Металлы и человек

В начале нашего века был сделан первый качественный скачок — применены для изготовления резцов легированные стали, в состав которых входят хром, вольфрам, молибден и т. д. Режущая кромка резцов из этих сталей еще надежно работала при нагреве до 600–650 градусов. Их применение позволило значительно — в 4–5 раз — повысить скорости резания. Стали эти назвали быстрорежущими: ведь скорость стекания стружки из-под резца поднялась до 30 м в секунду.

Но и это не предел эволюции.

Следующий этап борьбы за скорость резания связан с применением твердых сплавов.

Еще в 1893 году был впервые получен карбид вольфрама. Ученые сразу же заинтересовались его удивительной твердостью — она приближалась к твердости алмаза. И, конечно, сразу же возникла мысль применить это сверхтвердое вещество для резания металла.

Но это оказалось не просто. Карбид вольфрама — вещество чрезвычайно хрупкое. Чтобы изготовить из него резец, пришлось пойти на хитрость. Порошок карбида вольфрама смешали с порошком металла кобальта, спрессовали эту смесь так, что получилась пластинка, которую можно было поставить в державку резца. Прокалили ее под давлением. И оказалось, что кобальт спаял между собой частицы карбида и хрупкость материала резко снизилась.

Такие материалы начали применяться в нашей стране около 1929 года, и стойкость резцов повысилась снова более чем в полтора раза. Ведь вольфрамо-кобальтовые резцы выдерживают нагрев до 900 градусов! Это позволило поднять скорость резания еще в 4–5 раз!

Казалось, на этом возможности металлов исчерпаны, и ученые обратились к керамическим материалам. К ближайшим родственникам глиняного горшка и кирпича. Ведь именно они обладают особенной теплостойкостью. Ведь именно из них делают внутреннюю облицовку доменных печей и своды мартенов.

Конечно, и эта задача — применить керамические резцы — была нелегкой. Только около 1950 года пришли на производство первые неметаллические резцы. Их температурный потолок достигает 1200 градусов.

Основой состава керамических резцов является корунд — окись алюминия. Это самый твердый после алмаза материал. Высока и температура его плавления — 2050 градусов.

Применение керамических резцов позволило увеличить скорость резания до 1000 м в минуту. Таким образом, скорость резания выросла за полвека в 200 раз!

Искра вместо резца

Легенда рассказывает о встрече двух мудрецов древности — царицы Савской и царя Соломона. Испытывая догадливость друг друга, они загадывали хитроумные загадки. Так, царица передала однажды Соломону драгоценный камень, пронизанный извилистым ходом, запутанным, как лабиринт.

— Продень сквозь это отверстие нитку, о мудрый, — предложила она.

Соломон не растерялся. Он взял шелковичного червя и сунул в отверстие. Червь полез по ходу, повторяя все его повороты, а за ним тянулась шелковинка.

— Вот шелковая нить, продетая сквозь твой камень, — сказал Соломон, когда червяк вылез.

Наверное, если бы царица Савская задала Соломону задачу проделать такое отверстие, он, при всей его изобретательности, встал бы в тупик.

В этих дисках аккумулированы воля и мысль человека.

Это было бы нерешимой задачей и для инженера всего лет двадцать назад. Но сегодня проделать криволинейное отверстие даже в самом сверхтвердом сплаве не представляет труда. Конечно, оно не должно быть таким запутанным, чтобы в него нельзя было ввести твердый инструмент, — это все-таки и сегодня задача, не решаемая одной обработкой резанием.

Впрочем, задач, которые не может или только с огромным трудом может решить технолог, располагающий только металлорежущими станками, немало.

Как, например, просверлить в сверхтвердом сплаве отверстие диаметром в 0,02 мм? И как в пластине из закаленной инструментальной стали вырезать узкую щель в виде буквы «ж»?

Все это стало возможным в самые последние годы, после изобретения Б. Р. и Н. И. Лазаренко метода электроискровой обработки металла.

Супруги Лазаренко никогда не занимались металлообработкой. Они, наоборот, искали пути уменьшить пригорание контактов реле и других электрических переключателей. Дело в том, что поработавшие контакты реле часто становятся негодными. Обычно на одной пластине возникает выщерблина, раковина, на другой, наоборот, нарастает бугорок металла. Казалось, проскакивающая между контактами искра переносила частицы металла и наконец насобирала бугорок. Найти методы борьбы с этим вредным явлением и поставили своей задачей Лазаренко.

Исследуя явление, они убедились: да, это искра переносит металл. И тогда возникла идея: а что, если, наоборот, не уменьшить, а увеличить переносящую силу искры и использовать этот метод для обработки металла?

Сегодня станки электроискровой обработки можно найти на многих предприятиях. Вместо сверхтвердого резца у них вставлен инструмент из мягкой латуни. Но не он, а электрическая искра, вылетающая из него, обрабатывает здесь металл.

Заготовка изделия — безразлична ее твердость, предварительная термическая обработка — помещается в ванне с водой или другой не проводящей электрический ток жидкостью. К ней подсоединяют один из электродов довольно сложной электрической схемы станка. Второй элемент соединен с мягким латунным инструментом. Вот он начинает наклоняться над заготовкой, вот приблизился к ней. Замутилась вода около латунного лезвия. Началась прошивка отверстия.

Латунный резец не касается заготовки. Специальное устройство все время поддерживает его на таком расстоянии, чтобы непрерывно проскакивали искры. И по мере образования отверстия резец медленно опускается в него. Нет, он опускается совсем не медленно: ведь под ним сверхтвердая закаленная сталь, которую даже не поцарапало бы лучшее сверло. И все же в пластинке толщиной в 2 см всего за одну минуту мы проделали сквозное отверстие.

Латунный резец можно сделать любой формы и любого размера. Можно просверлить им отверстие диаметром в 5 микрон, в десять раз тоньше человеческого волоса, и вырезать паз любой, самой причудливой формы. Можно им «высверлить» и кривое отверстие.

Электроны вместо резца.

На автоматических заводах будущего и дирекция будет автоматической Но художник, конечно, не ручается, что директор будет выглядеть именно так.

И, пожалуй, самое главное: этим способом можно обрабатывать любой самый твердый металл.

Конечно, у электроискровой обработки есть и недостатки. Она требует больших затрат электроэнергии, ее производительность на мягких металлах ниже, чем при обработке резанием.

Дальнейшим развитием электроискровой обработки является электроимпульсная.

Станки для обработки электроимпульсным методом внешне почти не отличаются от электроискровых. Изменена в них только электрическая схема. Однако производительность электроимпульсной обработки в 5–6 раз выше. Лучше обстоит дело и с расходом электроэнергии и с изнашиваемостью металла «резца».

А вот и еще один станок, в котором инструмент сделан не из сверхтвердого сплава, а из мягкого кровельного железа. Это станок для анодно-механической обработки.