| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
ГЛАВА 20.
Пришлось повозиться и со сталью для стволов. Ведь она должна быть прочной, упругой, жаростойкой, простой в обработке — сложное сочетание для металлургов. Что самое интересное, до лета сорок второго мы не имели проблем с такой сталью — множество орудийных стволов, которые уже были либо расстреляны в хлам либо разрушены близкими взрывами, попаданиями снарядов и крупных осколков, детонациями — все эти стволы были отличным заготовительным материалом для пулеметчиков. Но если экстраполировать тенденции, то к зиме 1942/43 этот источник иссякал, тем более что оружейники начинали переделывать стволы на более мелкие калибры — так, для перековки стволов от гаубиц МЛ-20 в стволы калибра 85 миллиметров они за полгода создали систему из пяти специальных станков, которые прокатывали на клиновых оправках отпущенные и разогретые куски стволов на меньший калибр и затем отковывали их, также на оправке. Да и химики активно использовали гаубичные стволы для высокотемпературной обработки веществ под высоким давлением, прежде всего для синтеза топлива. Так что сталь требовалась своя, и много.
Тут, конечно, сыграла свою роль система очистки веществ, что я развивал с августа сорок первого. Конечно, сначала она предназначалась для производства порохов и взрывчатки, затем — составов для напыления на детали, но чем дальше, тем все больше народ проникался идеей создания искусственных, а потому чистых веществ с их контролируемым составом, а значит — и повышенной контролируемостью процессов. Поэтому создание синтетических шлаков стало естественным выходом из затруднений с высококачественной сталью для пулеметных стволов и не только.
Так, очистка стали от серы синтетическими шлаками повышает ударную вязкость минимум на треть — ведь сера соединяется с железом и образует сульфид железа, который скапливается по границам зерен стали, между ними образуется как бы дополнительная прослойка, снижающая связность зерен друг с другом — в результате и уменьшается ударная вязкость. А шлаки помогают вывести серу, причем мы стали применять именно синтетические шлаки, то есть не добавляли в расплав природные ископаемые, а сначала их очищали — химическими, флотационными, гравитационными методами разделяли, скажем, известняк на компоненты, получали таким образом оксид кальция, почти свободный от примесей песка, глины, оксидов железа и прочих составляющих, и уже на основе такого чистого материала создавали шихтовые смеси, добавляя туда кварцевый песок и оксид алюминия — полученные очищением подобными же технологиями, а то и вообще синтезированный из исходных материалов окислением металлов.
Да, технология была трудоемкой, зато мы получили существенно больший контроль над составом примесей, вплоть до того, что могли варьировать состав шлаков для каждой плавки, в зависимости от состава металла — содержания серы, фосфора, легирующих элементов. В итоге, если высококачественной считалась сталь, содержащая не более 0,02-0,03 процентов серы, то мы могли получать сталь с содержанием серы в 0,005 процента. Правда, летом сорок второго технология была малосерийной — хотя на тонну стали требуется всего полтора-два килограмма синтетического шлака, но его получение мы отладили лишь к зиме, а до того компоненты смесей получали практически лабораторными методами, в пробирках, да и чтобы ввести шлак, требовалось продувать жидкую сталь аргоном, в который и вдувались частицы шлака. Правда, аргон можно было использовать повторно, собирая его вместе с отходящими из металла газами, но технологи пока освоили обработку только в двухсоткилограммовых ковшах — а это порядка 20-30 пулеметных стволов с одной плавки. Впрочем, мы уже развернули десять таких линий, так что уже весной сорок третьего в сутки получали почти триста пулеметных стволов по новой технологии, которая прибавила к живучести ствола еще тысячу выстрелов.
Но вот изготовление самих заготовок — сверловка канала — летом сорок второго все еще было узким местом. Поэтому-то много усилий мы направили на то, чтобы делать пулеметные и зенитные стволы центробежным литьем. Естественно, работы начинались не на пустом месте — мы уже применяли центробежное литье для изготовления разных колец, муфт, поршней, снарядов и прочих деталей — менее ответственных и имевших хорошее отношение диаметра к длине. Пулеметные же стволы были узкими и длинными, поэтому пока металл дотечет с одного края формы до другого, вся песчаная футеровка просто осыпется и перемешается. И без нее нельзя — футеровка засыпалась внутрь перед заливкой металла чтобы защитить кожух литьевой формы и вобрать часть газов, которые будут выходить из металла, чтобы они не создавали на его поверхности каверн и пузырей. Да и чтобы получить приличную окружную скорость и надежно прижать жидкий металл к стенкам, требовалось вращать форму очень быстро — все-таки в сравнении с орудийными, пулеметные стволы — слишком малого диаметра, да и у зенитных калибра 23 миллиметра в этом плане не так хорошо. С этим вроде бы справились — для защиты кожуха стали применять графитовую обмазку в жидком виде, благо графит был свой — и сделанный из торфяного синтез-газа, и природный — его залежи были найдены в Минском районе — слой пасты наносился на внутреннюю поверхность формы так же с помощью вращения, затем форма прокаливалась чтобы закрепить обмазку — и дальше направлялась в вакуумную камеру, где уже находился отвакуумированный — то есть практически не содержащий газов — металл, так что низкая газопоглощающая способность графитовой футеровки была некритична. Пока трудоемкость такого производства была довольно высокой и перемещение заготовок и сырья между аппаратами занимала много времени — шлюзы ведь требовалось вакуумировать, но народ уже прорабатывал конвейер с полностью отвакуумированным внутренним пространством — по аналогии с конвейерами для микросхем. Посмотрим что в итоге будет получаться.
Но скорости вращения все еще были высоковаты — если для отливки орудийного ствола калибра 85 миллиметров было достаточно 1200 оборотов в минуту — 20 в секунду, то для пулеметных стволов — в полтора, если не в два раза больше — центробежная сила пропорциональна квадрату угловой скорости и радиусу вращения. То есть минимум две тысячи оборотов вынь да положь. Дело усложнялось тем, что пулеметный ствол сравнительно тонкий, поэтому металл надо вливать тонкой струей, а чтобы он не успел застыть — его надо вливать перегретым. Но, похоже, мучения стоили выигрыша — заготовка выходила минут за десять и ее уже можно было отправлять на чистовую обточку и рассверливание канала до калибра, тогда как при стандартной технологии только на черновую рассверловку ствола у нас уходило до получаса. Правда, стандартная технология была уже отработана, были созданы спецстанки, обучены люди, шли работы по автоматизации, тогда как при новой постоянно возникали проблемы — то футеровка осыпется и форма прогорит, то от коробления из-за температур нарушится герметичность вращающихся деталей и металл польется на пол — там еще было отлаживать и отлаживать.
Да и стандартная технология не стояла на месте. Там ведь основная сложность — проделать первоначальный канал, когда сверло закреплено только с одной стороны, то есть жесткость конструкции недостаточна, и потому оно подвержено уходу в сторону. Вот если бы снизить механические воздействия на него — брак бы существенно снизился. И способы были — мало того что само сверло представляло собой трубку с закрепленной на ней режущей головкой, так технологи колдовали и над самим процессом резания. Например, они умудрились разместить на торце режущей головки несколько наклоненных режущих пластин, так что они врезались в металл друг за другом в шахматном порядке, то есть это было уже не совсем врезание в плоскую поверхность, частично металл откалывался боковыми усилиями. А это упрощало его отделение от массива, скорость резания повышалась, да и стружка получалась гораздо мельче и поэтому проще вымывалась маслом, которое сначала прогонялось к зоне резания через винтовую наружную поверхность и затем отводилось по внутреннему пространству трубки.
Но помимо таких чисто технических усовершенствований привычных методов обработки металла — резанием — отлично выступили и новые — электроискровые и электроимпульсные — методы. Напомню, их мы начали развивать еще в сорок первом, когда я случайно увидел, как ученик ткнул электродом сварочного аппарата в лужицу масла, разлитого на поверхности какой-то железяки — собственно, тогда-то, увидев образовавшуюся в металле каверну, я и вспомнил про эти технологии — подробностей не знал, но про их широкое использование в машиностроении краем уха слышал, поэтому всячески стал способствовать исследованиям и продвижению новых технологий в производстве. И технологии не подкачали.
Напомню, в этих технологиях электрод подводится близко к заготовке, между ними выдаются импульсы напряжения, отчего в зазоре проскакивают искры, которые сильно нагревают небольшие локальные участки электрода и детали, а из-за ударной волны, порожденной искрой, эти участки вырываются из поверхности электрода и детали, часто уже в парообразном состоянии. Как правило, между деталью и электродом помещается жидкий диэлектрик — керосин или минеральное масло, чтобы увеличить электрическую эрозию и ударную волну, а также вынести отрываемые частицы металла из-под электрода. И, хотя в той же электроискровой обработке длительность искрового заряда порядка тысячной доли секунды, но она нагревает металлы до десяти тысяч градусов, а самих искр может проскакивать сотни в секунду, поэтому скорость обработки может достигать 12 тысяч кубических миллиметров в минуту. В электроимпульсной обработке скорость еще выше — там применяется другая полярность — катодом является деталь, отчего износ обрабатывающего электрода гораздо ниже, а длительность импульсов, а значит и искр увеличена до 1-10 миллисекунд, отчего температура снижается, но ее достаточно чтобы расплавить и вырвать металл. Затем к ним добавились анодно-механическая, электроэрозионно-химическая, а потом и ультразвуковая электрохимическая обработки. Наша металлообрабатывающая промышленность все больше сдвигалась в сторону электричества.
Правда, поначалу это было не от хорошей жизни. Например, чтобы обрабатывать детали резанием, требуются прочные инструменты, из твердых сплавов. А эти инструменты надо еще изготовить, причем чтобы их изготовить, надо обрабатывать уже эти твердые сплавы, то есть нужен инструмент сравнительной твердости и сложная термообработка — сначала, чтобы придать начальную форму тем же фрезам, заготовки для них надо разупрочнить нагревом, затем обработать на токарных и фрезерных станках — создать стебель, винтовые канавки, собственно режущие поверхности. Затем все это закалить и затем на шлифовальных станках убрать возникшие коробления, довести до номинальных размеров и заточить. Причем шлифовальных станков требуется несколько — на станках с крупнозернистыми кругами делают первоначальную обдирку, на других станках более тонким зерном делают окончательную доводку и после — полировку. Затем можно попользоваться фрезой пару-тройку часов и отправить на переточку, затем еще раз, а затем уже и перетачивать нечего — остатки фрезы отправляются в переплавку. Муторно, сложно и долго. Даже введение сменных режущих пластин из твердых сплавов все-равно требовало постоянной переточки этих пластин — то есть расход абразивов, труда был немалый, да и шлифовально-заточные станки были непростым изделием — им ведь приходилось выдерживать немалые усилия, чтобы прижимать заготовку к быстро вращающемуся абразивному кругу. И эти круги тоже истираются — снова надо изготовлять абразив промыванием грунтов или просто электропереплавкой корунда, потом все это рассортировать по размеру зерна, отформовать со скрепляющими смесями, обжечь, чтобы круг не развалился при первом же включении станка. Дел много.
Электричество же работало мягко. Так, в анодно-механической заточке медный или стальной диск вращался, к нему подводился и прижимался пружиной затачиваемый инструмент, между ними подавался электролит — жидкое стекло — включался постоянный ток — и начиналась магия. Ток образовывал на поверхности заготовки защитную пленку из электролита, быстро вращающийся диск сдирал ее вместе с кусочками металла, пленка тут же нарастала чтобы снова быть содранной — и так по кругу, пока деталь не приобретала нужных очертаний. И делала она это довольно быстро — так, при линейной скорости диска в 180 метров в секунду и напряжении 20 вольт за минуту снималось до полутора миллиметров металла — обдирочный режим. Прелесть технологии была в том, что для последующих режимов не требовалось переставлять деталь в другой станок или менять диск в этом — просто снизили напряжение до 15 вольт — и уже шлифуем со скоростью 0,1 миллиметр в минуту. А снизили напряжение до 10 вольт — и делаем доводку со скоростью 0,01 миллиметр. Причем никаких усилий, кроме вращающегося диска, в системе нет — металл выдирается мелкими поверхностными кусками электричеством, а не механическими силами, которым сначала надо как следует вгрызться в массив детали — даже при шлифовании. Соответственно, станок может быть довольно простым — лишь бы мог удержать вращающийся диск из стали или меди. Ну да, чтобы получить линейную скорость в 180 метров в секунду, диск диаметром метр надо вращать с частотой почти 60 оборотов в секунду, так что наши первые станки были не настолько производительны — там и диски были поменьше, и скорости пониже. Но они все-равно работали гораздо эффективнее чем обычные заточные станки, особенно когда мы ввели многопозиционную заточку — один станок получил несколько поворотно-подводочных головок, так что можно было одновременно затачивать несколько инструментов, а пластины так вообще ставились в одной головке рядами, так что уже к лету сорок второго заточка инструмента у нас выросла на порядок при существенном снижении расходов и потребностей в мощных станках. (в РИ метод разработан В.Н.Гусевым в 1943 году). К тому же в процессе отсутствовали сильные механические напряжения, отсутствовал нагрев затачиваемой детали, поэтому ее микроструктура оставалась неповрежденной — в ней не появлялись микротрещины, и ее нельзя было перегреть. Соответственно, твердосплавная фреза держалась до четырех часов вместо часа-двух, а на ее заточку уходило полтора-два часа вместо тех же четырех. Электрическая магия.
Но эта технология применялась не только для заточки инструмента. Так, она отлично показала себя на разрезании заготовок. Вращающийся с линейной скоростью 15-20 метров в секунду круг из меди или стали точно так же слегка прижимается к разрезаемой заготовке, между ними подается электролит и ток, и снова работает магия — стальная заготовка диаметром 40 миллиметров разрезается за полторы минуты при силе тока в 40 ампер, а 200 миллиметров — за двадцать минут при 400 амперах. Это быстрее, чем разрезать пилами со вставными сегментами, при том, что пилы механических распиловочных станков — довольно трудоемкая и поэтому дорогая штука, тогда как диск для анодно-механической резки можно делать из меди или даже из обычной мягкой стали, вплоть до кровельного железа. А можно и вообще пилить полосами или поволокой. Да, износ инструмента приличный — до 30 процентов от объема снятого металла для пил из кровельного железа и до 10 процентов для медных дисков, да и скорость все-таки зависит от марки разрезаемой стали, но простота изготовления новых дисков и простота станков перевешивает все. Так, если механическую пилу требовалось устанавливать стационарно и подводить к ней заготовки, которые также надо было надежно закреплять, то агрегат анодного пиления можно было подкатить куда угодно на колесиках, зафиксировать лапами на винтах — и вперед. Кислородная резка по идее тоже обладала такой же мобильностью, он она давала большие тепловые нагрузки, так что окрестности разреза потом все-равно приходилось стачивать, да и кислород надо было еще добыть из воздуха. Анодное же разрезание давало всего полмиллиметра дефектного слоя, который можно было убрать хоть тем же анодным шлифованием, а если резать помедленнее, то дефектный слой вообще отсутствовал.
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
