вообще перенастройка ее с одних деталей на другие чрезвычайно проста и сводит­ ся к отвинчиванию и завинчиванию нескольких гаек И еще два немаловажных технологических достоинства. На машине Тага можно отливать детали с как угодно расположенными поперечными ребрами жесткости и лю­ бой длины, даже бесконечные. Все зависит от соответ­ ствующего подбора форм и их последовательности. Нако­ нец, меняя скорость движения гусениц посредством

49