Юный техник, 2005 № 05

Были созданы станки-роботы, находящиеся в закрытой капсуле и действующие без прикосновения рук человека. Это значительно улучшило экологическую обстановку в цехах. Но такие станки можно применять далеко не всегда, а кроме того, СОЖ осталась. И как выяснилось, это далеко не безвредное вещество так или иначе в результате случайных утечек все же попадает в окружающую среду.

Можно ли заменить СОЖ чем-то безвредным? В цехе любого завода есть множество агрегатов, приводимых в действие сжатым воздухом. Еще в начале 80-х годов прошлого века его попытались применить для охлаждения резца. Для этого возле резца установили сопло, которое направляло на него мощную струю воздуха. Скорость в ней была близка к скорости звука, и потому она издавала оглушительный шум. С этим можно было бы мириться: существуют специальные противошумовые наушники.

Но оставался главный недостаток такого охлаждения — чрезмерно большой расход воздуха.

Чтобы снизить его, попробовали ионизировать воздух при помощи электрического разряда. Такой воздух химически более активен, потому была надежда, что с его помощью можно подействовать на свойства обрабатываемого металла. На такую возможность в принципе указывали и исследования Ребиндера.

Опыты доказали верность решения. Но ионизация требовала опасно высокого напряжения. Оставался большим расход воздуха. К тому же в воздухе появлялся озон. Он полезен в малых количествах и вреден в больших.

И все же идею удалось, как говорится, довести до ума. В Московском государственном технологическом университете СТАНКИН мне показали озонатор, его главная часть — металлическая трубка. По ее оси проходит высоковольтный провод, на него подано напряжение 12 000 В переменного тока с частотой 1000 Гц. Транзисторный источник высокого напряжения потребляет мощность около 70 Вт. Это и есть ионизатор. Разработали его кандидаты наук Е.Чекалова и В.Турин. Корпус ионизатора заземлен на массу станка, поэтому поражение работающего электричеством исключено. Воздух, входящий в ионизатор, завихряется и движется, вращаясь вокруг высоковольтного провода. Благодаря этому воздух, прежде чем достичь выхода, проходит путь, намного превышающий длину ионизатора. За это время он успевает многократно подвергнуться действию электрических разрядов.

При обработке твердой конструкционной стали марки 45 этот метод помог получить высокую скорость резания и очень низкий износ резца. Чем объясняется этот успех?

Специалисты применяли воздух низкого давления — всего одна атм. Благодаря этому, содержащиеся в нем озон и ионы успевали полностью прореагировать с поверхностью металла. Это приводило прежде всего к снижению прочности металла, а также к уменьшению трения между стружкой и резцом. Все это и устранило основные причины для выделения тепла. Так ученые из СТАНКИНа сделали стружку холодной, совсем ее и не охлаждая. А экологическая экспертиза установила, что в воздухе, прошедшем мимо резца, ионы и следы озона содержатся в ничтожных количествах.

Так что если к нам и в самом деле через какое-то время залетят инопланетяне, им будет легче понять, чем же на самом деле занят токарь. При обработке обычных машиностроительных сталей с весьма умеренной скоростью резания 50 — 100 метров в минуту (0,8–1,7 м/с) может выделяться тепловая мощность около 1,5–3 кВт на мм² поверхности режущей кромки резца. Большая ее часть, 75 % — уходит в стружку, 20 % — нагревает резец, 4 % — нагревает деталь, 1 % — уходит в окружающий воздух.

А что будет, если скорость значительно увеличить?

В конце 40-х годов в Томском политехническом институте попытались найти предел скорости резанья. Постепенно увеличивая ее, сначала получили стружку, раскаленную докрасна. Дойдя до скорости резания в 4000 метров в минуту (это примерно в 100 раз больше обычной), заметили на стружке признаки оплавления. Что не удивительно. Плотность потока энергии могла достигать 100 кВт/мм² — почти как в пятне хорошего лазера!

Но эти рекордные цифры относятся к чистому резанию. У обычного же токаря, делающего штучные детали, много времени уходит на отладку режима, измерения размеров и смену деталей. Стократное увеличение скорости привело бы к сокращению времени на изготовление детали лишь в два-три раза. Зато прибавилось бы хлопот с раскаленной стружкой и резким ускорением износа станка и резца.

Правда, среди токарей встречаются «олимпийские чемпионы». Полвека назад ленинградский токарь Генрих Борткевич работал со скоростью резания 1000 метров в минуту. Ему дали Сталинскую премию, ставили всем в пример. Но сравняться с ним смогли лишь немногие.

А изыскания в области высоких скоростей резания даром не пропали. Столь быстро смогли работать станки-автоматы. Здесь все вспомогательные операции выполняются без участия рук человека, и сверхвысокие скорости резания заметно повышают производительность.

А.ИЛЬИН

Рисунки автора

* * *