Металлы и человек - Михаил Васильев

Для получения литья в первую очередь надо расплавить металл. Для этой цели в чугунолитейных цехах стоят младшие сестры домен — вагранки. Это цилиндрические металлические печи, выложенные внутри шамотным кирпичом. Диаметр вертикально поставленного цилиндра вагранки может достигать до 3 м. Высота — 10 м — выше трехэтажного дома.

В вагранку загружают кокс, флюсы, чугунные чушки, стальной и чугунный лом. Сквозь систему фурм в нее подают воздушное дутье. Так же, как и во многих других печах, очень хорошие результаты дает обогащение дутья кислородом.

В нижней части вагранки скопляются жидкий чугун и шлаки. У некоторых вагранок имеются специальные копильники, в которые и стекают металл и шлак. В зависимости от величины вагранка дает от 1 до 25 тонн чугуна в час.

Сталь для литья плавят в небольших мартенах и электропечах. Для расплавления цветных металлов служат различные электропечи.

…Но вот уже волнуется искусственная лава в копильнике. Готов ковш, чтобы отнести горсть металла к форме. А как делают эту форму?

Форму можно сделать только по модели изделия, которое надо получить. Даже имея такое изделие, нельзя, не изготовив формы, получить такое же второе изделие. Дело в том, что модель, по которой будет производиться отливка, отличается от самого изделия.

Прежде всего она имеет другие размеры. Это и понятно: ведь, заполнив в расплавленном виде форму, металл при охлаждении начнет сжиматься, произойдет усадка металла, как говорят литейщики. Поэтому модель всегда несколько больше изделия.

Во-вторых, модель не повторяет целиком формы изделия. Обычно там, где у изделия отверстия, у модели, наоборот, выступы, да еще окрашенные в черный цвет. Впрочем, их назначение сразу станет ясным, как только мы пройдем вместе с нашей деревянной моделью к тому месту, где изготовляется по ней земляная форма.

Если изделие невелико, его отливают в разборной опоке. Опока — это деревянный или металлический ящик, у которого отрезана верхняя половина стенок и нет крышки. В нижнюю половину, перевернув ее, закладывают модель и засыпают землей и формовочной смесью. После того как эта смесь будет достаточно уплотнена, опоку переворачивают, накладывают верхнюю половину ящика и тоже засыпают землей и уплотняют. В земле этой половины ящика проделывают отверстия от модели наружу. Их делают минимум два: в одно наливают металл, по другому уходит вытесняемый из формы воздух. Снова разъединяют половинки ящиков, вынимают модель, устанавливают стержни — вылепленные из особой земляной смеси формы отверстий и углублений в изделии. Эти стержни опираются на земляную форму в местах черных выступов модели — вот мы и выяснили их назначение. Ящики снова складывают. Земляная форма готова к заливке металлом.

Мы очень схематично рассказали о методе литья, называемом литьем в земляную форму. А между тем дело это отнюдь не простое. Взять хотя бы формовочную землю. Ведь только ее приготовление — целая наука. Она должна быть прочной, чтобы ее не размыла тяжелая струя металла. Она должна быть пористой, чтобы дать выход выделяющимся из металла газам. Она должна быть огнеупорной, не содержать легкоплавких веществ, способных «пригореть» к металлу отливки. И т. д. и т. д.

Существуют сотни, наверное, рецептов для составления формовочных смесей. Основой обычно является горелая (старая, отработанная), выбитая из опок земля. В нее добавляют свежие материалы — глину, песок и добавки — каменноугольную пыль, древесные опилки и т. д.

Еще сложнее рецептура материалов, идущих на изготовление стержней. В них вводят масла, жидкое стекло, цемент, сульфидный щелок и т. д. К тому же их нередко подвергают прокаливанию при температуре до 250 градусов. Иногда в них вводится металлический каркас… Если еще добавить, что всех этих разнообразных смесей надо бывает приготовить сотни тысяч тонн — ведь на одну тонну отливок уходит в среднем 6 кубометров формовочной смеси и около 0,5 кубометра стержневой, а объем их в 40 раз больше объема отливки, — вы поймете, почему этим занимаются на крупных заводах целые отделения цехов.

Но вот поток искусственной лавы, озарив, как солнечным лучом, пролет цеха, исчез в литниковом отверстии. После затвердения металла форму можно будет разрушить — она уже выполнила свою роль — и извлечь изделие. А затем очистить отливку от остатков стержней, от пригоревшей формовочной земли. Все это дело непростое. Много тяжелого человеческого труда надо затратить на него.

Поэтому все операции очистки отливок стремятся механизировать. Выбивку опок производят на специальных вибрационных решетках. Формовочная земля под влиянием вибраций рассыпается и проваливается сквозь решетку, а отливка остается на ней. Стержни удаляются в специальных камерах струями воды, подаваемой под давлением до 100 атмосфер. Такая струя под стать лому. Ударь по ней палкой — и палка сломается, словно встретила на пути не зыбкую воду, а стальной прут. Очистка поверхностей отливок осуществляется или обкаткой в барабанах, или в пескоструйных и дробеструйных установках. Струя песка или дроби увлекается потоком воздуха, ударяет в поверхность отливки и освобождает ее от всех посторонних пригоревших веществ. Так же работают и пескогидравлические установки, только вместо воздуха песок здесь увлекается струей воды. Это уменьшает количество пыли, улучшает условия работы.

Множество машин и механизмов помогают в работе литейщикам. Есть специальные машины, приготовляющие земляную смесь. Есть машины — и гигантские машины! — для формовки отливок. Так, на Уралмашзаводе работает пневматическая формовочная машина грузоподъемностью в 40 тонн. Там же работает вибрационная решетка, на которой производится выбивка форм, изготовленных на 40-тонной машине. Кстати, применение ее повысило производительность труда в 20 раз.

И все-таки как бы хорошо было обойтись без всех этих побочных операций — без приготовления земляной и стержневой смесей, без пыльной выбивки опок и пескоструйной очистки.

Мы на первом в мире советском заводе-автомате, выпускающем автомобильные поршни.

За плавильной печью на этом заводе стоит литейная машина. Через каждые несколько секунд под отверстие ее дозатора подходит раздвижная форма — кокиль. Эта форма напоминает две сложенные вместе ладони. В них из дозатора выливается точно рассчитанная порция металла. Не пролив ни единой капли, несет форма застывший металл, потом разъединяется на две половины. Готовую отливку подхватывает механическая рука и ставит на транспортер.

Ладони, только что бережно сформовавшие отливку, возвращаются назад, к дозатору. Специальные механизмы обдувают их для охлаждения сжатым воздухом, смазывают специальным веществом, чтобы увеличить их стойкость. И снова они складываются вместе, готовые принять новую порцию металла…

Это кокильное литье, литье в постоянные формы. Оно уже широко применяется в нашей стране и не только для получения цветных отливок. В металлических формах отливают и чугун и сталь.

Достоинство литья в кокиль — в первую очередь в возможности обеспечить высокую производительность литейного процесса. Кокильное литье легко механизировать и автоматизировать, что мы и видели на первом в мире заводе-автомате. Да и отливка получается куда лучшего качества, чем при литье в землю. Недостаток в том, что в. тех случаях, когда надо получить всего одну-две отливки, применить его нельзя. Слишком уж дорого стоит изготовление разъемной металлической формы. Ее целесообразно делать, только имея целью применить много раз подряд, в серийном или массовом производстве.

К сожалению, литьем в кокиль не удается получить отливок с очень тонкими стенками: металл застывает, не заполнив их до конца. Чтобы прогнать туда металл, надо его подать под большим давлением.

При литье под давлением кокиль соединяется литниковой системой с камерой сжатия, в которой ходит поршень. Вот он поднялся, и эту камеру заполнил металл. Поршень энергично, с большой скоростью и силой давит на металл. Тот устремляется в кокиль и заполняет все его самые тонкие щели. Еще бы, ведь давление достигает тысячи атмосфер! Воздух, заполнявший кокиль, уходит из него в прямо-таки микроскопические щели толщиной в доли миллиметра. Даже подаваемый под таким большим давлением металл не может проникнуть в них.

Отлитые этим методом детали имеют чрезвычайно точные размеры, чистую поверхность. По большей части они не требуют никакой дополнительной обработки.

К сожалению, этим способом еще не научились делать отливки черных металлов: нет материала, который смог бы работать при высоких температурах и таких же давлениях. Да и цветные отливки удается получать не больше нескольких килограммов весом.