Николай Мезенин - Занимательно о железе
Крупные подшипники нужны для непрерывной разливки стали. Кроме высокой температуры, им приходится выдерживать солидные механические нагрузки. Специалисты института проблем материаловедения АН УССР разработали в 1983 году новый спеченный подшипниковый материал на основе железа с добавкой фторида кальция. Использование его в подшипниках позволяет повысить ресурс работы роликов нулевых секций установок в 2 раза, сократить простои и стоимость ремонтных работ, исключить затраты на смазку и существенно упрощает конструкцию узлов трения. Спеченные подшипники уже действуют на машине непрерывного литья заготовок на Новолипецком металлургическом комбинате — только за год они сберегли более 175 тысяч рублей.
Волгоградский подшипниковый завод (ГПЗ-23) выпускает шариковые подшипники почти исключительно для автомобильной промышленности. В цехах установлено самое современное автоматическое оборудование отечественного производства.
Богат и разнообразен мир подшипников в современной технике! Без воздушных подшипников не обходятся высокооборотные устройства: гироскопы, скоростные бормашины, шлифовальные головки. Советские конструкторы заставили шлифовальный шпиндель вращаться на таких подшипниках со скоростью 600 тысяч оборотов в минуту. Для этого пришлось подавать воздух в подшипники под давлением в 650 кПа. Изменением давления воздуха регулируют скорость вращения.
В технике нужны и миниатюрные подшипники. Для их производства создается специальное оборудование на Ленинградском станкостроительном объединении им. Свердлова. Станок с ювелирной точностью до десятых долей микрона обрабатывает подшипник, не превышающий по размеру спичечную головку. Для обработки столь мелких деталей недостаточно алмазного инструмента — ему помогает ультразвук. Высокочастотные колебания позволяют добиться зеркальной чистоты поверхности. Предприятие наладило массовое производство десятков типов автоматов. Они в первую очередь заменяют агрегаты с ручным управлением на ГПЗ в Томске и Куйбышеве.
В ГДР смонтирован подшипник массой 125 тонн. Он представляет собой обод, который охватывает барабан цементной печи и вращается с ним на двух опорных роликах. Диаметр внутреннего кольца 6 метров. В Швейцарии выпускают подшипники-малютки с наружным диаметром 1,1, миллиметра. В них находятся три стальных шарика диаметром 0,4 миллиметра каждый. Таких подшипников в спичечную коробку помещается 34 тысячи.
Стальные шарики используются не только в подшипниках. С помощью стального шарика определяется твердость металла по Бринелю. Мелкими стальными шариками, выпускаемыми из сопла дробеструйной установки, обрабатывается поверхность детали — она становится прочнее. Имеются шариковые редукторы и винты, шаровые клапаны.
Стержни для пишущих ручек имеют стальные шарики. Казалось бы, что тут особенного — шарики для авторучек? Но их изготовление требует огромной точности. Например, погрешности по диаметру могут составить не более одного микрона, а отклонение по сферичности три десятых микрона. Иначе в письме появятся “узелки” и микрокляксы. От размера шарика зависит легкость и ровность письма. Сделали шарик вместо миллиметра диаметром всего 0,8 миллиметра и появилась тонкая, ровная линия без помарок. Писать такой ручкой можно без особых усилий.
Поэтому легко понять, почему процесс изготовления шарика столь сложен и продолжителен. Обычно он длится около недели и состоит из десятков самых различных технологических операций — от рубки нержавеющей проволоки на маленькие куски и их пердварительной обкатки до шлифовки и термической обработки. Едва ли после этого нужно говорить, что для производства такой маленькой и простой на вид детали требуется сложнейшее оборудование. Особенно, если учесть, что шариков требуется до 5,5 миллиона штук в сутки!
ТЕХНИКА ПРОИЗВОДСТВА ЖЕЛЕЗА
Микрометаллургия
Современную технику характеризуют две противоположные тенденции — рост гигантов и миниатюризация. Микроминиатюризация, объединяющая химические средства и малые по размерам устройства, получает все большее применение в радиотехнике и электронике. Такое направление развития техники возможно и в других отраслях, например, в металлургии.
Микрометаллургия сейчас уже имеет свою историю. Институт прикладной физики при Ленинградском университете в 1934–1935 годах начал промышленное использование токов высокой частоты для плавки, закалки и пайки металлов. Талантливый экспериментатор в области металлургии А.В. Улитовский применил плавку малых количеств металла с помощью токов высокой частоты на радиочастотных диапазонах коротких волн. В маленькой мастерской на самодельном оборудовании методом жидкой штамповки чугуна получали в смену 20 тысяч мелких деталей массой около 100 граммов каждая. Эту технологию изготовления изделий непосредственно из жидкого металла академик И.П. Бардин назвал микрометаллургией.
В 1936 году в том же институте на маленьких валках диаметром 20–30 миллиметров прокатывали ленту из жидкого чугуна шириной 2 сантиметра и толщиной десятые доли миллиметра. Весной 1937 года впервые в истории металлургии на заводе имени МОПРа была прокатана жидкая сталь и получена доброкачественная стальная лента.
Микропроволоку в стеклянной изоляции получил А.В. Улитовский в 1952–1956 годах. За эту работу ему посмертно присудили Ленинскую премию 1960 года.
Сейчас в СССР имеется уже несколько предприятий по выпуску микропроволоки. Ведущими среди них считается Кишиневское научно-производственное объединение “Микропровод”. С 1960 года с помощью ленинградских ученых здесь было освоено промышленное производство литого микропровода в стеклянной изоляции и налажен серийный выпуск микроминиатюрных измерительных приборов.
Технология получения провода чем-то напоминает известную сказку Андерсена про портных, которые “шили” новый костюм для короля. Размеры продукции кишиневских мастеров можно определить лишь с помощью оптики. Всего из 1 грамма металла вытягивается микропровод длиной до 1 километра.
Все основное производство заключается в индукционной печи. То, что делают эти машины, поистине фантастично — они вытягивают из горячего стекла полую трубочку тоньше человеческого волоса и “вливают” в нее расплавленный металл. Получается провод-паутинка, который широко применяется для производства малогабаритных сверхточных приборов.
В 1980 году в литейном цехе Кишиневского объединения началось внедрение электронной автоматизированной системы управления всем технологическим процессом. Компьютер, управляющий специальными установками для литья, определяет оптимальные режимы работы и постоянно контролирует качество выпускаемой продукции. Это дает возможность каждому оператору обслуживать две установки, а также значительно повысить качество микропровода.
В лаборатории проволоки калиброванного металла Магнитогорского научно-исследовательского института метизной промышленности изготовили тончайшую железную проволоку, тоньше человеческого волоса. Железный “волосок” диаметром 40 микрон обладает высокими электрофизическими свойствами и широко используется в различных узлах и элементах электронной аппаратуры.
Переход на массовое производство микроминиатюрных приборов, превосходящих по своим качествам обычные, ежегодно сберегает тысячи тонн цветных металлов и трансформаторной стали, экономит многие миллионы рублей.
Миниатюрный прокатный стан высотой ниже человеческого роста с мощностью электродвигателей всего 55 кВт и площадью в 25 квадратных метров создан в Киеве. Стан-лилипут прокатывает в листовой материал холодные порошки железа, нержавеющей стали, вольфрама или смесь порошков.
Полученная из порошков широкая прессованная лента проходит операцию спекания в печи, после чего становится гибкой и упругой. Толщина ее может быть с лезвие безопасной бритвы. Таким способом из порошков получают материал с мельчайшими порами. Если через него профильтровать загрязненное масло или горючее для самолетов, то они становится совершенно чистыми.
На этом же стане можно получать биметаллический провод — алюминиевый со стальной сердцевиной, а также плотные медные, никелевые, магнитно-мягкие ленты, проволоку, прокатанные из порошков различных сплавов: все это прекрасные материалы для штамповки деталей различных приборов автоматической и телевизионной, радио- и электротехнической аппаратуры.
Сотрудники ВНИИметмаша и ЦНИИчермета создали прокатный стан, который свободно умещается в… чемодане. Диаметр отдельных его валков всего 1,5 миллиметра и из них выходит лента почти в 50 раз тоньше человеческого волоса. Стан-малютку создали в лаборатории электроники АН БССР. Вместе с двигателем его масса составила менее 5 килограммов. Используют такой стан для получения тончайших ленточек из тугоплавких металлов. Проволока, прокатываемая валками микростана, в 10 раз тоньше человеческого волоса, а получаемые ленточки — в 50 раз тоньше. Работа на агрегате ведется с помощью микроскопа, имеющего стократное увеличение. Для станов-малюток выпускает валки новый цех Старокраматорского машиностроительного завода им. Орджоникидзе. Одни из них — толщиной с карандаш, другие — того меньше. Эти детали устанавливают на прокатных станах, выпускающих тончайшую ленту для бритвенных лезвий, часовых пружин, изделий точной механики. Цех удовлетворит потребности всех малых прокатных станов в стране, его проектная мощность 1500 валков в год.
