МЕТАЛЛ МЕНЯЕТ ФОРМУ

Ослепительный поток хлынул из выпускной летки печи. Качнулся тяжелый ковш, наполняясь жидкой сталью. Чем станет этот Металл? Какую форму примет он в конце своего длинного пути от печи до готовой детали? Может быть, он превратится в деталь шагающего экскаватора или турбины, может быть, в виде стальных прутьев будет замурован в бетонное тело плотины ГЭС. Кто предскажет! Ведь из металла делается столько вещей, что и не перечислишь.

Любой, даже совершенно не искушенный в технике человек может назвать десятки самых различных металлических вещей и деталей машин на любую букву алфавита.

Шестерня, шило, шкворень, шатун, швеллер, шпиндель, шпилька, шуруп, шайба, шпонка...

Для того чтобы металл нашел свою окончательную форму, чтобы он превратился в готовую деталь, его надо обработать. Вот о способах обработки металла и пойдет речь в этой лекции. (см. также цветную вкладку).

ЛИТЬЕ.

Один из самых распространенных способов изготовления металлических предметов — литье.

Остывая, расплавленный металл затвердевает и приобретает очертания формы, в которой он находится. Значит, если форму сделать любой самой замысловатой конфигурации, такой же замысловатой получится и отливка. В этом гордость, основное преимущество литья.

Литьем можно получить крошечные отливки деталей приборов весом в несколько граммов и огромные изделия, весящие сотни тонн. С помощью литья обрабатывается более половины (по весу) всех деталей машин.

Но есть у литья и свои недостатки. До последнего времени с его помощью нельзя было получить большой точности в изготовлении детали: отливку приходится еще обрабатывать резанием на станках. Только в последнее десятилетие были разработаны специальные виды точного литья — литье под давлением, по выплавляемым моделям, так называемое оболочковое литье. Точное литье успешно соревнуется с таким видом обработки, как, например, штамповка, и ей пришлось потесниться, уступить место в обработке многих точных деталей сложной формы литью.

Одно плохо. Еще очень ограничена область применения этих особых, специальных видов литья. Крупные отливки большой точности пока что получить не удается.

ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ.

Важное место среди способов обработки занимают ковка, штамповка, прокатка и волочение. Во всех этих случаях металл обрабатывается давлением.

Объединенные в одну группу, все эти виды обработки, однако, резко отличаются друг от друга»

Вот кузнец вынул клещами раскаленный кусок металла из горна, положил его на наковальню. Молотобоец высоко заносит над головой кувалду — тяжелый молот—и обрушивает на горячий металл удар за ударом. Кузнец легким молотком, «ручником», указывает ему место ударов, другой рукой он поворачивает удерживаемую в клещах поделку то одним боком, то другим» Послушный воле кузнеца металл расплющивается, словно тесто, и превращается в изделие. Так выглядит самый старый способ обработки металла — ковка. Много веков «прожил» он и дошел до наших дней. Но лишь в мелких ремонтных мастерских и на подсобных работах в цехах можно встретить теперь молотобойца с занесенной над головой кувалдой. Его труд давно заменили машины—ковочные молоты.

На металл обрушивается теперь падающая часть молота, огромный стальной цилиндр — «баба», ее вес порой достигает нескольких тонн. Такому «молотобойцу-богатырю» под силу обработать гигантские изделия весом в десятки и сотни тонн. Однако при обычной или, как ее еще называют, свободной, ковке невозможно добиться большой точности обработки. Металл принимает лишь грубые очертания будущей детали. Значительно точнее ковки другой способ — штамповка. Во время штамповки металл заполняет полость штампа — металлической формы — и приобретает ее очертания. Металлическая заготовка помещается между двумя половинками штампа. Одна из них — неподвижная—называется матрицей. Другая — подвижная — пуансоном. Пуансон закреплен на ползуне пресса и ходит вниз-вверх, вниз-вверх. Опускаясь на заготовку, он давит на нее с огромной силой, и металл послушно заполняет все причудливые извилины штампа.

Один нажим пресса — и деталь готова. Есть прессы, способные каждую секунду давать готовое изделие. За то время, пока откуют несколько деталей, отштамповать успевают сотни штук их. И все сделанные одним штампом детали точь в точь одинаковы. Штамповкой можно изготовлять детали очень сложной формы и настолько точно, что они почти не нуждаются в дальнейшей обработке. Штамповкой делаются такие сложные и громоздкие изделия, как рамы и крылья самолетов, рама и обшивка автомобиля, всевозможные детали судна, сельскохозяйственных машин, предметы обихода: кастрюли, ложки — и бесчисленное множество других изделий.

Ковка и штамповка играют очень большую роль в металлообрабатывающей промышленности. В современном машиностроении количество кованых и штампованных деталей непрерывно растет. Так, в автомобиле их насчитывается до 80%, в паровозе — до 60%.

Если ковка и штамповка «близкие родственники», то совсем не похожа на них прокатка, хотя и здесь металл обрабатывается тоже давлением.

И ковка и штамповка — процессы периодические. А вот прокатка — непрерывный процесс. Непрерывной лентой движется изделие из прокатного стана. Металл пропускается между вращающимися навстречу друг другу валками. Валки обжимают болванку, протаскивают ее между собой и вытягивают ее.

Производительность прокатки огромна.

Родившись на много веков позднее ковки, прокатка быстро отвоевала у нее многие области применения и нашла широчайшее признание. Сейчас прокаткой обрабатывается две трети всего выплавляемого металла.

Здесь и массивные стальные плиты толщиною в полметра и тончайшая фольга для обертки конфет. Могут прокатываться широкие 2-метровые полотнища и волоски для часовых пружин, не шире нескольких долей миллиметра.

Прокаткой получают различной толщины прутки для изготовления из них валов и осей машин, гаек, болтов.

Десятками тысяч километров разбежались по стране рельсы. Их тоже изготовили прокаткой. С ее помощью изготовлено и множество труб, угольников, швеллеров, двутавровых балок— этих необходимых элементов любого строительства.

«Близкий родственник» прокатки — волочение. Металл с помощью давления обрабатывается тоже непрерывно. Заготовка протаскивается через узкое отверстие — глазок, сделанный из очень твердого металла или даже алмаза, и становится тоньше и длиннее. Так изготовляется, например, проволока.

ОБРАБОТКА РЕЗАНИЕМ.

Не в кузнице и не в литейном цехе, а в механических цехах металл чаще всего приобретает окончательную форму. Все, что не смогли сделать другие виды обработки, делает режущий инструмент. Вступают в действие сложные машины — станки, трудятся высококвалифицированные рабочие: токари, фрезеровщики, сверловщики; и хотя масса металла уходит в стружку, изделие приобретает те точные контуры, которые начертил на бумаге конструктор.

Прежде чем попасть на станок, длинные прутки или листы металла разрезаются на части. Сверкает пламя газовой горелки, с огромной быстротой вращаются дисковые пилы, разделяя заготовку на куски.

Очень разнообразную работу приходится выполнять механическим цехам, а поэтому существует много видов станков и инструментов. Основные станки: токарные, фрезерные, строгальные, сверлильные, шлифовальные.

На токарном станке заготовка быстро вращается, а резец, снимая с нее стружку, движется по прямой вдоль нее или поперек. Для различных работ существует много типов различных токарных станков. С помощью их вытачиваются и крошечные, чуть больше макового зерна, детальки часового механизма и огромные колеса, диаметром в несколько метров.

Но вот надо обработать не цилиндрическую, а плоскую деталь. Здесь токарные станки бессильны. И в действие вступают строгальные станки. Резец, снимая стружку, движется вдоль детали. Может и наоборот: двигаться деталь, а резец стоять на месте. На строгальных станках обрабатываются так же канавки и пазы.

Строгание дает большую точность обработки, но малопроизводительно. Поэтому на многих заводах строгание заменяют фрезеровкой. Фрезерные станки обрабатывают изделие точно и быстро. Режущим инструментом здесь служит фреза. Это стальной диск или цилиндр, вокруг которого располагаются зубья. Работая, фреза вращается, и зубья ее поочередно врезаются в металл. Обрабатываемая деталь при этом движется прямолинейно навстречу вращению фрезы или попутно ей.

Фрезами обрабатываются не только плоские поверхности деталей, но и всевозможные фасонные пазы и выемки.

Очень трудная работа — нарезание зубьев шестерен. Ее тоже можно выполнить фрезеровкой с помощью специальных модульно-червячных фрез.

В механических цехах у фрезы и у токарного резца больше о сего дел. Многие работы они способны выполнять. Но вот небольшие круглые отверстия делают не ими. Для этого существуют сверлильные станки. Когда сверло работает, оно вращается и вместе с тем перемещается в глубь отве»рстия, а стружка по спиральным канавкам выбрасывается наружу.

Многие детали окончательную форму приобретают лишь после шлифовки. Шлифовальные станки вооружены кругами, сделанными из очень мелких абразивных зерен. Вращаясь, шлифовальный круг срезает все неровности с поверхности детали и делает ее блестящей.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСКРЫ И УЛЬТРАЗВУК ПОМОГАЮТ РЕЗАТЬ МЕТАЛЛ.

Обработка резанием возможна лишь тогда, когда инструмент намного тверже металла, который он обрабатывает. Очень трудно бывает резать детали из закаленной стали. Некоторые сплавы вообще нельзя обработать резанием. Особенно трудно делать в очень твердых металлах мелкие отверстия и узкие щели. Тонкие сверла и фрезы при этом ломаются.

Блестяще справляется с такой задачей электрическая искра.

Когда между анодом и катодом проскакивает искра, то на аноде образуется углубление, а на катоде — нарост. Это явление называется электроэрозией. Его-то и используют для обработки металла. Деталь, в которой хотят сделать отверстие, служит анодом. К ней подводят катод — инструмент. В результате проскакивания искр в детали образуется углубление, а затем отверстие такой формы, какую имеет катод. «Вырванный» из детали металл вымывается жидкостью. Таким способом — его называют электроискровой обработкой — можно получать даже в твердом металле отверстия и щели любой формы и размера.

В последние годы для обработки металла резанием стали использовать ультразвук. Обрабатываемую деталь помещают в жидкость, в которой взвешены частицы абразивного порошка. Инструмент приводят в быстрые колебания. Под действием ультразвуковых колебаний в жидкости образуются микроскопические пузырьки — пустоты; смыкание их действует на деталь, как удары, а частицы абразива, приходя в бурное движение, начинают грызть деталь. С помощью ультразвука тоже можно получить отверстия любой формы и размера.

...Покачивается тяжелый ковш. В нем еще только жидкий металл, но его уже ждут сотни машин и станков, чтобы превратить в звенящие детали.