книги из ГПНТБ / Муслин Е.С. Металл меняет форму
.pdf
Е.Муслин
МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ ФОРМУ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ» Мо с к в а 1968
УДК 621.7/.9 (0.23) |
|
&/ |
М |
т з~6Т |
Мирная и прозаическая на первый взгляд исто рия обработки металлов на самом деле история борьбы, таинственных находок, приключений на суше и в океане, история великих открытий и горьких разочарований. Для решения задачи, как превратить глыбу металла в деталь машины, сде лано около трехсот тысяч изобретений.
Литье и ковка известны человечеству тысячу лет. Потом появилась прокатка, резание, электро сварка. Совсем еще молоды химические, электри ческие, ультразвуковые методы обработки металла.
О том, как металл меняет форму под действием электронных пучков, лучей света, водяных струй, взрывов, магнитных нолей, электрических искр, энергии молекул, и других способах обработки металла, о малоизвестных судьбах изобретателей и инженеров рассказывает книга.
Книга написана увлекательно и рассчитана на широкий круг читателей.
Рецензент докт. техн. наук
А. П. Владзиевский
3—12—1
303
Для кого эта книга?
Каждая книга рассчитана на определенных читателей.
Эта книга предназначена для инженеров, студентов, ра бочих, всех тех, кто интересуется обработкой металла или связан с ней по работе. Строго говоря, эту книгу трудно отнести к какому-то определенному жанру. В отличие от книг научно-технических, она написана популярно, в ней нет расчетов, чертежей и таблиц, и посвящена она нс какой-нибудь одной узкой проблеме, а рассказывает о самых разных вещах: о литье и резании, о штамповке и волочении. А от научно-популярных книг она отличается тем, что предполагает хорошее знакомство читателя с предметом и поэтому не содержит общеизвестных сведе ний. По этой причине вы не найдете здесь ни строчки о токарных станках, о свободной ковке, о листовой штам повке, какую бы важную роль ни играли они в современ ной металлообработке. Сравнительно скромное место за нимают в книге электроннолучевые, лазерные,ультразву ковые, электроэрозионные и электрохимические методы — любимая тема большинства научно-популярных книг.
Основное внимание уделено новым возможностям тра диционных способов обработки, необычным, а иногда даже парадоксальным разновидностям литья, резания, штамповки, упрочнения.
Автор, исколесивший почти всю страну, побывал на десятках заводов, в научно-исследовательских и проект ных организациях, разговаривал со многими изобретате лями, учеными, производственниками и собрал наредкость свежий и интересный материал. Достаточно ска зать, что о значительной части новинок, попавших в кни-
3
гу, до сих пор не было никаких публикаций, кроме па тентных описаний. С этой точки зрения книга будет инте ресной и для специалистов.
Отбирая из необозримого океана новых изобретений и конструкций самые интересные, автор учитывал не толь ко их остроумие, парадоксальность, неожиданность, на личие в них «инженерной изюминки», но и их экономиче скую эффективность, широкую применимость на машино строительных предприятиях. Производственники узнают, какой институт или изобретатель занимаются той или иной проблемой; где уже внедрено заинтересовавшее их новшество, куда можно обратиться за данными и черте жами. Цель книги заключается в том, чтобы привлечь внимание рабочих, инженеров, хозяйственников — всех машиностроителей к самым новым и перспективным изо бретениям, быстрейшее внедрение которых в производст во даст большой народнохозяйственный эффект, ознако мить их с еще не решенными проблемами металлообра ботки, пути решения которых только намечаются.
Читателю иногда может показаться, что в книге не хва тает строгой последовательности, логические связи между главами иногда недостаточно прочны, описания — отры вочны. Мне думается, это в какой-то степени неизбежно; в книге, затрагивающей столь обширную область, почти невозможно добиться абсолютной полноты и логической стройности. Но, как говорил еще Сен-Симон:
«То здание наилучшее, на которое затрачено всего ме нее цемента. Та машина наиболее совершенна, в которой меньше всего спаек. Та работа наиболее ценна, в кото рой меньше всего фраз, предназначенных исключительно для связи идей между собою».
А. П. Владзиевский,
доктор технических наук, заслуженный деятель науки и техники РСФСР.
I Bce
начинается с литья
Ни одно утверждение нельзя считать истинным для всех случаев жизни. Это относится и к названию данной гла вы. Действительно, разве детали, спеченные из порошков, лыот? А что вы скажете об изделиях, полученных в галь ванических и электролизных ваннах прямо из руд, минуя жидкое состояние?
И все же подавляющая часть металла начинает слу жить людям, предварительно пройдя через изложницы или литейные формы. По выпуску фасонного стального литья Советский Союз вышел на первое место в мире. У нас строятся специальные литейные заводы «Центролиты», где будут работать кибернетические устройства,
5
радиоактивные изотопы, автоматические линии. Передо вая технология позволит литейщикам выпускать отливки, почти не требующие дополнительно!! обработки на стан ках и идущие прямо на сборку. Итак, литье — начало всех начал в машиностроении. С него мы и начинаем рассказ.
Детали вытягиваются из расплава
Изобретение профессора Степанова позволяет получать прокатные профили без прокатных станов
В чем состоит главная задача металлообработки.-1Оче видно, в том, чтобы придать материалу намеченную кон структором форму, превратить его в детали и конструк ции определенной конфигурации. Для достижения этой единственной цели грохочут прокатные станы, ухают па ровые молоты, сыплют искрами сварочные аппараты. Безгранично разнообразны современные способы метал лообработки, но будь то прокатка, ковка пли ультразвук, резание, литье пли сварка, — все они сводятся к одному из трех издревле известных людям технологических прин ципов. Это или обработка твердого куска металла, когда от него отрезают, состругивают или стачивают все лиш нее; или литье, когда окончательная форма определяется стейками сосуда, в который наливают расплав; или же, наконец, «лепка», когда желаемая конфигурация полу чается «слепливанием» — соединением отдельных кусков путем сварки, клепки, напрессовывания, свинчивания и т. д.
На первый взгляд кажется, что невозможно приду мать какой-либо новый метод обработки, не уклады вающийся в эту, как будто-бы, всеобъемлющую класси-
6
фикацию. И все же подобные методы существуют. Впер
вые новый принцип, на котором они |
основаны, чет |
ко сформулировал около двадцати пяти |
лет тому назад |
Александр Васильевич Степанов, ленинградский ученыйфизик.
Дело в том, что под действием поверхностного натя жения, высокочастотных электромагнитных полей, цент робежных сил и т. д. жидкость способна принимать все возможные формы, отнюдь не определяемые стенками сосуда, в который она налита. Если дать жидкости за твердеть, подобрав подходящие условия охлаждения, мы и получим литую деталь без всякой литейной формы. Отсутствие формы не только удешевляет процесс. Го раздо важнее то, что без формы легче варьировать ско рость охлаждения, менять ее в сотни и тысячи раз, до биваясь получения качественной металлографической структуры.
Принцип профессора Степанова оказался наредкость плодотворным. На его основе изобретатели могут разра ботать десятки новых разновидностей литья. Пусть, на пример, вам нужны металлические шарики. Их можно получить механической обработкой, загружая в галто вочные барабаны обрезки проволоки, подвергая металл поперечной прокатке и т. д. Но можно поступить и иначе. Заставьте струю жидкого расплава падать с большой высоты. Она разобьется на мелкие брызги; под влиянием сил поверхностного натяжения брызги примут форму шариков, а шарики будут застывать на лету. Если под ставить под этот металлический град сосуд с водой, что бы шарики не деформировались от удара, то мы и полу чим нужную нам дробь. Кстати, подобный метод произ водства свинцовой охотничьей дроби (свинец заливают в сито, установленное на высокой башне) используется уже давно. Впрочем не обязательно заставлять расплав
7
падать. Быть может, проще палить его на пластинку с несмачивающейея поверхностью. Расплав по ней не расте чется, а свернется в капли. Силы поверхностного натя жения будут стремиться придать каплям такую форму, которая имеет наименьшую поверхность при данном объеме, то есть форму шара. Достаточно теперь шарики охладить, и они затвердеют. Конечно, таким способом больших шаров не получишь: чем капля больше, тем сильнее сплющивают ее силы тяжести. Поэтому большие шары таким способом можно отлить лишь в кабине кос мического корабля. Вспомните кадры из кинофильма «Звездные братья», когда летчики-космонавты А. Г. Ни колаев и П. Р. Попович во время группового полета на корабле «Восток-4» выливали из сосуда воду. Было хо рошо видно, как большие прозрачные шары идеально сферической формы спокойно висят в воздухе. К сожале нию, космическими кораблями литейщикам вряд ли удастся воспользоваться, во всяком случае в ближайшее время. К тому же в этом йет особой нужды. Силу тяже сти можно как бы нейтрализовать, расплавляя металл без тигля в подвешенном состоянии с помощью высоко частотного электромагнитного поля. Таким путем удает ся получать уже довольно крупные капли, диаметром в несколько сантиметров.
Центробежной силой для формообразования металла остроумно пользовался еще знаменитый американский физик Роберт Вуд, бывший, как известно, блестящим эк спериментатором. Когда Вуду понадобилось для астро номического телескопа параболическое зеркало с высо кокачественной поверхностью, он просто налил ртуть в сосуд и начал его вращать. Образовался параболоид вращения, позволивший Вуду получить четкое изображе ние небесных светил. Очевидно, если бы Вуд охладил ртуть, она бы закристаллизовалась и он получил бы вог-
мутую параболическую поверхность, не прибегая к меха нической обработке.
Что касается самого Степанова, то из всех способов литья без литейной формы он больше всего уделил вни мания вытягиванию, формообразованию металла под действием сил поверхностного натяжения. На основе это го принципа им была создана новая технология, обе щающая революцию в металлообработке.
Принципиальная суть этой технологии чрезвычайно проста. Опустите в расплавленный металл твердый стер жень и начинайте его осторожно вытягивать из распла ва. За стержнем потянется жидкий столбик, который вскоре оборвется. Но если вы остановите стержень над самой поверхностью расплава, то столбик будет вполне устойчив. Постепенно верхняя его часть, непосредственно прилегающая к стержню, будет охлаждаться и затверде вать. Если теперь стержень медленно поднимать так, чтобы граница между затвердевшей и жидкой частью столбика оставалась все время на одном уровне, то стер жень по мере затвердевания новых порций жидкости бу дет все удлиняться. Процесс можно продолжать беско нечно, получая таким образом металлический пруток без литейной формы, прокатного стана или механической обработки.
Конечно, нами описана лишь упрощенная схема про цесса, по промышленная его технология не намного сложней.
На горизонтальную поверхность расплавленного ме талла кладут поплавок-формообразователь. Это пласти на. сделанная из материала, устойчивого по отношению к расплаву. В поплавке прорезана щель, форма которой соответствует сечению вытягиваемого изделия. В эту щель опускают керамическую пли металлическую за травку, опять-такп воспроизводящую нужное сечение,
9