ТЕХНОЛОГИЯ

МЕТАЛЛОВ

Н. И.

А. М. КУЧЕР,
П. Н. ШОРНИКОВ

КРОПИВНИЦКИЙ,

Р. В. ПУГАЧЕВА,

ТЕХНОЛОГИЯ
МЕТАЛЛОВ
ИЗДАНИЕ ВТОРОЕ,
переработанное и дополненное

Под общей редакцией
канд. техн. наук А, М.

по

Кучера

Одобрено Ученым советом
Государственного комитета
профессионально-техническому образованию
при Госплане СССР
в качестве учебного пособия
для профессионально-технических училищ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
МОСКВА 1 9 6 4 ЛЕНИНГРАД

УДК 621. 7/9 (075.3)
Н

Н
КРОПИВНИЦКИЙ. А
Технология металлов. М.

В

М.

КУЧЕР.

излагаются

пособии

Р

В

ПУГАЧЕВА

Л., Изд. «Машиностроение*, 19Ы

по

сведения

основам

П

Н

1ПОГЧИКОВ.

504 с. с илл

метал¬

термической обработки, металлургии чер¬
ных п цветных металлов, литейного производства, обра¬
ботки металлов давлением, паяния и сварки, обработки
металлов
резанием,
слесарной обработки, а также
электрических и ультразвуковых методов обработки ме¬
ловедения

таллов.

и

Дано

станков

щих

описание
и

их

основных

типовых

видов

металлорежу¬

механизмов.

Рассмотрен вопрос модернизации
металлообрабатывающего оборудования
и

нием

систем

программного

Специальный
материалам:
ждающим

раздел

пластмассам,

автоматизации

с

использова¬

управления.

посвящен

неметаллическим

абразивам

и

смазочно-охла¬

веществам.

Книга предназначена для учащихся профессиональ¬
но-технических

училищ.

учащимися техникумов,
ного

Она
а

может

1акже

в

быть
сети

использована

производствен¬

обучения.

Рецензенты: канд.
И. А. Малышев

техн.

наук

П.

/7.

Бычков

и инж.

ВВЕДЕНИЕ
В Программе КПСС, принятой XXII
востепенное

значение для

съездом, сказано:

«Пер¬

технического

перевооружения всего
народного хозяйства имеет развитие машиностроения, всемер¬
ное форсирование производства автоматических линий и машин,
средств автоматики, телемеханики

и

электроники,

точных

при¬

боров».1
Среди

большого количества используемых в машинострое¬
материалов ведущее место занимают металлы и сплавы,
которые являются основой современной техники, современного
нии

прогресса в области науки, основой благосостояния народа.

Для
ны

прокатных станов, металлорежущих

стан¬

постройки кораблей нужны высококачественные
стали. Производство реактивных самолетов требует

чугупроч¬

изготовления

для

ков,
и

стойких к действию высоких температур.
Советские машиностроители в короткие сроки освоили сотни
новейших конструкций станков общего и специального назначе¬
ния, кузнечно-прессовых автоматов, пневматических формовоч¬
ных сплавов,

ных

машин

машин,

литья

для

литья, множество различных
и

Эти станки,

п.

т.

процесс
ляют

работы,

людей

машины

повышают

от тяжелого

вышению качества

под

давлением

приборов,
и

и

автоматические

и

линий

линии

производительность

физического труда

выпускаемой

центробежного

автоматических

ускоряют
труда, избав¬

способствуют

по¬

продукции.

царской России

самую отста¬
этой отсталости служат
лую промышленность.
данные по выплавке чугуна и стали, составляющих основу ме¬
таллопромышленности. В 1913 г. чугуна было произведено всего
4,2 млн. т; столько же было выплавлено стали. Такой уровень

Советский народ получил

от

Показателем

в сравнении с уровнем других стран был чрезвы¬
В. И. Ленин писал: «...Россия остается невероятно,
невиданно отсталой страной, нищей и полудикой, оборудован¬
ной современными орудиями производства вчетверо хуже Ан¬

производства

чайно

низок.

Германии, вдесятеро хуже Америки».2
Октябрьской социалистической революции
под руководством Коммунистической партии

глии, впятеро хуже
После Великой
советский
1

народ

Пр01рамма Коммунистической партии Советского Союза. М., Госполиг-

издат, 1961, стр. 70.
2 В. И. Ленин.

1*

Соч.,

т.

23, стр. 360,
3

ликвидировал
шей страны и
ловечества

вековую технико-экономическую

отсталость

на¬

организатором величайшего в истории че¬
научно-технического прогресса. Об этом прогрессе
явился

вы¬
свидетельствует приведенная на фиг. 1 диаграмма роста
плавки чугуна и стали за время с 1913 по 1965 г.
Наша Родина за годы Советской власти из отсталой аграр¬
ной страны преобразована в могущественную индустриально¬
колхозную державу с самой передовой в мире техникой произ¬
водства.
Только за 1963 год вступило в строй 700 новых крупных го¬
сударственных промышленных предприятий и большое количе¬

Чугун
Сталь

млн.т

выплавк,
Фиг.

1. Рост выплавки стали и чугуна в СССР.

на действующих
цехов и производств
заводах и
Выплавка чугуна увеличилась с 27 млн. т в 1953 г.
до 58,7 млн. т в 1963 г.; выплавка стали за те же годы увели¬
чилась с 38 до 80,2
млн. т;
с
производство электроэнергии
235 до 412 млрд. квтч. Это значит, что за один лишь месяц
стали производилось больше, чем в царской
России за весь
1913 г.
По производству черных металлов и добыче угля наша стра¬
на занимает
второе место в мире. Значительно расширяется
производство редких металлов
германия, циркония, ниобия и
ряда других.
Огромную роль в развитии экономики сыграл взятый пар¬
тией курс на
ускорение технического прогресса. За последние
десять лет создано более 22 тыс. новых типов машин, механиз¬

ство

новых

фабриках.

мов,

4

аппаратов,

различного

оборудования,

стоящих

на

уровне

лучших достижений науки и техники. Организация производ¬
ства современного оборудования дала возможность технически
перевооружить ведущие отрасли народного хозяйства. В ре¬
зультате широкого внедрения новой техники только за послед¬
ние пять лет обновлена почти половина
основных
производ¬
ственных фондов.

Валовая

продукция промышленности Советского Союза за
возросла в несколько раз. Почти в два раза
поднялась производительность труда. Построено более 8500 но¬
вых крупных предприятий.

последние десять лет

Н. С. Хрущев в докладе на Пленуме ЦК КПСС 9 декабря
1963 г. сказал: «Предметом особой заботы партии является по¬
вышение
экономической эффективности производства. Надо
лучше использовать основные производственные фонды, сокра¬
щать сроки строительства промышленных объектов, быстрее
осваивать их мощности, улучшать качество продукции. Мы
должны дать широкий простор развитию наиболее прогрессий
ных направлений в технике и важнейших отраслей
народного
хозяйства в целом. Одной из таких отраслей является химиче¬
1

ская

промышленность».
Технология металлов

комплексной
способах полу¬
чения металлов и сплавов, применяемых в различных отраслях
промышленности и техники, и о способах обработки металлов и
сплавов для получения из них деталей и изделий
различного

дисциплиной,

содержащей

и

материалов

основные

является

сведения

о

назначения.

В

металлообрабатывающей промышленности
определенной конструкции применяют
такие способы обработки, как литье в формы, обработку дав¬
пластической
лением, основанную на
деформации металлов,
современной

для получения деталей

сварку и огневую резку металлов, различные методы термиче¬
ской обработки металлов и обработку металлов резанием.

Юноши и девушки, начинающие свой производственный
путь, должны помнить, что Родина доверяет им большое дело
участвовать в создании новой техники для нашей страны, пре¬
доставляя в их распоряжение первоклассные механизмы, при¬
способления, инструмент и оборудование. Использовать все это
со знанием дела, проявить
техническую сметку с тем, чтобы
обеспечить высокую производительность труда на порученном
долг и святая обязанность каждого из них.
участке
стать
Чтобы
квалифицированным рабочим-металлистом,
каждый учащийся наряду с практическими навыками по из¬

бранной
вами

специальности должен

технологии

основных

металлов.

сведений

1 «Известия»

от

10

о

овладеть теоретическими

Если

металлах

декабря 1963

осно¬

рабочий-металлист не знает
и способов их обработки, он

г*
5

может

допустить серьезные технологические ошибки, которые
приведут к порче инструмента и оборудования, к браку или излишнему расходу материала.
Изучение основ, излагаемых в учебном пособии «Техноло¬
гия

металлов»,

поможет учащимся

нально-технических училищ

скорее

профессио¬
строй квалифици¬

после окончания

встать

в

рованных рабочих фабрик и заводов и принять участие в даль¬
нейшем совершенствовании производственных процессов, стать
деятельными борцами за технический прогресс в социалистиче¬
ской промышленности.

РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ

МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ

ОСНОВЫ

ГЛАВА I
ОСНОВНЫЕ

Значение

СВЕДЕНИЯ ПО МЕТАЛЛОГРАФИИ

металлов в

современной

Металлы применяются

ко.

во

технике неизмеримо вели¬
отраслях промышленности.

всех

При этом чрезвычайно важным является выбор металла с тре¬
буемыми свойствами. Правильный выбор металла обеспечивает
нормальный технологический процесс обработки деталей,
и
механизмов
и
кие эксплуатационные свойства машин
тельный срок службы изделий.

§

1.

Сущность

и значение

высо¬
дли¬

металлографии

Для правильного выбора требуется знание природы, свойств
металлов и их сплавов, а также влияния различных факторов
на эти свойства. К таким факторам относятся: химический со¬
воздействия и ряд
став, внутреннее строение, температурные
Других.
изучающая внутреннее строение и свойства металлов
а также зависимость между составом, структурой и
свойствами, называется металловедением.

Наука,

и

сплавов,

часть науки
Металлография
внутреннее строение металлов.

Изучая
и

новых

изучающая

взаимосвязь между химическим составом, строением

свойствами,

нии

металловедения,

металловедение является также

металлических

ствами, путем изменения

сплавов,

их

наукой

о

созда¬

обладающих особыми свой¬

состава,

термической обработки

и т. д.

Современным

металловедением

созданы

сплавы,

обеспечи¬

прогрессивной техники.
Развитие
металловедения
обусловило усовершенствование
технологических процессов, предупреждение дефектов и брака

вающие развитие самой

в изделиях.

§

2.

Внутреннее

строение металлов

природе существуют разнообразные тела. Несмотря на
кажущееся внешнее сходство, они зачастую имеют различные
:войства. Это различие еще в XVIII в. было отмечено великим
В

7

русским ученым М. В. Ломоносовым, который выделил группу
тел, называемых металлами, и определил ее как «светлые тела,
которые ковать можно». Тем самым была подчеркнута особен¬
и
ность тел, имеющих блеск
обладающих высокой пластич¬
ностью. Ломоносов отметил и вторую особенность этих тел
сходство их строения с солями, т. е. кристалличность. В XIX в.
была создана научная теория строения тел, согласно которой
все

твердые

тела

делятся

аморфные.
Кристаллическим

на

группы:

две

называется

такое

кристаллические

строение,

при

и

котором

атомы

располагаются в строго определенном геометрическом
порядке, закономерно повторяющемся в пространстве. При этом
образуется пространственная кристаллическая решетка, состоя-

Фиг. 2.

Пространственные кристаллические решетки:

бическая объемноцентрированная; б

рованная;

в

а

ку¬

кубическая гранецентри-

гексагональная.

из отдельных ячеек
кристаллов. Практически образова¬
решетки можно себе представить, если мысленно через
точки расположения атомов провести плоскости. В некристал¬
лических (аморфных) телах не наблюдается правильности и
щая

ние

закономерности расположения

атомов.

Пространственные

кристаллические решетки. Наиболее рас¬
пространенными для большинства металлов являются следую¬
щие пространственные кристаллические решетки (фиг. 2): ку¬

бическая

объемноцентрированная, кубическая гранецентриро(плотная).
В- кубической объемноцентрированной решетке (фиг. 2, а)
расположено 9 атомов (8 в вершинах куба и 1 в центре). Такую
решетку имеют железо (при температуре до 910° и выше 1400°),
ванная, гексагональная

хром, вольфрам, молибден, ванадий, натрий и др.
В кубической гранецентрированной решетке (фиг. 2, б)
14 атомов (8 в вершинах куба и по 1 в центре каждой
грани).
Гранецентрированную решетку имеют железо (при температуре
от 910 до 1400°), медь, свинец, алюминий, золото, никель и
др.
Г ексагональная
(плотная)
решетка
кристаллическая
(фиг. 2, в) имеет вид шестигранной призмы, в которой располо¬
жено 17 атомов: 12 в
вершинах, 2 в центре оснований и 3 вну-

Ь

три призмы.
металлы.

Эту

решетку

имеют

магний, цинк, кадмий

и

другие

тетраго¬
Кроме указанных бывают и другие типы решеток
нальная, ромбоэдрическая, ромбическая и т. д.
Атомы в решетке находятся на определенном расстоянии
один от другого. В зависимости от этого расстояния решетки
бывают более или менее плотно упакованные. Атомы стремятся
этим
быть ближе один к другому,
объясняется образование
плотно упакованных решеток, таких, как гексагональная (плот¬
ная), кубическая гранецентрированная и др. В кубической

объемноцентрированной решетке атомы занимают 68% объема,
а
в
74%. В металлах междуатомные
гранецентрированной
расстояния

значительно меньше, чем в неметаллах, поэтому ме¬

таллы имеют значительно

большую

ный вес.
Расположение

в

шетки
шое

атомами,

атомов

решетке,

плотность

междуатомные расстояния

так

значение,

плотность и

как

эти

факторы

в

больший удель¬
насыщения

имеют

значительной

определяют свойства металлов.
Величина решетки характеризуется ее параметрами.

метром

называется

расстояние

ре¬

боль¬
степени

очень

Пара¬

между центрами двух атомов,
Параметры измеряются в анг¬

расположенных на одном ребре.
10"8 сж 0,0000001 см.
1 А
стремах
Кубическая решетка характеризуется одним параметром
(а), гексагональная двумя (а' и в, фиг. 2, в). Параметры
решеток очень малы, они колеблются в пределах от 2,8

(А);

до 6

=

=

А.

Особенность

расположения атомов в кристаллической ре¬
определяет совокупность свойств, характерных для ме¬
неметаллов.
таллов, и отличает их от
Характерные свойства
металлических тел: высокая тепло- и электропроводность, не¬
шетке

прозрачность, металлический блеск, плавкость, способность под¬
даваться обработке. Большинство металлов обладает пластич¬
ностью.

Типичным для

всех

тропроводности при
нейшая

особенность

различных

металлов

повышении
металлов

направлениях

является

резкое падение элек¬

температуры. Наконец, важ¬
свойств в
неоднородность

плоскостей

кристаллической

ре¬

шетки.

Анизотропность кристаллов. Пространственные кристалли¬
ческие решетки характеризуются определенным размещением
атомов в решетке, количеством атомов и параметрами решеток.
Если рассмотреть расположение атомов в различных плоско¬
стях кристаллической решетки, то обнаружится, что насыщен¬
ность

атомов

неодинаковы

в

различных

также

плоскостях

решетки

неодинакова;

междуатомные расстояния.

Установлено,

что этим
скостях

объясняется различие свойств металлов
кристаллической решетки, называемое

в

разных

пло¬

анизотропией

(анизотропностью) кристаллов.
Рассмотрим по фиг. 3 расположение атомов в трех кристал¬
лографических плоскостях кубической объемноцентрированной
решетки. Насыщение атомами
кости

и

куба ABCD (фиг. 3, а)

расстояние между
плоскости

в

ними в плос¬

додэкаэдра KLMN
октаэдра OPR

(фиг. 3, б) и в плоскости
(фиг. 3, в) различны.

Испытание свойств монокристалла меди

указанных выше
что при растяжении

в

предел прочности

плоскостях

показывает,

кубической плоскости
образца, обозначаемый 6*,
в

14 кГ1мм2, а относительное удлинение
б=Ю%; в плоскости октаэдра предел проч¬
ности равен 35 кГ/мм2, относительное удли¬
соот¬
нение 33%; в плоскости додэкаэдра

равен

ветственно

20кГ/мм2

и

50%.Значит,предел

прочности кристалла меди может колебать¬
ся от 14 до 35 кГ/лш2, а относительное уд¬
линение

от

10

до

50%. У ряда

металлов

различной
анизотропность проявляется
теплопроводности (особенно у олова), элек¬
тропроводности и др.
Такие свойства, как удельный вес, теп¬
в

лоемкость, температура плавления, не за¬
висят от направления плоскостей кристалла.
.

Аморфные

тела

имеют

беспорядочную

насыщенность атомами в различных плоско¬
стях решетки. Поэтому их свойства одина¬

направлениях плоскостей кри¬
изотропны.
Итак, все металлы как кристаллические
Кристалли¬
тела анизотропны. Но все ли металлические
плоскости:
ковы во всех

сталла

Фиг.

3.

ческие

они

A BCD плоскость ку¬ изделия также будут анизотропны? Оказы¬
ба; KLMN плоскость вается, не всегда.
OPR
додэкаэдра;
Металлические тела состоят из бесчис¬
плоскость

октаэдра.

ленного множества кристаллов.

Кристаллы

могут ориентироваться в металле либо пра¬
вильно, либо неправильно. При правильной ориентировке оди¬
наковые
кристаллографические плоскости совпадают, при
не совпадают.
Чаще всего ориентировка кри¬
неправильной
сталлов бывает неправильная. Поэтому свойства металлов
получаются в среднем одинаковые во всех направлениях плоско¬
тела. Такие тела назЪШаЮтся квазиЗотропными. Квазизотропность и анизотропность можно создать различными воздей¬
ствиями: термическими, механическими и другими.
стей

10

Например, медь в
ботки получает предел

результате

прочности
костей кристаллической рещетки,
тельное удлинение 45%. Сравните
ранее для монокристалла меди.

соответствующей термообра¬
по

направлениям плос¬
22 кГ/мм2, и относи¬
данные с приведенными

всем

равный
эти

Путем механических воздействий в изделиях получается пра¬
вильная ориентировка кристаллов, поэтому при холодной про¬
катке листовой стали возникают различные механические свой¬
ства вдоль и поперек листа.

Анизотропность
глубокой

имеет

штамповке

большое практическое

стаканов), если кристаллы в
вильно, вытяжка во все сторо¬
ны будет одинакова (фиг. 4,6),

брака

не

получится.

повке

из

заготовки

При

значение.

изделий (например, гильз, цилиндрических

При

заготовке

ориентированы непра¬

штам¬

с

правиль¬
ной ориентировкой кристаллов
вследствие неодинаковой вы¬
тяжки во все

по

стороны

краям

(патронов) получа¬
ются неровности (уши), назы¬
ваемые фестонами (фиг. 4,а).
Это приводит к массовому бра¬
ку. Соответствующей термооб¬
работкой добиваются непра¬
стаканов

Фиг. 4. Штампов'Ка

из

листа

с

раз¬

личной

ориентировкой
кристаллов:
вильной ориентировки кристал¬
а
с правильной; б
с неправильной.
этим
лов, предупреждая
брак.
Анизотропностью пользуют¬
ся для изменения электрических свойств стали. Холодной про¬
каткой добиваются высоких магнитных и электрических свойств
в определенном направлении, благодаря чему достигают значи¬
тельного снижения потерь в трансформаторной стали. Путем
создания
в

анизотропии

можно

добиться

и

увеличения упругости

-

определенном направлении.

Строение реальных кристаллов. Исследованиями структур
кристаллов доказано, что указанные выше кристаллические ре¬
Реальные кристаллы
строении решетки (фиг. 5).

шетки являются идеальными кристаллами.
имеют

значительные

отклонения

в

Причины, вызывающие искажение кристаллической решетки,
различны: температурные условия, при которых образуются
кристаллы (нагрев и скорость охлаждения, условия охлажде¬
ния), напряжения в металле, вызываемые механическими воз¬
действиями. При
ле,

называемые

не

заполненными

этом

происходят смещения

атомов

в

кристал¬

образуется решетка с узлами,
(фиг. 6). Эти дефекты в кристалли¬

дислокациями,
атомами

ческой решетке приводят к резкому ухудшению свойств ме¬
особенно
механических,
таллов,
благодаря чему область
.

11

применения

многих металлов в

современной

технике

резко огра¬

ничена.

Развитием науки

о

физике твердого

тела доказано, что мож¬

но резко улучшить механические свойства металлов и создать
по проч¬
сверхпрочные металлы, в десятки раз превосходящие
безности существующие, путем создания бездефектного, т. е.
такие
идеальные
Учеными
получены
дислокационного, металла.

нитевидные,

кристаллы

называемые

Фиг. 5. Строение кристаллов:
а
идеальное; б
реальное.

Фиг.

Они

«усами».

6.

Решетки:

ционная; б

с

имеют

в

а
бездислокадислокацией.

поперечнике 2 4 мк ив длину 10 15 мк и обладают прочно¬
стью, близкой к прочности идеальных кристаллов. Так, напри¬

мер, получены кристаллы железа, которые имеют прочность

в

50 60 раз больше реальных, а также кристаллы меди, имею¬
щие прочность выше реальных в 15 16 раз.
Другой путь создания сверхпрочных металлических спла¬
вов

это

§

3.

их

путь

легирования

Процессы

и

термической обработки.1

кристаллизации металлов.
кристаллических зерен

Образование

кристаллические решетки образуются в
процессе затвердевания, т. е. при переходе его из
Этот процесс получил название
жидкого состояния в твердое.
называется первичной,
Такая
кристаллизация
кристаллизации.
в отличие от вторичной кристаллизации, которая наблюдается
в твердых металлах. Превращения, происходящие в процессе
кристаллизации, имеют важное значение, так как в значитель¬
ной степени определяют свойства мёталлов.
Впервые процессы кристаллизации были изучены русским

Пространственные

металле

в

Черновым, который
превращений,

ученым Д. К.

ние всех важнейших
талле

1

при переходе

Подробно

о

изводство стали» и

.12

его в

дал

теоретическое обоснова¬

происходящих в жидком ме¬
твердое состояние. Выводы Д. К. Чер¬

и термообработке изложено
«Термическая обработка стали».

легировании

в

главах

«Про¬

получили практическое применение и послужили базой для
современного учения о кристаллизации. Сущность этого учения
состоит в следующем.
В жидком металле происходит непрерывное движение ато¬
мов. По мере понижения температуры
это
замед¬
движение
нова

атомы начинают сближаться, группироваться, образуя
первичные кристаллы, которые получили название зародышей,

ляется,

Фиг. 7. Схема процесса кристаллизации металлов.

или центров кристаллизации. Затем происходит рост кристал¬
лов вокруг этих центров за счет атомов жидкого металла. Од¬

новременно продолжается образование
лизации.

Таким

образом,

новых

кристаллизация

центров кристал¬
состоит

стадий: 1) образование центров кристаллизации; 2)

из

двух

рост кри¬

вокруг этих центров.
На фиг. 7 схематически показан механизм кристаллизации.
Вначале рост кристаллов не встречает препятствий (фиг. 7,а),
поэтому растущие кристаллы еще сохраняют правильную фор¬
му, различаясь только ориентировкой. В дальнейшем жидкого
больше.
металла остается меньше, а растущих кристаллов
Увеличиваясь, кристаллы сталкиваются. В месте соприкоснове¬

сталлов

13

кристаллов рост их прекращается (фиг. 7,б и в); он пррдолжается в тех направлениях, где нет препятствий. В резуль¬
тате правильность формы растущих
кристаллов нарушается.
Получаются группы кристаллов неправильной формы, назы¬
ния

ваемые

зернами.
В зернах сохраняется правильное внутреннее строение каж¬
дого отдельного
кристалла (фиг. 7, г, <?). На фиг. 7, е пока¬
заны
границы зерен. Применяя ускоренное охлаждение или
создавая
неравномерный отвод
древовидной формы, называемые
сталлических

зерен

Фиг.

1
с

8.

имеет

Кривые

тепла,

получают

кристаллы

дендритами. Образование кри¬
практическое значение: от величины

охлаждения при

кристаллизации:

кривая кристаллизации металла
теоретическая кривая кристаллизации металла; 2
4
с
3
петлей;
охлаждения
кристаллизации
кривая
кривая
переохлаждением;
неметалла.

зерен,

их

расположения и

Крупнозернистый
кое

металл

формы
имеет

сопротивление удару.
От чего же зависит величина

ловливают? Прежде
Кристаллизация

зависят

свойства

металлов.

пониженную прочность

зерна? Какие факторы

и

ее

низ¬

обус¬

всего процессы кристаллизации.

в разных условиях и в различных метал¬
лах протекает по-разному. Рассмотрим процессы затвердевания
различных металлов на кривых охлаждения.

Кривые охлаждения различных металлов. Эти кривые пред¬
ставлены на фиг. 8. Они строятся в координатах температура
время.
На кривой 1 показана кристаллизация металла без пере¬
охлаждения, это теоретическая кривая. Вначале температура
понижается равномерно,
кривая идет вниз. По достижении тем¬
пературы затвердевания понижение температуры прекращается
и

на

кривой образуется горизонтальная

кончится

14

кристаллизация,

температура

площадка. Пока не за¬
понижаться

не

будет,

потому

что

образовании кристаллической решетки выде¬
энергия. После затвердевания температура по¬
кривая снова идет вниз.

при

ляется тепловая
нижается,

Практически, однако, кристаллизация протекает несколько
иначе, так как имеет место переохлаждение, т. е. металлы при
температуре затвердевания могут еще оставаться жидкими, и
кристаллизация их начинается при более низких температурах.
Разница между теоретической и истинной температурой кри¬
сталлизации называется степенью переохлаждения. Степень пе¬
реохлаждения может быть незначительной (кривая 2) и боль¬
шой, тогда кривая образует петлю (кривая 3). В последнем

кристаллизации происходит при tK с бурным
кристаллов; при этом выделяется большое коли¬
чество тепла, и температура поднимается, приближаясь к тео¬
ретической температуре кристаллизации, при которой факти¬
чески и произойдет кристаллизация. Кристаллизация неметал¬
лов
(кривая 4) характеризуется постепенным переходом из
жидкого состояния в твердое, т. е. не существует строго опре¬
деленной температуры кристаллизации.
Факторы, влияющие на величину зерна. Большинство метал¬
лов кристаллизуется с переохлаждением, причем степень пере¬
охлаждения у разных металлов различна. Важнейшим факто¬
ром, влияющим на величину зерна при кристаллизации, яв¬
степень
ляется
Степень
переохлаждения
переохлаждения.
определяет число центров кристаллизации и скорость роста
кристаллов. От числа центров и скорости роста кристаллов за¬
висит величина зерна. При большом числе центров и незначи¬
тельной скорости роста зерна будут мельче, при малом числе
крупнее. Если степень пе¬
центров и большой скорости роста
реохлаждения невелика, то число центров получается неболь¬
случае

начало

образованием

скорость роста кристаллов велика. Поэтому при медлен¬
получаются крупные зерна. При большой
степени переохлаждения образуется большое число центров, а
скорость роста невелика. Следовательно, при быстром охлаж¬

шое,

а

ном

охлаждении

зерна будут мельче.
Это подтверждается данными практики: при отливке

дении

стенных

тонко¬

изделий получается мелкозернистая структура, при

от¬

ливке толстостенных

крупнозернистая.
На величину зерна влияют также следующие факторы.
1. Высокая температура вызывает рост зерна. Этим объяс¬
няется «перегорание» электрических ламп: под действием вы¬
сокой температуры происходит рост зерен и ослабление связи
между ними, что приводит к обрыву нити.
2. Отсутствие внутренних препятствий способствует росту зе¬
рен. Если в расплавленный металл ввести мельчайшие частйцы,
называемые

центрами

модификаторами,

кристаллизации,

то

будут

являясь
добавочными
способствовать получению
15

они,

зерна и препятствовать росту зерен. Поэтому в стали,
выплавленной с добавкой алюминия, не происходит роста зерна
до температуры 950°, а введение в расплавленный вольфрам
мелкого

мельчайших

частиц окиси тория предохраняет электролампы от

.«перегорания».
3.

зерна, например при ковке и штамповке, про¬
разрушения оболочки, препятствующей росту зерна.

Разрушение

исходит

из-за

Поэтому
ковки

§

4.

и

для предотвращения роста зерна
штамповки термическую обработку

Аллотропические превращения,

после

применяют

например

происходящие

в

отжиг.

металле

Пространственные кристаллические решетки в некоторых
металлах не всегда являются постоянными. При определенных
условиях решетки могут изменяться. Это изменение происходит
образом

главным

под вли¬

Не
температуры.
исключено влияние и дру¬
гих'
измене¬
янием

факторов

ния

наличия

давления,

примесей
посторонних
и т. п. Способность метал¬
ла

иметь

различные фор¬
ре¬

кристаллической

мы

шетки

алло¬

называется

тропией,

или

полифор-

мизмом.

Аллотропические
вращения

пре¬
происходят в

железе, олове,

бальте
лах.

и

титане,

других

Медь, алюминий

претерпевают
ческих

ко¬

метал¬
не

аллотропи¬

превращений.

Сущность

аллотропии со¬
стоит в том, что при опре¬
Фиг. 9. Аллотропические превращения в
деленных температурах в
железе.
твердом металле возника¬
ют новые центры кристал¬
лизации, в процессе роста которых образуется новая решетка.
Формирование новой решетки происходит с поглощением тепла
при нагревании и с выделением тепла при охлаждении. Поэтому

перестройки решетки температура остается неизмен¬
кривой охлаждения характеризуется горизонтальной
площадкой.
Различные формы кристаллической решетки для данного
обометалла называются модификациями. Эти модификации

в

период
ной и на

16

буквами а, р, у> б. Модификацию, существующую при
температурах, обозначают буквой а.
Важнейшее значение в технике имеют аллотропические пре¬
вращения в железе.
На фиг. 9 представлена кривая охлаждения чистого железа
от расплавленного состояния до комнатной температуры.
До 1535° железо остается жидким. При 1535° начинается
значают
низких

кристаллизация железа, при этом на кривой появляется первая
горизонтальная площадка. После затвердевания образуется ре¬
шетка объемноцентрированного куба
б-железа с параметром

А. Эта решетка сохраняется до 1390°, после чего происхо¬
перестройка ее на новую модификацию у, имеющую гранекубическую решетку с параметром 3,65 А.
центрированную
Ниже температуры 910° у"желез° неустойчиво и переходит в
немагнитную форму а-железа,
новую форму p-железа или
имеющую объемноцентрированную кубическую решетку с па¬
раметром 2,9 А. При температуре 768° происходит последняя
температурная остановка, но она связана не с перестройкой ре¬
шетки p-железа, а с образованием модификации а и появле¬
2,93
дит

свойств. Решетка p-железа чотличается от ре¬
параметром, он равен 2,87 А. Так как а-, р- и
б-железо имеют одинаковые кристаллические решетки, разли¬
чающиеся только параметрами, то в настоящее время р- и бжелезо не выделяют в самостоятельные модификации. Разли¬
и у-железо,
ссчают две важнейшие модификации:
имеющие
характерные существенные различия: a-железо магнитно, у-же¬
лезо немагнитно; сс-железо слабо растворяет углерод, у-железо
обладает способностью хорошо растворять углерод. Это имеет
очень важное практическое значение, так как термическая об¬
работка стали и чугуна связана с получением различных моди¬
магнитных

нием

шетки

a-железа

фикаций
§

железа.

5. Металлические сплавы, их строение и кристаллизация

Применение чистых металлов в промышленности крайне
ограниченно. Это объясняется тем, что чистые металлы не все¬
гда экономически выгодны. Обладая высокой пластичностью,
низкую прочность и твердость. Многие металлы
высокую электропроводность, но с повышением темпера¬
туры электропроводность их падает. Электросопротивление чи¬
стых
металлов
также
невелико и непостоянно при изменении
они

имеют

имеют

температуры,

что не позволяет использовать их в электрических

приборах. Вследствие
стые

металлы

высоких

значительно

коэффициентов

изменяют

объем при

расширения

чи¬

изменении тем¬

что недопустимо в механизмах, работающих в усло¬
трения, в точных приборах и т. д. Твердость и прочность
чистых металлов резко падают при повышении температуры.

пературы,

виях

17

Поэтому

широкое применение

в

технике

имеют

не

чистые

Их преимущества перед металлами несом¬
ненны. Сплавы можно получить почти с любыми заданными
свойствами. Для точных приборов применяют сплавы, у кото¬
металлы,

а

сплавы.

теплового

рых коэффициент

расширения

практически близок

к

сплавы, электрические свой¬
ства которых не зависят от изменения температуры. Исключи¬
тельно большое применение имеют антифрикционные, немагнит¬
нулю; в электрических

приборах

жаропрочные, красностойкие и другие сплавы.
Металлические сплавы
кристаллические тела, полученные
при сплавлении металлов с другими металлами или неметал¬
ные,

лами.

и

К важнейшим промышленным
металлов

сплавы

чугун

бронза

и

таллов

с

сплавы

латунь;

металлами.

компонентами.

трем, четырем

Например,

с

сплавам

относятся
сплавы

неметаллами;

алюминия

Составляющие

и

ряд других
части

сплава

сталь

меди

сплавы

ме¬

называются

Число компонентов может быть равно двум,
более. Получение сплава не всегда возможно.

и

железо

со

свинцом,

свинец

с

цинком

не

образуют

сплава, так как в жидком виде они не дают раствора. Обяза¬
тельное условие для образования сплава
получение однород¬

жидкого раствора соединившихся компонентов. При за¬
сплавы
образуют различные типы соединений,
их
внутреннее строение. Внутреннее строение
определяющие
сплавов резко отличается от строения металлов, из которых они
получены, поэтому и свойства сплавов отличаются от свойств
ного

твердевании

их компонентов.

Строение

сплавов. При затвердевании жидкого раствора в
получаются три типа соединений: 1) механическая
смесь; 2) твердый раствор; 3) химическое соединение.
Указанные виды соединений различаются по структуре и по
свойствам.
1. В сплаве, образующем после затвердевания механическую
смесь, можно различить мельчайшие кристаллы соединившихся
компонентов. Это значит, что в нем будут находиться все их
сплавах

кристаллические
ходит

решетки.

любом

при
ческая смесь

Образование

соотношении

такого

компонентов.

сплава

Сплав

проис¬
механи¬

образуется при одинаковых и при различных кри¬
сталлических решетках.
2. В сплаве, образующем после затвердевания твердый рас¬
твор, будет находиться только одна решетка того компонента,
который является растворителем. Атомы растворенного компо¬
в решетке растворителя. При этом возможны
находятся
следующие виды растворов (фиг. 10): а
твердый раствор за¬
мещения, когда атомы растворителя частично заменены в ре¬
шетке атомами растворенного компонента, и б
твердый рас¬
твор внедрения, когда атомы растворенного вещества внедрены
в решетку между атомами растворителя,
нента

1$

Твердые
чаях, когда

растворы замещения получаются обычно в тех слу¬
атомы растворенного компонента и атомы раство¬

близкие размеры. Это наиболее распростра¬
относятся
медноникелевые,
растворов. К ним
железохромистые, железомарганцевые и другие сплавы. Пре¬
имущественно это сплавы металлов с металлами. Объем новой
решетки несколько изменяется в сторону увеличения или умень¬
шения параметров, в зависимости от размеров атомов раство¬
ренного компонента.
Твердые растворы внедрения получаются обычно при соеди¬
нении металлов с неметаллами
например в сплавах железа
с углеродом. Это объясняется тем, что атомы неметалла
рас¬
творенного компонента (в данном случае углерода) значительно
рителя

имеют

ненные

типы

меньше

по

размерам,

чем

атомы

растворителя. При образовании
твердого раствора внедрения па¬
раметры кристаллических реше¬
ток
растворителя, как правило,
увеличиваются. Твердый раствор

образуется
нии

при любом соотноше¬

компонентов;

если

ком¬

два

10.

Фиг.

растворы
Твердые
решет¬
а раствор замещения; б раствор
ки, то сохраняется решетка того
внедрения.
компонента,
концентрация кото¬
рого превышает 50%.
3. Сплавы
химические соединения имеют
совершенно но¬
понента имеют одинаковые

вую решетку и новые физико-химические и механические свой¬
ства. Они образуются
обычно при соединении компонентов,
расположенных
гого

и

ские

соединения

имеющих

в

периодической
одинаковые

системе

или

далеко

различные

образуются при строго

один

решетки.

определенном

от дру¬
Химиче¬
соотно¬

шении компонентов.

От строения

сплавов

структурой сплава и
же. Строение
сплава

их

зависят

его

свойствами

связано

с

Связь между
рассмотрена ни¬

свойства.

будет

процессом

его

кристаллиза¬

ции.

Кристаллизация
чем

строение,
сложнее

и

сплавов.

чистые

Сплавы

металлы;

резко отличаются

от

имеют

более

сложное

процессы их кристаллизации
процессов кристаллизации ме¬

таллов.

Основное отличие кристаллизации сплавов от кристаллиза¬
ции чистых металлов состоит в том, что сплавы кристалли¬
зуются не при одной строго определенной температуре, а в ин¬
тервале температур, т. е. от температуры начала кристаллиза¬
ции до температуры конца кристаллизации.
Температуры, при которых изменяется строение металлов и
сплавов, называются

критическими

точками.
19

Таким
имеют

образом,

одну

металлы

при

критическую точку,

плавлении
а

сплавы

чение.

Знать температуры

лизации сплавов

рами,

6.

Диаграммы

Количество

интервале

чрезвычайно

и

важное

фазу
зна¬

начала и конца плавления и кристал¬

с высокими температу¬
для
ковки, при выборе
пределов нагрева
режимов термической обработки и т. д.

сплавов для литья,

§

В

жидкую

необходимо при работе

выборе

при

имеют

кристаллизации

две.

фазы

между двумя точками сплав имеет две

твердых кристаллов.
Процессы кристаллизации

и

состояния сплавов

сплавов

с

из двух компонентов

различной концентрацией

так

велико,

изучение всех изменений строения каждого из них при на¬
греве и охлаждении практически невозможно и нецелесообразно.
что

Фиг. 11. Диаграмма состояния сплавов свинец

Для

сурьма.

выявления зависимости состояния сплавов от их концен¬

трации и
сплавов.

температуры

Диаграммы

пользуются

состояния

правильно подойти к выбо¬
при технологической об¬
физические и ряд механических

состояния позволяют

ру сплава, судить
и характеризуют его
свойств. Существуют различные
о

поведении

работке

сплавов:

диаграммами

двойные

сплава

типы

для двухкомпонентных,

диаграмм

тройные

состояния

для трехком¬

важнейшие типы диаграмм со¬
Эти диаграммы строятся в координа¬
тах концентрация
температура.
Диаграмма состояния 1-го рода, соответствующая сплавам,
компоненты которых в жидком виде неограниченно растворимы,
20
понентных

стояния

и

т. д.

двойных

Рассмотрим

сплавов.

а

в

твердом

относятся

(А1

Si),

для

сплава

сплавов

механическую смесь. К таким сплавам
Sb), алюминий
сурьма
(Pb
кремний
цинк (Sn
Zn) и др. Построим диаграмму
Sb. Для этого возьмем несколько различных
и
сурьмы и на вспомогательной диаграмме

образуют

свинец

олово

Pb

свинца

температура
время (фиг.
зации для каждого из этих
вов в процессе охлаждения

11, слева) найдем

точки кристалли¬
определим состояние спла¬
перенесем все эти точки в основ¬

сплавов,
и

ную диаграмму состояния (фиг. 11, справа).
Вначале вычертим кривые охлаждения чистых компонентов
РЬ и Sb (кривые 1 и 6). Заметим, что кристаллизация свинца
при температуре
происходит при температуре 327°, а сурьмы
631°. (Момент их кристаллизации отмечен на кривых горизон¬
тальной площадкой.)
Перейдем к кристаллизации сплавов. Возьмем сплавы сле¬

дующей

концентрации:
1-й: свинца 95%, сурьмы

2-й: свинца 90%,
3-й: свинца 87%,
4-й: свинца 60%,
Кристаллизация

5%;
сурьмы 10%;
сурьмы 13%;
сурьмы 40%.
1-го сплава (5-процентного)

происходит сле¬
дующим образом (кривая 2). До 300° сплав остается жидким,
при 300° происходит замедление падения температуры, на кри¬
вой образуется перегиб; при этом начинается кристаллизация
свинца (так как его здесь большой избыток); температура про¬
должает понижаться; свинца кристаллизуется все больше;
часть жидкого сплава беднеет свинцом и, следова¬
обогащается сурьмой. Когда концентрация сурьмы до¬

оставшаяся

тельно,

13%, при температуре 246° произойдет окончательная
кристаллизация сплава, причем одновременно кристаллизуются
оставшиеся свинец и сурьма. При этом будет иметь место тем¬
стигнет

остановка (на кривой
горизонтальная площадка).
Значит этот сплав имеет две точки кристаллизации (начало и
конец).
Следующий изучаемый сплав (кривая 5), состоящий из 90%
свинца и 10% сурьмы, кристаллизуется аналогично первому, но

пературная

кристаллизации этого сплава наступает при более низ¬
также
кой температуре (около 260°), а конец затвердевания
при 246°, когда концентрация сурьмы в сплаве опять достиг¬
нет
13%. Значит, и этот сплав имеет две точки кристалли¬
зации.
начало

Третий сплав (кривая 4), содержащий 87% свинца и 13%
сурьмы, до температуры 246° остается жидким, кристаллизация
его целиком происходит

при' температуре 246°. При

этом

одно¬

временно кристаллизуются свинец и сурьма, которые образуют
механическую смесь кристаллов. Этот сплав кристаллизуется
при одной температуре, самой низкой для данной системы. Он

21

называется

и

эвтектическим

представляет

собой равномерную

содержащего

60% РЬ

смесь кристаллов.

Кристаллизация

сплава,

и

40% Sb

более высокой температуре (500°).
Этот сплав содержит избыток сурьмы, и в начале кристаллиза¬

(кривая 5),

ции

начинается

избыточные

выделяются

опять появится

температуры.

ция сурьмы

при

сурьмы.

кристаллы

перегиб, характеризующий

Жидкий

понизится

сплав

На

кривой

замедление падения

беднеет сурьмой; когда концентра¬

13%,

сплав весь кристаллизуется при
температуре 246°.
Так кристаллизуются все остальные сплавы свинца и сурь¬
мы: начало их кристаллизации происходит при разной темпе¬
при одной (246°), так как
ратуре, а конец кристаллизации
окончательная кристаллизация происходит тогда, когда состав

до

концентрации эвтектики (87% РЬ и 13% Sb).
точки, полученные на диаграмме температу¬
ра время, на основную диаграмму состояния. Для этого на
оси абсцисс отложим значения концентрации свинца и сурьмы и
из
точек,
соответствующих концентрациям указанных выше
сплавов, восставим перпендикуляры до пересечения с перпенди¬
кулярами, восстановленными из точек температур начала и
конца кристаллизации каждого из этих сплавов, содержащих 5,
10, 13 и 40% Sb. На оси температур найдем точку кристаллиза¬
ции свинца (327°) и точку кристаллизации сурьмы (631°).
Соединив все точки начала кристаллизации, получим линию
линию MEN.
ЛЕВ, а соединив все точки конца кристаллизации
поЛиния АЕВ называется линией ликвидуса (ликвидус
латыни «жидкий»), так как все сплавы, лежащие выше этой
сплава достигнет

Перенесем

все

линии, находятся
трации свинца и
называется
ции

«твердый»):

все

в

жидком

сурьмы).
линией

сплавы,

состоянии

MEN

(независимо

линия

солидуса

лежащие

ниже

конца

от

концен¬

кристаллиза¬

(солидус по-латыни
прямой, при лю¬

этой

бой концентрации РЬ и Sb будут в твердом состоянии. В интер¬
вале между линиями ликвидуса и солидуса сплав состоит из

фаз: жидкого раствора и кристаллов одного из компонен¬
тов- В области МАЕ находятся жидкий сплав и кристаллы свин¬
двух

а в
области EBN жидкий сплав
Сплавы, содержащие менее 13% сурьмы,

ца,

и

сурьмы.

кристаллы

т. е. лежащие влево от

эвтектического сплава, называются доэвтектическими,

а

сплавы,

содержащие более 13% сурьмы и лежащие вправо от эвтекти¬
ки, заэвтектическими. После затвердевания структуры доэвтектического, эвтектического и заэвтектического сплавов будут

различны.
В доэвтектических сплавах наряду
избыточные кристаллы свинца (фиг.
только эвтектика
с

22

с

эвтектикой присутствуют

12, а),

в

эвтектических

эвтектика
(фиг. 12,6),
12,0). Это различие структур опре-

кристаллами сурьмы (фиг.

а

в

заэвтектических

деляет и

свойств

различие

концентрацией.
сплавы имеют

5-процентные,

Но

это

сплавов

свинца
что

не

и сурьмы
все

с

разной

означает,
одинаковую структуру и свойства. Например, как
так и 10-процентные сплавы сурьмы относятся к

доэвтектическим, но в

5-процентном

доэвтектические

сплаве эвтектики меньше, а

кристаллов свинца больше, чем в 10-процентном, поэтому у них
разное начало кристаллизации и различные свойства.
Как практически пользоваться этой диаграммой и опреде¬
Sb в любой концентра¬
лить состояние и структуру сплава Pb
ции при любой температуре?

Для

этого

искомого
линиями

12.

ва при
но

перпендикуляр до пересечения с
и конец
солидуса и определить начало

и

(плавления). Для

Структура
б

сплавов свинец

эвтектический;

заданной температуре

восставить

соответствующей концентрации

точки,

восставить

ликвидуса

кристаллизации

Фиг.

из

нужно

сплава,

в

определения состояния

спла-

доэвтектический;
сурьма: а
заэвтектический.

и

определения его структуры нуж¬
из
точки,
перпендикуляры
соответствующей

заданной концентрации, и из точки, соответствующей заданной
температуре. Точка пересечения перпендикуляров будет нахо¬
области диаграммы, характеризующей ее состояние и
структуру.
Например, требуется определить состояние и структуру
50-процентного сплава сурьмы при температуре 400°. Точка пе¬
ресечения перпендикуляров покажет, что 50-процентный сплав
сурьмы при 400° будет иметь две фазы: жидкую и твердую
(кристаллы сурьмы), так как эта точка лежит в областиEBN.
диться

в

Практическое применение диаграмма находит, например, при
изготовлении подшипниковых сплавов. Пользуясь диаграммой,
установили, что требованиям, предъявляемым к подшипниковым
сплавам (сочетание мягкой основы с твердыми вкраплениями),
доэвтектические сплавы не отвечают, так как у них в эвтектику
вкраплены мягкие кристаллы свинца. Наиболее пригодны
заЗ&ТёКТй'ческие, где кристаллы Sb, вкрапленные в эвтектику,
тверды и могут служить опочрой для мягкой основы, предохра¬
няя ее от

истирания, Важно также,

что заэвтектические сплавы
23

различное содержание сурьмы. Если содержание сурьмы
сплав хрупок и плавится
сплаве высокое
сплава. Практи¬
не
для
подшипникового
что
подходит
труднее,
чески установили, пользуясь диаграммой, что для подшипнико¬
наиболее пригодны сплавы с содержанием
вых
сплавов
имеют

в

заэвтектическом

15 17% сурьмы.
Диаграмма состояния 2-го рода, соответствующая сплавам,
компоненты которых как в жидком, так и в твердом виде пол¬
растворимы. К сплавам, кристаллизующимся по этой
диаграмме, т. е. образующим твердый раствор, относятся спла¬
ностью

вы

хром

Ni),

(Си
Сг)

никель

медь

бальт

(Со

и

Фиг. 13. Диаграмма

дыдущие,
ких

на

основании

др.

железо

никель

Диаграммы

состояния

сплавов

(Fe

строятся,

Ni),
как

и

ко¬

пре-

никель.

медь

кривых охлаждения несколь¬

анализа

различной концентрацией

и чистых компонентов,
из которых данный сплав получен.
никель, пред¬
Построим диаграмму состояния сплавов медь
ставленную на фиг. 13. Кривая 1 относится к чистой меди, ко¬
к
1083°, а кривая 5
никелю,
торая кристаллизуется при
сплавов

с

температура кристаллизации которого 1450°. Кривая 2 характе¬
ризует кристаллизацию 20-процентного сплава Ni с Си. Началу
кристаллизации сплава соответствует точка а; при этом начи¬
нают образовываться
кристаллы твердого раствора никеля в
меди.

Далее процесс кристаллизации продолжается

замедленно
чательно

сплава
логично

Си

24

(кривая

идет более

затвердевает. Таким

протекает

в

определенном

протекает кристаллизация

(кривая 3)

и

несколько

полого), и в точке b сплав
образом, кристаллизация

кристаллизация

интервале

температур.

40-процентного

80-процентного

сплава

окон¬

этого

Ана¬
Ni с
Си

сплава Ni с

(кривая 4). Разница
точки

Ь\

конца

и

лишь

в

том,

что точки

Ь2 кристаллизации

этих

у 40-процентного сплава Ni с Си.
Перенесем все точки начала и конца

начала ах

сплавов

лежат

и

а2

и

выше,

чем

ных

а

сплавов,

грамму Си

чистых

также

меди

и

кристаллизации указан¬

никеля

Ni (фиг. 13, справа). Соединив
линию

сталлизации,. получим

ликвидуса

на

основную

точки

АСВ,

а

начала

диа¬
кри¬

соединив точки

'

линию
ADB. Выше линии
солидуса
кристаллизации
Ni
сплавы
Си
с
в
находятся
жидком
состоянии, а
ликвидуса
в твердом состоянии. В зоне между АСВ
ниже линии солидуса
и ADB имеются две
фазы: жидкий сплав и кристаллы твердого
конца

раствора меди с никелем. Кристаллы, образующиеся в начале
кристаллизации, содержат больше никеля (никель кристалли¬
зуется при более высоких температурах), и состав их значи¬
тельно отличается от исходного сплава. Но так как по мере кри¬
сталлизации процент

никеля в жидком сплаве уменьшается, при

дальнейшей кристаллизации получаются кристаллы

понижен¬

с

против исходного состава процентом никеля. В дальнейшем
при медленном охлаждении происходит диффузия атомов и со¬
став кристаллов выравнивается.
Ni отличается от диаграммы 1-го года, где
Диаграмма Си
в
результате затвердевания получается механическая смесь.
Ni начало и конец кристаллизации насту¬
У сплавов типа Си
ным

.

для сплавов различной концентрации при разных темпе¬
ратурах.
Сплавы, относящиеся к твердым растворам, имеют широкое
применение в технике; об этом будет подробнее изложено ниже.
пают

Диаграмма
компоненты

образует

3-го

состояния

в

которых

химическое

виде

соединение.

магний

соответствующая сплавам,

рода,

жидком

К

растворимы,
сплавам

а

такого

в

твердом

типа

отно¬

кальций

магний
Са), цинк
(Mg
др. Рассмотрение этой и других диаграмм в зада¬

сплавы

сятся

Mg) и
(Zn
чу учебника не
Сплавы

входит.

химические

соединения также

широко применяются

в технике.

В ряде сплавов могут одновременно находиться
ская

смесь,

твердый раствор

ным представителем

таких

и

химическое

сплавов

является

§

V «Термическая обработка

7. Свойства сплавов

стали и чугуна».

в зависимости от их состава и

структуры

указано, что между составом, свойствами и
существует тесная зависимость. Совет¬
учеными-металловедами эта зависимость подробно изу¬

Ранее

было

структурой
скими

Кристалли¬
будет разобрана

сталь.

зация их протекает значительно сложнее, она
в гл.

механиче¬
Типич¬

соединение.

сплавов

чена.
25

Разработана
лена

методика

зависимость

выбор

свойств

изучения структур сплавов, установ¬
сплавов от их строения, определен

различных деталей машин, различных техно¬
процессов и т. д. Кроме того, установлена связь ме¬

сплавов для

логических

жду диаграммами состояния и свойствами сплавов.
Эти выводы имеют исключительно важное практическое зна¬
чение и сводятся к следующему.
1. Сплавы
механические смеси имеют хорошие литейные

свойства. Особенно

это относится

к эвтектическим

сплавам, так

как они отличаются жидкотекучестью и имеют наименьшую тем¬

пературу плавления. Сплавы доэвтектические и заэвтектические
применяются для литья, причем чем больше у этих спла¬
вов интервал между точками начала и конца кристаллизации,
тем меньше их жидкотекучесть и тем больше склонность к обра¬
зованию трещин.
также

Поэтому

применяют сплавы, близкие к эвтектиче¬

для литья

скому составу. Сплавы

механические смеси
широко исполь¬
зуются для плавких предохранителей в электрических сетях, для
припоев, а также для заливки подшипников.
2. Сплавы
твердые растворы являются наиболее ценными
сплавами в технике. Они значительно тверже и прочнее, чем
составляющие их компоненты, и одновременно обладают высо¬
кой пластичностью, зачастую более высокой, чем составляющие
сплав компоненты. Такими свойствами обладают медноцинко¬
вые

сплавы

ски

можно

медь

по

ностью.

(латунь),
получить

Практиче¬

медноникелевые сплавы и др.

медноникелевые

сплавы,

превосходящие

прочности и твердости и не уступающие ей пластич¬
Они нашли большое применение при изготовлении дета¬

лей, которые работают на удар и
высокой прочностью. Эти сплавы

износ

имеют

и

должны

обладать

более высокое* элек¬
что особенно важно,

тросопротивление, чем чистые металлы и,
электросопротивление их не изменяется при изменении темпера¬
туры. Это относится к сплавам никеля с хромом (нихром), по¬
этому они незаменимы в электронагревательных и электроизме¬
твердые
рительных
приборах, реостатах и т. д. Сплавы
растворы благодаря высокой пластичности хорошо обрабаты¬
ваются давлением, пригодны для ковки, прокатки, штамповки,
способны изменять свойства при термической обработке и имеют
повышенное сопротивление коррозии.
3. Сплавы
химические соединения обладают очень высокой
твердостью и высоким электросопротивлением. Иногда твер¬
дость их в 10 раз выше твердости чистых компонентов. Так, на¬
мягкие металлы; кристаллы же хими¬
пример, медь и олово
ческого
высокую

соединения
твердость.

в

сплаве-

Железо

с

меди

с

углеродом

оловом

соединение
Fe3C
карбид железа, называемый
твердость его в 10 раз выше твердости железа.

26

имеют

образуют

очень

химическое

цементитом;

Карбиды вольфрама
достью,

и

используются для

Вместе с тем сплавы
высокой хрупкостью и для

§

титана,

практическое

металлов

К

металлов

и

важнейшим

и сплавов относятся:

структур
анализ, рентгеновский анализ,
и

соединения

отли

давлением неприго,

8. Методы исследования структуры

значение.

высоко

режущих инстру

химические

обработки

Исследование структуры

лизы

отличающиеся

изготовления

металлов

сплавов

методам

имеет

иссле;

макроанализ,

спектральный, термичесю
дефектоскопия (рентгеновская, магнитная и уль

ковая).
Макроанализ.

Этим методом определяется макростр
структура металла или сплава, видимая невооруз
или
глазом
при небольших увеличениях, не превьш
10-кратных (с помощью лупы).

т.

е.

Фиг.

14.

Макроструктура

вильным; б

с

коленчатого
с пра¬
а
вала:
неправильным расположением волокна.

При исследовании макроструктуры можно выявить:
а) дефекты слитка: трещины значительной величинь
газовые
чину и форму усадочных раковин и рыхлостей
неметаллические включения;

б) неравномерное распределение отдельных примес<
(ликвация);
в) расположение волокна в поковках, прокате и т. д.

дящих в состав стали

Исследование макроструктуры производится путем
а

также

и

поверхности макрошли
Макрошлифы изготовляют следующим образом. Из
дуемого металла или сплава вырезают образец, отшлифс
одну из его поверхностей, а затем травят эту поверхносг
тивами
(серной, соляной и другими кислотами). Повб
травленого шлифа рассматривают при небольшом уве/
Для определения химической неоднородности, т. е. нера
ного распределения в металле серы и фосфора, бромос
ную фотобумагу смачивают 5-процентным раствором
изломов,

исследованием

кислоты, просушивают до удаления остатков кислоты и плотно
прижимают к отшлифованной поверхности. Места, богатые се¬

рой,

дадут

бумаге

на

более

темные отпечатки.

Исследование макроструктуры
о

его

качестве.

судить
расположение

Отсутствие

коленчатого

вала

позволяет

фиг. 14 представлено различное
неправильное (б) и правильное (а).

Так,

волокна

на

перерезанных

волокон

обеспечивает

высокие

ме¬

вала.

ханические свойства

Микроанализ. Микроанализ

выявляет

структуру

металла или

до 3500 раз, а
увеличении
сплава, видимую при
в электронные микроскопы до десятков тысяч раз. Эта структубольшом

Фиг. 15.

Макроструктуры:

ра называется
более 100 лет

а

алюминиевой бронзы; б

стали.

был применен
русским металлургом П. П. Аносовым при

микроструктурой. Микроанализ
назад

изучении строения

стали.

При исследовании микроструктуры можно выявить:
а) наличие неметаллических включений (т. е. определить
чистоту металла);
б) величину, форму и расположение зерен;
в) отдельные структурные составляющие сплава;
г) различные микродефекты (волосовины, раковины, тре¬
щины) ;

д) качество термической обработки, глубину закалки, цемен¬
тации, азотирование и др.
Зная микроструктуру, можно объяснить причины неудовле¬
творительности механических свойств, не производя их исследо¬
вания.
применяют микрошлифы,
шлифованием и полированием. От каче¬
ства изготовленного шлифа зависит точность определения струк¬
туры. После полирования поверхность шлифа также травят. Для
Для

изучения

изготовленные

28

микроструктуры

тонким

травления чугуна и стали служит 4-процентный раствор азотной
в
кислоты
спирте, для травления алюминиевых сплавов
0,5-процентный раствор фтористой кислоты в воде. Отдельные
составляющие структуры по-разному растворяются травителем:
одни сильнее, другие слабее. Поэтому под микроскопом полу¬

чается различное отражение света от более и от менее протрав¬
ленных частиц структуры: одни из них кажутся темными, дру¬
светлыми.
гие

Для изучения микроструктуры пользуются вертикальными
горизонтальными микроскопами.
15 представлены микроструктуры
На фиг.

и

алюминиевой

бронзы (а) и стали (б).
Созданные в настоящее

время электронные микроскопы, даю¬
щие увеличение до 100 000 раз, позволяют исследовать резуль¬
таты важнейших процессов, происходящих при термообработке,
исследовать

структуру
металлов и сплавов.
Рентгеновский

тончайших

анализ.

окисных

Рентгеновский

пленок

анализ

различных

применяется

для следующих видов исследования металлов:

а)

структуры кристаллов: формы кристаллической решетки
параметров;
б) определения внутренних дефектов.
Рентгеновские лучи имеют очень короткую длину волны,
изменяемую в ангстремах. Поэтому, когда они направлены на
и ее

решетку

кристаллическую

жаются от ее атомов.

испытываемого

Отраженные

образца,

они

отра¬

лучи либо усиливают падаю¬

щие лучи, либо ослабляют их.
Усиленные лучи дают темные пятна, на фотопластинке появ¬
ляется группа пятен, имеющих определенное расположение. По

характеру расположения пятен определяют форму кристалличе¬
ской решетки и ее параметры.
Применение рентгеновского анализа позволило установить
кристаллическую структуру почти всех химических элементов и
уяснить явления, происходящие при изменении состояния метал¬
лов в

процессе

обработки.

их

Рентгеновский

метод просвечивания основан

на способности

рентгеновских лучей проходить через тела, непроницаемые
света.

для

Благодаря

этому можно установить наличие
внутренних дефектов металла без его разрушения, присутствие
раковин, газовых пузырей, трещин, можно установить однород¬
видимого

ность металла.

Метод
металле

чем при

более

на том, что рентгеновские лучи, встречая в
проходят через него, задерживаясь меньше,
прохождении через сплошной металл. Поэтому они, как
основан

дефект,

интенсивные,

большей

степенью

образуют
почернения

на
и

фотопленке

темные

очерчивают контур

пятна

с

дефекта.
29

рентгеновские аппараты, наиболее распространен¬
промышленности, дают лучи, проникающая способность
которых позволяет просвечивать стальные изделия толщиной до
60 мм, а алюминиевые
толщиной до 400 мм. Новейшие аппа¬

Современные
ные

в

раты при очень высоком напряжении позволяют обнаруживать
аппараты называются

дефекты на глубине до 300 мм. Такие
гамма-дефектоскопами, а используемые

в

них

гамма-

лучи

лучами.

Спектральный

Химический

анализ.

состав

металлических

других веществ можно исследовать по спектру, полу¬
чающемуся от свечения их в раскаленном состоянии. Когда ме¬
таллы или их сплавы раскалены до состояния газа или пара,
они дают характерную для каждого элемента линию спектра.
сплавов и

Натрий, например,
зеленого

цвета.

в

значит

тем,

даже

если

несколько

количество

его

Метод

элементов.

обнаружить

позволяет

что

линию

спектре появилось несколько линий,

в

находится

веществе

мечателен
сплаве,

дает линию желтого цвета, галлий

Если

наличие

ничтожно

мало,

за¬

элемента
а

в
по

также

спектральной линии определить количество этого
Спектральный анализ нашел самое широкое примене¬

интенсивности

элемента.
в

ние

как

промышленности,

очень

точный

производительный

и

метод исследования.

Термический

Термический

анализ.

анализ

основан

на

том,

процессе нагревания и охлаждения металлов и сплавов
структурные превращения всегда сопровождаются выделением
в

что

тепла. Термический анализ выявляет эти теп¬
эффекты,' на основании чего строятся кривые охлаждения
таким образом определяются фазовые превращения.
Дефектоскопия металлов и сплавов. Наряду с исследованием

или

поглощением

ловые
и

структуры

и

металлов

сплавов

в

технике

широко

.

применяется

дефекты ме¬
таллов без нарушения целостности деталей. Существуют магнит¬
ная и ультразвуковая дефектоскопия
простые и удобные ме¬
тоды выявления дефектов.
дефектоскопия,

позволяющая

выявить

внутренние

Магнитный метод применяется для исследования дефектов

в

ферромагнитных металлах, например в стальных изделиях, ни¬
келе и кобальте. Этим методом выявляются дефекты, располо¬
небольшой глубине до 2 мм (например, непровар
сварных швах, неметаллические включения, трещины и др.).
Сущность способа состоит в том, что детали, имеющие дефекты,
женные

на

в

на

намагничивают, затем

магнитный
ста

обладают

магнитные

сах.

30

низкой

силовые

образуются
бы

поверхность деталей наносят

порошок, например порошок железа.

огибают

Однако

магнитопроницаемостью

линии,

магнитные
контуры

вследствие

полюсы.

дефектов,

чего

по

ферро¬
Дефектные ме¬
и

рассеивают

краям дефектов

Магнитные силовые линии
замыкаясь

магнитным методом нельзя

в

магнитных

как

полю¬

определить глубину

за¬

легания

ваться

дефектов. Кроме того, этим
при выявлении дефектов в

методом

нельзя

цветных

металлах

пользо¬
и

их

сплавах.

время успешно и
позволяет осу¬
широко применяется
промышленности,
ществлять эффективный контроль качества изделий и заготовок
из любых металлов на большой глубине и выявлять в них де¬
фекты без разрушения контролируемых изделий.

Ультразвуковая дефектоскопия
в

в последнее

так как

Первые ультразвуковые дефектоскопы были
проф. С. Я- Соколовым.

созданы совет¬

ским ученым

Для контроля металлов применяют ультразвуковые волны с
колебаний 2 10 млн. гц. Эти волны возникают при
колебании пластинки из кварца или из титаната бария. Если

частотой

Фиг. 16. Определение дефекта ультразвуком
по методу звуковой тени.
такую пластинку зажать между двумя металлическими пластин*
ками, к которым подключен переменный ток, то под действием
тока пластинки будут колебаться в такт электрическим колеба¬
ниям. В результате колебаний создаются звуковые волны, они
направляются на поверхность изделия. Эти волны вначале вы¬
зывают колебания поверхностных слоев металла, а затем пере¬

вглубь и проходят через всю толщу металла. При
отсутствии дефектов волны распространяются нормально. Если
на пути встретится дефект, интенсивность
ультразвука изме¬
нится. По изменению интенсивности ультразвука,
проходящего
даются

дефектное место, выявляют дефект.
Существуют различные методы ультразвуковой

через

дефекто¬

скопии:

а) метод звуковой тени;
б) импульсный эхо-метод;
в) резонансный метод.
На фиг. 16 представлен метод звуковой

тени.

Сущность

этого

метода состоит в следующем.
31

Генератор

1

(фиг. 16, а) вырабатывает

электрические

токи

2
ультразвуковые колебания той же частоты.
Ультразвуковые колебания, проходя через исследуемый мате¬
риал, воспринимаются вторым преобразователем 3 и вновь пре¬
образуются в высокочастотные электрические колебания. Эти
колебания очень слабы. Пройдя через специальный усилитель 4,
они усиливаются и фиксируются индикатором 5, по отклонению
высокой

частоты,

трансформируются

которые

специальным

преобразователем

в

стрелки которого устанавливают присутствие тока. При наличии
в материале дефекта (фиг. 16, б),
например раковины 6, ультра¬
звуковые колебания через него не проходят, и за дефектным
местом образуется область звуковой (акустической) тени.
Указанное явление возникает вследствие отражения ультра¬
звуковых волн от границы материал-дефект. Поэтому ультра¬
звуковые колебания вторым преобразователем, установленным
соосно с первым (он обозначен 2), не воспринимаются, и-стрел¬
ка

индикатора

остается на нуле.

Ультразвуковая

дефектоскопия широко используется для
контроля качества поковок, проката, роторов паровых турбин,
рельсов, заклепочных соединений и др. без разрушения изделий.

ГЛАВА It
СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПОСОБЫ ИХ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Чтобы судить о том, насколько различные металлы и сплавы
пригодны для изготовления деталей машин, необходимо знать,
какими свойствами они обладают и отвечают ли эги свойства

требованиям, предъявляемым
изделий

металлических

к

готовым

многом

во

Качество

изделиям.

физическими,
технологическими свойствами
определяется

химическими, механическими и
материалов, из которых они изготовлены.

§

9. Физические свойства металлов

К основным физическим свойствам металлов относят удель¬
ный вес, плавкость, тепловое расширение, теплопроводность,
электропроводность, магнитность и др.

При выборе

металлов

изготовления

для

изделий удельный

большое значение: конструкции и изделия, применяе¬
мые в приборостроении, авто- и
самолетостроении, .должны при
высокой прочности и пластичности обладать небольшим весом.
Поэтому такие изделия и конструкции изготовляются из метал¬
лов и сплавов, обладающих небольшим удельным весом. Наи¬
вес имеет

меньшим
нике,

удельным

весом

среди

обладают магний (1,74)

можность

широко

и

применять

(дуралюмин, силумин)

и

используемых в тех¬
алюминий (2,7). Эго дает воз¬
сплавы на основе алюминия
металлов,

сплавы

*

на

основе

Удельный

магния.

наиболее распространенных металлов приведен в различных
справочниках.
Плавкостью называется способность металлов расплавлять¬
ся, т. е.
при нагревании переходить в жидкое состояние. По¬
казателем
этого
свойства
является
плавле¬
температура
вес

ния.

Тепловым расширением
тел,

включая

металлы,

линейные размеры при
происходит
вода,

ность

2

обратное

которая
при 4° С.

имеет

Технология металлов

называется

расширяться

способность

при

различных

нагревании.

Объем

и

увеличиваются. При охлаждении
явление.
Исключение составляет только
наименьший объем и наибольшую плот¬
этом

33

Степень увеличения или уменьшения первоначальных объе¬
при изменении температуры на 1° характеризуется
коэффициентом линейного расширения. Длина /0 какого-либо
изделия после нагрева на температуру t° составит
мов металла

/=

/0(1+аО,

линейного расширения.
расширения объема тела следует
При расчете
учитывать, что коэффициент объемного расширения равен ут¬
роенному коэффициенту линейного расширения. При расчетах
мостовых ферм, укладке рельс и при точных измерениях учи¬
тывается тепловое расширение. Величина теплового расшире¬
ния у различных металлов
неодинакова. Металлы, имеющие
большой коэффициент расширения, применяются в приборо¬
где а

коэффициент

теплового

строении для деталей автоматически действующих механизмов.
температуре такие детали, удлиняясь, могут
включать либо размыкать электрическую цепь.
Теплопроводностью называется свойство металлов проводить
тепло при нагревании. Чем лучше металл проводит тепло, тем
быстрее и равномернее он нагревается. Теплопроводность ме¬
таллов имеет большое практическое значение. Если металл об¬
ладает низкой теплопроводностью, то для полного прогрева он

При определенной

нуждается

в длительном

нагревании; при быстром

же охлажде¬

образуются трещины, что приводит к неисправимому
браку изделий. Лучшими проводниками тепла являются чистые
металлы
серебро, медь, алюминий. Сталь ввиду сложности
нии

в нем

обладает значительно меньшей теплопро¬
водностью.
Интенсивность перехода тепла от одной частицы тела к дру¬
гой оценивается с помощью коэффициента теплопроводности,

химического состава

представляющего собой количество теплоты, проходящее
1 сек через площадку в 1 см2 при разности температур в 1°
1 см, и выражается в кал/см-сек град.

Электропроводность

важное

свойство

металлов.

К

за
на

мате¬

в

риалам, используемым
электротехнике, могут предъявляться
два различных требования: они должны обладать способностью

либо хорошо проводить электрический ток, либо, наоборот, про¬
тиводействовать прохождению тока и выделять тепло. Эти два
требования характеризуются электропроводностью и электросо¬
противлением.
Сравнивать электросопротивление различных
металлов можно с помощью величины удельного сопротивления.
называется
Удельным
сопротивлением
сопротивление про¬
водника сечением 1 мм2 и длиной 1 м. Для чистого железа
удельное сопротивление равно 0,09 ом-мм2/м. Электропровод¬
ностью

называется

Она выражается
34

в

обратная электросопротивлению.
\/ом±см. .Хорошая электропроводность не-

величина,

обходима для токонесущих проводов. При

изготовлении же спи¬

электронагревательных приборов необходимо, чтобы про¬
водник тока имел большое удельное сопротивление: спираль
будет разогреваться и нагревать окружающую среду. Обычно
в качестве такого
материала применяют не чистые металлы, а
сплавы, чаще всего сплавы никеля и хрома, известные под на¬

ралей

званием

нихром.
Магнитностью
или

ся

называется

притягиваться

свойство

магнитом.

металла

намагничивать¬

Подобными свойствами обла¬

сплавы. Наиболее заметно магнитные свой¬
железа,
никеля, кобальта и их сплавов, назы¬
выражены у
ваемых за эти свойства ферромагнитными. Особенно высокими
магнитными свойствами отличаются некоторые стали. Из таких

дают

железо

и

его

ства

сталей

трансформаторы,

изготовляют

гие изделия. У
ляются

остальных

настолько

металлов
что

незаметно,

электромагниты

магнитные свойства
они

практически

и

дру¬
прояв¬

считаются

немагнитными.

§

10. Химические свойства металлов

химическим свойствам следует отнести способность метал¬
сопротивляться окислению или вступать в соединения с
различными веществами: кислородом воздуха, углекислотой,
влагой и др. Чем лучше металл вступает в соединение с дру¬
гими элементами, тем легче он разрушается. Химическое разру¬
шение металлов под действием окружающей среды при обыкно¬
венной температуре называется коррозией металлов. Коррозия
приносит народному хозяйству большой ущерб.

К

лов

К

свойствам

химическим

металлов

образовывать окалину при
а

также

стях:

растворяться

в

нагреве
различных

кислотах, щелочах и т.

в

относится

способность

окислительной

химически

атмосфере,

активных жидко¬

п.

Металлы, стойкие к окислению при сильном нагреве, назы¬
ваются жаростойкими. Такие металлы применяют для изготов¬
колосниковых

решеток, труб паровых котлов, цемента¬
др. От жаростойкости следует отличать жа¬
роупорность, т. е. способность металлов сохранять в условиях
высоких температур свою структуру, не размягчаться и не де¬
ления

ционных ящиков

формироваться

и

под

действием нагрузки.

коррозии, окалинообразованию и
растворению определяется по изменению веса испытуемых об¬
разцов на единицу поверхности за единицу времени. Например,
кислотоупорность металла (сопротивление растворению в кис¬
лотах) определяется по убыли в весе за 1 ч на 1 м2 поверхно¬
по прибыли в весе
сти, а сопротивление окалинообразованию

Сопротивление

образцов

за

счет

металлов

образования

окислов

за

Г ч

на

1

м2 поверх¬

ности.
2*

35

Знание

химических

позволяет

свойств

металлы для различных

правильно
как

выбирать

изделий, особенно таких,

паропро¬
водные детали, насосы, химическая аппаратура, т. е; изделий,
соприкасающихся с паром, водой, работающих в условиях вы¬
сокой температуры, под действием кислот, щелочей и т. п.

§

II. Механические свойства металлов

и методы их

определения

Механическими свойствами называется совокупность свойств,
определяющих сопротивление металлов или сплавов воздейст¬
вию механических усилий, которые могут прилагаться к изде¬
лию различными способами.
Механические свойства зависят от химического состава,
структурного состояния, внешнего силового воздействия, спо¬
собов технологической обработки металлов и ряда других фак¬
торов. Знание механических свойств очень важно, так как по¬
зволяет

них

оценивать

нагрузок

резанием.

нических

под

работе конструкций

эксплуатационных условиях,
или

металла

поведение

при

а

также

Для сравнения

свойств, полученных

и

при

численных

воздействием внеш¬
деталей машин в

обработке

давлением

характеристик

меха¬

различных лабораториях, необ¬
ходимо, чтобы механические испытания проводились по единой
Эта

методике.
испытания

методика

в

устанавливается

Государственными

для

общесоюзными

каждого

вида

стандартами

(ГОСТ).
Для установления

характеристик механических свойств из¬
материала специальные образцы, кото¬
подвергаются затем испытанию на различных испытатель¬
машинах. В результате воздействия
приложенного усилия

готовляют
рые
ных

образце

из

данного

деформация, проявляющаяся в изменении
формы.
Деформация может быть упругой и пластической. Упругая
деформация исчезает после снятия нагрузки, и к испытуемому
образцу возвращаются начальные размеры. Пластическая, или
остаточная, деформация характеризуется тем, что изменения в
в

размеров

возникает

и

металле, полученные при испытании, остаются после снятия на¬
грузки. Всякий процесс деформации металла состоит из трех
этапов: упругая деформация, пластическая деформация и
раз¬
рушение.

При проведении
рактеристики
ской

как в

механических

области

испытаний

упругой,

так и

в

определяются

области

ха¬

пластиче¬

деформации.

В

зависимости от способа приложения
нагрузки
ские испытания делятся на
три следующих вида.
1. Испытания статические
на

механиче¬

образец

остается
нагрузка
постоянной в течение длительного
промежутка времени или по¬
степенно увеличивается в
процессе испытания. Наиболее

рас-

36

пространенным видом статических испытании является испыта¬
ние на растяжение. Реже применяются испытания на
изгиб,
сжатие, кручение и срез.
2. Испытания динамические
нагрузка на образец возра¬
стает мгновенно и действует в течение незначительного проме¬
жутка времени, т. е. носит характер удара. Наиболее распрост¬
испытание на ударную
раненное из динамических испытаний
вязкость.

3. Испытания при повторных или знакопеременных нагруз¬
нагрузка на образец многократно изменяется по вели¬
чине или по величине и направлению. Этот вид испытания полу¬
чил
в
настоящее время большое распространение и является
ках

Фиг.

Образцы для испытания металлов на разры.в:
плоский образец.
круглый образец; б

17.
а

одним из важных способов оценки прочности металлов в маши¬
ностроении.

К

испытаниям этой

группы

относятся испытания на

выносливость или усталость.

Ниже рассматриваются наиболее распространенные методы
механических испытаний.
Испытание на растяжение. При испытании на растяжение
определяются такие прочностные

свойства,

как

предел упруго¬
сти, предел пропорциональности, предел текучести, предел проч¬
относительное удлине¬
ности, а также пластические свойства
ние и относительное сужение.
Для испытания на растяжение из испытываемого материала
изготовляют круглые или плоские образцы определенной формы
и размеров, установленных ГОСТ 1497 42 (фиг. 17). Образцы

подразделяются
и

на

нормальные и

(длинные

пропорциональные
имеет диаметр 20 мм

короткие). Нормальный круглый образец

и площадь

поперечного

сечения

314 мм2, расчетная длина длин¬

образца Iq 200 мм, расчетная длина короткого (о =100 мм.
Нормальный плоский образец имеет такую же площадь попе¬
речного сечения, как круглый. Толщина плоских образцов обычно
ного

=

37

соответствует толщине листов испытуемого материала. Если
материала недостаточно и нельзя изготовить нормальный обра¬
зец, то изготовляется образец других размеров, пропорциональ¬
ных размерам нормального образца. Такой образец называется
пропорциональным. Он может иметь произвольное сечение, но

определенную

/о=5,651/
сечения образца

образца
ного

расчетную

длину: U

для короткого

и

в

мм2). При

Фиг. 18. Диаграмма растяжения:
чести; б

разрывные

а

плавно

с

для

на

растяжение

возрастающей

на¬

площадкой теку¬

растяжение применяются
Основными частями каждой

ются: станина, механизм,

длинного

площадь попереч¬

без площадки текучести.

на

машины.

/Fq

(Fo

испытаниях

образец растягивается под действием
грузки до разрушения.

Для испытаний

11,3

=

специальные
из

них

создающий растяжение образца,

явля¬
и ме¬

замеряющий

усилия растяжения.
По способу нагружения разрывные машины подразделяются
на машины с механическим и с гидравлическим приводом.
К машинам с механическим приводом относятся универсаль¬
ная рычажно-маятниковая машина типа Р-5 (усилие от 250 до
5000 кГ) и машина ИМ-4Р системы ЦНИИТмаш.
Разрывные машины обычно снабжаются специальным само¬

ханизм,

пишущим прибором, который автоматически вычерчивает кри¬
вую деформации, называемую диаграммой растяжения.
Типичная рабочая диаграмма для металлов, дающих пло¬
щадку текучести,

показана на

щих площадки текучести,

характерные участки
ных качеств

на

фиг. 18, а; для металлов, не даю¬
фиг. 18, б. Диаграмма отражает

и точки, позволяющие

испытуемых

определить ряд цен¬

металлов.

1. На участке
О Рр удлинение образца Д/ увеличивается
прямо пропорционально нагрузке. Нагрузка Pv, до которой со38

закон пропорциональности между нагрузкой и дефор¬
мацией, называется нагрузкой предела пропорциональности.
2. При повышении нагрузки сверх Рр на участке Рр
Ре об¬
разец начинает получать остаточные деформации. Нагрузка Ре,
при которой образец получает остаточное удлинение, равное
0,005% или другой величине, определяемой техническими усло¬
виями, называется нагрузкой предела упругости.
3. На участке выше точки Ре возникают заметные остаточ¬
ные деформации, и кривая
растяжения значительно отклоняется
от прямой.
Нагрузка, вызывающая остаточную деформацию,

храняется

равную 0,2% расчетной длины образца, называется пределом
текучести; горизонтальный участок кривой называется площад¬
кой текучести. Явно выраженная площадка текучести наблю¬
дается у малоуглеродистых сталей; для цветных металлов и
сплавов площадка текучести на диаграмме растяжения не обна¬
руживается.
4. Выше
'

точки

Ps нагрузка

вновь возрастает до точки, соот¬

ветствующей максимальной нагрузке Ръ,
нается ее падение до точки
и

разрушением

требовалась

образца.

для

Рк,

которой начи¬
образованием шейки

после

связанное с

Наибольшая нагрузка Ръ> которая

разрушения

образца,

называется

по¬

нагрузкой

предела прочности при растяжении.
5. После образования шейки происходит падение нагрузки,

образец удлиняется;

в

точке

Рк при непрерывном уменьшении

шейки происходит разрыв образца. Точка Рк опреде¬
ляет усилие в момент разрыва образца и
характеризует пласти¬
ческие свойства металла.
сечения

Характер
стояния

диаграммы растяжения

металла,

а

также

от

формы

зависит
и

от природы и со¬
размера образца. Рабо¬

чая

диаграмма растяжения является условной ввиду непостоян¬
поперечного сечения образца. Для построения диаграммы
истинных напряжений необходимо нагрузку в любой стадии де¬

ства

формации относить не к первоначальной площади поперечного
сечения образца, а к фактической, все уменьшающейся при рас¬
тяжении образца площади.
Усилия, соответствующие основным точкам диаграммы рас¬
тяжения, позволяют установить следующие характеристики со¬
противления металла деформации.

Предел пропорциональности (ор) наибольшее напряжение
Рр,

до которого сохраняется линейная зависимость, т. е. прямая
и деформациями
между
напряжениями

пропорциональность

(см. фиг. 18):
=

кГ/мм2.

Предел упругости (ае) напряжение, при котором деформа¬
ции впервые достигают некоторой малой величины, характеризуе¬
39

мой

устанавливаемым

допуском»

определенным
условиями:

ае=^
*

где

техническими

КГ/ММ*,

О

нагрузка предела упругости в кГ;
начальная площадь поперечного сечения образца в мм2.
Предел текучести (от)
напряжение, начиная с которого

Ре
F0

тела происходит почти без всякого дальнейшего
увеличения напряжения (см. фиг. 18):

деформация

ot=y кГ/мм*.
Предел прочности при растяжении ав
условное напряже¬
ние, которое равно отношению наибольшей нагрузки, предшест¬
вовавшей разрушению образца, к первоначальной площади его
сечения:
ав

Предел

=

^£
*

кГ/мм4.

О

прочности является обязательной характеристикой

общесоюзных стандартах классификации марок

в

стали.

характеристик, при статическом растяжении оп¬
способность их получать
остаточную деформацию под действием статической нагрузки.
Характеристики пластичности рассчитываются по результатам
замеров образца до- и после испытания.
Показатели пластичности металлов
относительное удлине¬

Кроме

этих

ределяется пластичность металлов, т. е.

ние и относительное сужение.

Относительное удлинение 6 определяется
ращения длины образца после разрыва

расчетной

как отношение

его

к

при¬

первоначальной

длине, выраженное в процентах:
8

=

Ь^рЬ.. 100%,
*0

1\
to

разрыва в мм;
образца
(начальная) длина в мм.
Для измерения длины образца после разрыва (1\) обе части
его прикладывают одну к
другой возможно плотнее.

где

после

длина

расчетная

Относительное сужение i|> определяется
шения площади поперечного сечения

первоначальной

как отношение

образца

умень¬

после разрыва

к

площади его поперечного сечения, выраженное

в процентах:

^
где

F0
F1

начальная

площадь

рыва

40

в

=

Г0

100%,

площадь поперечного сечения

поперечного

мм2.

сечения

образца

образца
в

в

месте

мм2;
раз¬

Относительное удлинение и относительное сужение опреде¬
ляют так называемую статическую вязкость металлов и сплавов.
Определение пределов пропорциональности,- упругости и те¬
кучести непосредственно по диаграмме растяжения возможно
лишь при большом масштабе диаграммы. Точное определение
указанных характеристик осуществляется с помощью тензомет¬
ров, устанавливаемых непосредственно на образце и позволяю¬
щих измерять деформацию с точностью до 0,001 0,002 мм.
Испытания на изгиб серого и ковкого чугуна. На изгиб ис¬
пытываются в основном
хрупкие материалы (чугун, закаленная
сталь)-, которые в результаизгиба разрушаются без
заметной пластической де¬
формации.
При испытании на изгиб
чугунных образцов опреде¬
ляют предел прочности при
изгибе и прогиб при изломе

,

а)

те

(максимальную стрелу про¬
гиба).
Испытанию подвергают
необработанные цилиндри¬
ческие
образцы диаметром
30 мм. Для отливок с тол¬
щиной

стенок

свыше

50

мм

Фиг. 19. Схема контроля прочности чугу¬

допускается применение об¬
на методом изгиба: а
образец до испы¬
разцов иного размера. Об¬
тания; б
образец в момент испытания.
разцы не должны иметь де¬
фектов формы или поверхности, а также внутренних дефектов.
Скорость перемещения подвижной головки машины при ис¬
пытании

не должна

0,1 мм/сек.

превышать
на двух

Образец устанавливают

сосредоточенной нагрузкой
шения (фиг. 19). При испытании
жают

моменты
ный

распределяются

изгибающий

момент

опорах и равномерно нагру¬
посередине вплоть до разру¬
по

такой

по

схеме

закону треугольника,
выразится формулой

Мта*

=

Т

изгибающие
и максималь¬

кГ/ММ

действующее усилие в кГ\
I расстояние между опорами в
Предел прочности при изгибе Оизг
мального изгибающего момента Мтах
поперечного сечения образца W:
где Р

мм.

равен отношению макси¬
моменту сопротивления

к

41

Для образцов круглого

момент

сечения

сопротивления

я

W=
w
а для

образцов прямоугольного

Кроме
ляют

32
сечения

шириной b

предела прочности, при испытании

максимальную

стрелу

прогиба f

высотой Л

изгиб опреде¬

на

(фиг. 19)

по

и

отсчетом

по

диаграмме,
прогибометрам
записанной диаграммным аппаратом машины.
Испытания на изгиб производятся На универсальных разрыв¬
или

специальным

ных

машинах,

прессах типа

имеющих

приспособления,

специальные

или

на

ПС.

Методы определения твердости
вают

автоматически

свойство

металлов.

Твердостью

металла

в

назы¬

него

сопротивляться внедрению
дру¬
гого, более твердого тела. Испытания на твердость получили
широкое применение в производственных условиях, представляя
собой наиболее простой и быстрый метод испытания механиче¬

Так как при измерении твердости испытываются
поверхностные слои металла, то для получения правильного ре¬
зультата поверхность металла не должна иметь таких дефектов,

ских свойств.

как окалина,

забоины, крупные царапины

и др.; не должно так¬
поверхности. Существуют различные способы
измерения твердости металлов. Рассмотрим некоторые из них,
наиболее широко применяемые в промышленности.
Измерение твердости вдавливанием сталь¬
ного
шарика
(метод Б р и н ел я). Измерение твердости
по Бринелю заключается в том, что в
поверхность испытуемого
металла вдавливается стальной закаленный шарик
диаметром
2,5, 5 или 10 мм под действием статической нагрузки Р (фиг. 20,

же

быть

наклепа

а). Отношение усилия Р

к

поверхности полученного
обозначаемое НВ:

площади

отпечатка лунки дает значение твердости,

НВ

=

~

к

Г/мм*.

Число твердости, выраженное через диаметр шарика D и
отпечатка
лунки d (фиг. 20), характеризуется сле¬

диаметр

дующей формулой:
НВ

2Р
=

.

nD(D

Yd* ds)

кГ/мм\
1

Диаметр отпечатка измеряется с помощью специальной лупы
(фиг. 20, б). Чтобы не прибегать к длительным и довольно слож¬
ным вычислениям
твердости по приведенной выше формуле, на
42

практике пользуются специальной таблицей, которая дает пе¬
ревод диаметра отпечатка в число твердости НВ. Этот метод
применяется главным образом для измерения твердости неза¬
каленных

металлов

и

сплавов:

Испытание
Фиг. 20.
а
схема испытания

стального

вдавливанием

твердости
твердости

отпечатка

поковок,

прокатных заготовок,
испытании материалов с

отливок и др., так как
при

шариком;

лупой

б

большой

шарика:

измерение диаметра

с делениями.

твердостью стальной шарик при вдавливании будет

деформиро¬

ваться, и результат получится неправильным. Чтобы материал
при вдавливании шарика не продавливался, толщина его дол¬
жна быть не менее десятикратной глубины отпечатка. Диаметр

шарика
сти

и

и

нагрузка

толщины

устанавливаются в зависимости от твердо¬
материала (табл. 1).

испытываемого

Таблица 1
Выбор диаметра шарика

и нагрузки в зависимости
и толщины испытываемого материала

Нагрузка

Толщина образца
в мм

Диаметр
шарика D
в мм

30 D2
и

для

стали

10 D2
ных

для

твердости

кГ

цвет¬

металлов

чугуна
и

2,5 D2
мягких

для более
материалов

сплавов

Более 6

10

3000

1000

6 3

5

750

250

2,5

187,5

Менее 3

в

от

62,5

250
62,5

15,6

-А

По величине твердости, измеренной этим методом, можно су¬
дить о прочности при растяжении, так как между числом твер¬
дости и прочностью существует следующая зависимость: для
кованой и катаной стали ов= (0,34^-0,36) НВ\ для стальноЛ)
литья

Ов=

(0,3-i-0,4) НВ;

для серого чугуна ав

=0,12 НВ;

для
43

литья из

цинковых сплавов

дость может служить

сг =0,09 НВ. Таким образом, твер¬
прочностных свойств

характеристикой

ме¬

таллов.

Измерение
ного

конуса

твердости вдавливанием алмаз¬
(метод Роквелла). Измерение твердо¬

производится путем вдавливания в испытуе¬
стального шарика диаметром 1,58 мм ОАб") или
алмазного конического наконечника с углом при вершине 120°
(фиг. 21). В отличие от способа Бринеля, твердость по Роквеллу
сти

мый

Роквеллу

по

металл

определяют

не

по

площади

(лунки),

отпечатка

а

по

глубине

вдавливания стального шарика или алмазного конического на¬
конечника в изделие. Характерная особенность метода Роквелла

состоит

в

что

том,

вдавливание

шарика

или

конического

нако¬

производится дейст¬
вием двух последовательно
прилагаемых
нагрузок:
предварительной,
равной
10 кГ, и окончательной, рав¬
ной 60, 100 или 150 кГ
(ГОСТ 9013 59). Если под
действием предварительной
нагрузки конический нако¬
нечник или шарик внедрился
нечника

глубину h (фиг. 21),

на

Фиг. 21. Схема контроля твердости по
алмазным кону¬
способу Роквелла: 1
сом;

2

стальным

шариком.

под

действием

ной

нагрузки

на

то

окончатель¬
он

внедрится

глубину й2. Разность глу«

бин h\, на которые прони¬
кает алмазный конический наконечник или стальной шарик под
действием двух последовательно приложенных нагрузок, харак¬
теризует твердость испытуемого материала. Число твердости,
измеренное по методу Роквелла, обозначается HR и выражается
в

условных единицах.

Практически
ливания

на

приборе Роквелла

измерение глубины вдав¬
с шариком
или
конусом производится
число твердости
после измерения отсчиты¬

наконечника

и
автоматически,
вается на циферблате

индикатора. Индикатор стандартизован¬

черную шкалу С для испытания
конусом (закаленных сталей) с нагрузкой 150 кГ и
красную шкалу В для испытания стальным шариком с нагруз¬
кой 100 кГ. Каждое деление шкалы соответствует единице твер¬
дости и равно глубине вдавливания на 0,002 мм.
Стальной шарик (шкала В) применяется для определения
твердости незакаленной стали, бронзы, латуни и других мате¬
ного

прибора

имеет две шкалы:

алмазным

риалов. Испытание очень твердых материалов производится ал¬
мазным коническим наконечником с
нагрузкой 60 кГ, с отсчетом по

44

черной

шкале, обозначаемой

буквой А.

Пределы

измерения твердости

по

шкалам

указанным

приве¬

дены в табл. 2.

Таблица 2
Выбор

шкалы

по

при определении твердости

Роквеллу
Обозна¬

Примерная твер¬
дость по Бринелю
НВ

Обозначение
шкалы Рок¬

Вид наконечника

Нагрузка
в

кГ

велла

чение

Допусти¬
мые

твердости
по Рок¬

пре¬

делы
шкалы

веллу

60 230

В

Стальной шарик

100

HRB

25 100

230 700

с

Алмазный конус

150

HRC

20 67

Свыше 700

А

Алмазный конус

60

HRA

70 85

При выражении твердости по Роквеллу к знаку твердости
HR добавляют индекс, обозначающий шкалу, по которой произ¬
водилось испытание, например: HRC, HRB, HRA,

Фиг. 22. Прибор
1

Виккерсу (а):

для определения твердости по

микроскоп с оптическим микрометром; 2
5
4
лик;
педаль спускового рычага;
шкала

оптического

алмазная

пирамида;

рукоятка взвода;

микрометра

6

3

сто¬

груз;

(б)

Метод Роквелла благодаря высокой производительности,
простоте, точности и незначительному размеру отпечатка, остав¬
на испытуемой поверхности, получил широкое распро¬
странение в промышленности.
алмаз¬
Измерение твердости вдавливанием
ной
(метод Виккерса). При измерении
пирамиды
твердости по Виккерсу в испытуемый металл вдавливается че¬
тырехгранная алмазная пирамида, противоположные грани ко¬
торой образуют угол 136° (фиг. 22). Выбор такого угла при
45
ляемого

что он обеспечивает наилучшее сов¬
твердости HV со значениями чисел твердости по
Бринелю НВ. Значения по HV и НВ совпадают до величины
твердости, равной 450. При большей твердости числа по Вик¬
керсу превышают числа по Бринелю.
Испытания на микротвердость. Стандартные ме¬
тоды определения твердости по принципу статического вдавли¬

вершине объясняется тем,
падение чисел

вания

формы

наконечника

определенной

и

размеров при нагрузках от
5 до 3000 кГ не позволяют опреде¬
лять твердость отдельных структур¬
ных составляющих металлов, метал¬

покрытий и др., так как
стальной шарик или алмазный ко¬
нус, вдавливаясь, занимают значи¬
тельную площадь. Между тем из¬
лических

мерение твердости микроскопически
малых объемов металла имеет боль¬
шое значение для решения целого
ряда технологических и научных
задач. Эти испытания производятся
вдавливанием алмазной пирамиды с
углом при вершине 136° при нагруз¬
ках
2 200 Г
(фиг. 23). Прибор
снабжен микроскопом с окулярным
микрометром

и

тографирования
отпечатков.

Фиг. 23. Прибор ПМТ-3 для
испытания на микротвердость:
1
таль;

2
станина;
испытуемая
де¬
3
механизм
нагружения;

стойка; 5
окулярный микро¬
метр; 6
объектив;
микроскоп; 7
8
алмазная
9
сто¬
пирамида;
4

установкой для фо¬
микроструктур и

Общее увеличение

мик¬

485 раз.
роскопа при окуляре 15х
вычисляется
отпечатка
Поверхность
по длине его диагонали d. Если Р
в микро¬
выразить в граммах, ad
нах,

то

число

определить

по

твердости Н

можно

следующей формуле:

лик.

#
Определение
нием

шарика.

чехословацком

=

1,8544

кГ/мм*.

твердости ударным вдавлива¬
Переносный прибор, сконструированный на

заводе

«Польди-Хютте» (фиг. 24), предназначен

приближенного

определения твердости изделий и заготовок,
преимущественно в цехах и на материальных складах, методом
вдавливания стального закаленного шарика ударом любой силы.
Испытание производится ударом молотка по бойку 1, находя¬

для

щемуся в корпусе

прибора 2; удар передается шарику 5, имею¬
щему диаметр 10 мм. После удара шарик оставляет отпечаток
на испытуемом металле 4 и на
контрольном бруске (эталоне)
46

3,

в

вставленном

прорезь

контрольного бруска
отпечатков должен

отпечатков
к

мым

с

быть

помощью

прибору,

конусной

прибора. Твердость
известна. Диаметр
Измерив диаметры

части

НВ заранее
пределах 2 4 мм.

в единицах
в

лупы,

находят

ориентировочное

таблицам, прилагае¬

по

значение

твердости испытуе¬

мого металла.

указанных выше, применяются также способ опреде¬
твердости царапанием, электромагнитный способ и др.

Кроме
ления

Фиг. 24. Переносный прибор
«Польди-Хютте»для приближен¬
ного

определения
стальным

Ударные
кими

рушаются при
и

др.),

изгиб. Детали машин, обладая высо¬
статической прочности, в ряде случаев раз¬

испытания на

показателями

характеристики

гун

твердости

шариком.

Фиг. 25. Схема маятникового копра (а):
2
3
1
станина;
шкала;
копер; 4
стрелка; 5
образец;
образец для испытания на удар (б).

малых

идущие

на

Поэтому

ударных нагрузках.

механических

свойств

изготовление

таких

для

полной

(сталь,

чу¬

деталей, кроме

ста¬

металлы

испытаний
подвергаются еще испытанию динамиче¬
ударами. Ударные испытания на изгиб
нагрузками
выполняются над образцами стандартной формы по ГОСТ
60 на приборах, называемых маятниковыми копрами
9454

тических
скими

(фиг. 25, а).
Для испытания образец 5 устанавливается на опорах копра
(фиг. 25, б) надрезом по ходу рабочего движения маятника.
47

весом Р и длиной I поднимают на высоту Н и
защелкой. Затем защелку освобождают, маятник

Маятник 3

за¬

крепляют

па¬

разрушает образец и поднимается на некоторую высоту h
другую сторону от вертикальной оси. Угол р подъема маят¬
ника после удара фиксируется стрелкой 4 на шкале 2. Работа
удара Ан, затрачиваемая на разрушение образца, определяется
по разности энергии маятника в положении до и после удара:

дает,
по

Ан]

=

к) кГм.

Р(Н

Подсчет работы удара через
водят по формуле
PI (cos р
А

углы до

Р

вес

Н

высота

ра

h
I

в

маятника

в

после

удара произ¬

а) кГму

cos

н

где

и

кГ\
тяжести

центра

подъема

маятника до

уда¬

м;

маятника

взлета

высота

расстояние

от

центра

после

тяжести

удара

в

м;

маятника

до оси

ка¬

(длина маятника);

чения

углы подъема маятника до и после разрушения об¬
разца.
Ударная вязкость ан характеризуется отношением работы,
затраченной на разрушение, к площади поперечного сечения об¬
разца в месте удара и определяется по следующей формуле:

р

и

а

ан=~р' кГм/сма,
площадь'поперечного сечения образца

где F

в

месте

надреза

до испытания в см2.
Для облегчения расчетов
специальными

зуются

р указана

величина

величина

ан

работы удара Ан. Для хрупких материалов
(0,1 0,2 кГм/см2), для стали она ко¬
от 2 до 12 кГм/см2, для меди 5 5,5 кГм/см2,

мала

очень

леблется в пределах
никеля

18 18,5 кГм/см2. Испытания

большое

лей,

значение

при

подвергающихся

Ударная
удар

по вышеприведенной
формуле поль¬
таблицами, в которых для каждого угла

и

вязкость

выборе
при

выявляет

на

металла

работе

ударную
для

дета¬

динамическим нагрузкам.

способность

устанавливает возможность

вязкость имеют

изготовления

металла

надежной

поглощать

работы

детали,

подвергаемой ударной нагрузке, без внезапного разрушения.
Определение предела выносливости (усталости). Многие де¬
тали

машин

в

процессе работы подвергаются нагрузкам, изме¬
и направлению.
При таких повторно-пе¬
ременных нагрузках работают, например валы, пальцы, шатуны,
няющимся

рессоры,

службы
степенно

Хрупкое
48

но

величине

пружины,

указанных
из

вязкого

шестерни
и

и

др.

В

результате

других металлических деталей
состояния переходит в
хрупкое

состояние объясняется появлением

длительной
металл

по¬

(«устает»).

микротрещин,

кото-

расширяются и ослабляют связь между зернами
этого разрушение наступает при напряже¬
ниях меньших, чем предел прочности.
В различных деталях машин микротрещины появляются и
развиваются с поверхности преимущественно в сечениях с рез¬
кими изломами линий
контура (например, при наличии надре¬
зов, отверстий, раковин и т. п.). Излом усталости состоит из
двух характерных зон: крупнозернистой, получившейся в момент
рые

постепенно

металла.

Вследствие

разрушения образца, и мелкозернистой (фарфоровидной), обра¬
зовавшейся в результате трения металла в местах трещин и над¬
рывов при многократных изменениях напряжений. Из сказан¬
ного следует, что статическая прочность не может характеризо¬
вать выносливость металла при переменных нагрузках.

Фиг. 26. Схема

(усталость)
1

испытания

консольно

патрон; 2

на

выносливость

вращающегося образца

образец; 3

приложения

шарикоподшипник
нагрузки.

для

Испытания на выносливость (усталость) производятся на
различных машинах в зависимости от характера работы#деталей машин. Наиболее распространенными типами машин явля¬
ются: машины для испытания изгибом при
вращении; машины
для испытания при растяжении
сжатии; машины для испыта¬
ния при кручении.

Для определения предела
подвергают

испытанию

не

выносливости по

менее

шести

2860 45
В патроне 1
машины, за¬

ГОСТ

образцов.

(фиг. 26), получающем вращение от привода
крепляется утолщенным концом цилиндрический образец 2. На
противоположном конце образца подвешивается груз Р, дейст¬
вующий на образец через шарикоподшипник 3. В данном поло¬
жении верхние волокна образца испытывают
напряжения рас¬
тяжения, нижние
напряжения сжатия. Через V2 оборота рас¬
тянутые волокна перейдут вниз и окажутся сжатыми, нижние

же

перейдут

вверх

и

будут растянуты. Таким образом,

дый полный оборот образца напряжение изменится,

т.

за
е.

осуществлен цикл нагружения. Число оборотов образца,
видно, будет равно числу циклов.

каж¬

будет
оче¬

49

Испытания повторяют несколько раз, определяя каждый раз
число циклов (оборотов), доводящее образец до разрушения.
выносливости считается наибольшее напряжение,
N раз не разрушаясь
материал может выдержать

Пределом
торое

ко¬

(N

большое число,
10б, 107 и др.).

заданное

техническими

условиями,

например

отметить, что плохая обработка поверхности, нали¬
надрезов, дефекты в конструкции детали, коррозия или разъ¬
едание поверхности детали в работе резко снижают предел

Следует

чие

выносливости.

Тщательное шлифование, полирование и упрочнение поверх¬
деталей значительно увеличивают срок их службы. Для

ности

металлов,

работающих в сложных
оборудуются ус¬
и приспособлениями для

машины

условиях,
тановками

испытаний при повышенных и пони¬
женных температурах,при коррозии
и в других специальных условиях.
металлов при повы¬
температурах. Многие де¬
машин работают в условиях

Испытание
шенных
тали

воздействия

длительного

статиче¬

нагрузок при повышенных тем¬
пературах. Это детали паровых и

ских

турбин, химической
фтяной аппаратуры и др.

газовых

Фиг. 27.

Схема

испытания

на

и

не¬

Для получения правильных ха¬
металлов
поведения
рактеристик
печь; 3
захват;
образец; 2
повышенных
4
термопара; 5
зеркальный при¬
при
температурах и
бор; 6
рычаг; 7
груз.
длительных нагрузках в настоящее
специальные
применяются
время
методы механических испытаний: испытания на ползучесть, на
длительную прочность и др. Ползучестью называется свойство
«ползти» под дей¬
металла медленно и непрерывно удлиняться
ползучесть:

1

-

ствием

к

приложенных

когда данный металл

нему

пературах. Если у свинца,
зучесть

постоянных

работает

при

рабочих напряжений,

повышенных и высоких тем¬

алюминия

и

многих

их сплавов

наблюдается уже при температуре +20°,

пол¬

обна¬
350 400°.

то сталь

руживает заметную ползучесть только начиная с
Количественной характеристикой ползучести является так назы¬
ваемый предел ползучести.
Установка для испытания на ползучесть состоит из машины,

электрической

печи

(муфельной

или

трубчатой), устройств для

измерения и автоматического поддержания температуры на за¬
данном уровне в процессе испытания и приборов с приспособ¬
лениями

изводят
50

для
по

измерения

следующей

деформации образца. Испытания

схеме

(фиг. 27). Образец

про¬
1 укрепляется

в

3

захватах

и

помещается

щью

4,

Нагрузка

в

печь

2,

где нагревается до задан¬

образцу прикладывается с помо¬
рычага 6 и груза 7. Температура измеряется термопарой
деформация
зеркальным прибором 5, помещенным вне

ной температуры.
а

к

печи.

определенные промежутки времени измеряют возни¬
образце деформации, по полученным данным строят
кривую ползучести в координатах относительное удлинение
время (б
t) и выполняют необходимые расчеты.
Испытание на длительную прочность. Наряду с ползучестью
важное значение имеет характеристика длительной прочности,
т. е. способности металла противостоять механическому разру¬

Через

кающие

шению

в

под

действием длительно действующей постоянной

грузки. Испытания
тех же установках,

на¬

длительную прочность производятся на
и испытания на ползучесть, но образцы

на
что

доводятся до разрушения.

12. Технологические свойства

§

пробы

технологические

и

металлов

свойства. Технологические свойства метал¬
характеризуются литейными свойствами, ковко¬
стью, свариваемостью и обрабатываемостью режущим инстру¬
ментом.
Литейные
свойства металлов
в
основном
определяются
Технологические

лов

и

сплавов

жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации. При кон¬
струировании литых чугунных изделий учитывают, что чугун
обладает хорошими литейными свойствами: хорошей жидкоте¬
кучестью, небольшой усадкой и незначительной склонностью к
ликвации; что сталь имеет меньшую, чем чугун, жидкотекучесть,
но

большую усадку
Ковкостью

обработке
удара

и склонность

металла

его

и т. д.

способность поддаваться

давлением, принимать новую

форму

под

воздействием

или давления.

Металлы могут обладать
нагретом

ковкостью как в холодном, так и

как

обладает

ковкостью

чугун

этим

Плохой

ковкостью

Свариваемостью

сталь

нагретом

состоянии,

не

отличается

называется

в

обладает. В холодном со¬
сплавы обладают хорошей вяз¬

свойством

стоянии латунь и алюминиевые
костью.

в

состоянии.

Хорошей
тогда

к ликвации,

называется

бронза.

способность

металла

создавать

прочные соединения путем местного нагрева до расплавленного
или пластического состояния без применения или с применением
механического
давления.
Хорошей свариваемостью обладает
малоуглеродистая сталь, значительно худшей
чугун, медные
и

алюминиевые сплавы.
51

Обрабатываемостью

свойство

называется

подвергаться механической

металлов

легко

обработке.

обрабатываемости служит интенсдрцрсть
режима резания, применяемого при пробном обтачивании (рас¬
тачивании) испытуемого образца.
Обрабатываемость металла можно определить также мето¬

Критерием

оценки

сверления. Испытуемый

дом

металл

определяемой

сверлят при постоянной
груза Р, действующим

весом
величине нагрузки,
на шпиндель сверлильного станка.

Критерием обрабатываемости
углубления сверла Ln в

в

испытании служит
100 оборотов шпин¬
деля. Сопоставляя величину Ln с величиной углубления L сверла
в металл, сравниваемый с испытуемым, определяют относитель¬
ную обрабатываемость.
Технологические пробы. Технологическими пробами назы¬
ваются испытания, выявляющие способность металла претерпе¬

вать определенные

деформации

подобных тем, которые
ботке

или в

под

воздействием

технологических

К

стандартизованы.

таким

внешних сил,

испытывать

должен

условиях дальнейшей службы

рядок проведения
цам

металл

данном

металл за

величина

проб

и

в

при обра¬

деталей. По¬

виде

требования

стандартизованным

к

образ¬
пробам

относятся следующие.
на
загиб

в
и
холодном
нагретом со¬
Проба
стоянии (по ОСТ 1683). Проба на загиб служит для опре¬
деления способности металла принимать заданный по размерам
и форме загиб. Образцы имеют размер: длину L
5 а + 150 мм
и ширину в
2а, но не менее 10 мм. Образец устанавливают на
=

=

два опорных ролика и сверху посередине к нему прилагают уси¬
лие с помощью пресса и оправки (фиг. 28, а). В зависимости от
технических условий могут быть применены три типа загиба:
загиб до определенного угла (фиг. 28, б); загиб до параллель¬
ности сторон (фиг. 28, в); загиб до соприкосновения сторон об¬

(фиг. 28, г).
Проба может производиться в холодном или нагретом
стоянии. Образец считается выдержавшим пробу, если в
разца

после

загиба

отсутствуют

трещины,

со¬
нем

расслоение

надрывы,

и

излом.

Совершенно

аналогично

производится проба

на

по

рассмотренным

выше

незакаливаемость загибом

схемам

(ОСТ 1684).

Этот

вид технологического испытания служит для определения
способности металла принимать заданный по размерам и форме

загиб после резкого изменения температуры

(подобные условия
закалке).
Нагретый перед пробой на загиб до закалочных (подробно
см. § 30) температур 650 700° (темно-вишневое каление) обра¬
зец быстрым движением опускают в спокойную воду с темпера¬
турой 20 30° и после полного охлаждения испытывают на загиб
имеют место при

52

приведенным на фиг. 28. Признаком того, что обра¬
пробу, служит отсутствие в нем после загиба тре¬
щин, надрувов, расслоений или излома.
Такая же схема испытаний предусмотрена ОСТ 1685 для
пробы на свариваемость загибом. Эта проба служит для опре¬
деления способности металла принимать заданный по форме и
.размерам загиб по месту сварки (кузнечно-горновой). Отличие
по схемам,

зец выдержал

в

подготовке

образца состоит в том, что после вырезки из ис¬
образец разрезается поперек на две равные

пытуемого металла

б)

Фиг. 28. Схема установки
образца; б

для испытания на загиб: а
установка
загиб до параллель¬
загиб до определенного угла; в
ности сторон; г
загиб вплотную.

части, затем концы разреза осаживаются и свариваются горно¬
вой сваркой внахлестку. В зависимости от технических условий

способом можно испытывать на изгиб образцы, сваренные
автогенной сваркой или электросваркой. При испытании свар¬
ных швов с целью определения вязкости сварного соединения

этим

образец устанавливают на опорах и подвергают загибу до появ¬
первой трещины (по схеме на фиг. 28, б). Величина угла
загиба а является характеристикой вязкости.
Проба на осадку в холодном с ос то я н и и. При
ления

изготовлении из пруткового материала

болтов, винтов,

заклепок

др. необходима значительная пластичность металла, так как
головки болтозаклепочных изделий, получаемых из прутка диа¬
метром меньше 30 мм, обычно осаживаются в холодном состоя¬
этих целях ГОСТ 8817 58 утвержден метод испытания
нии. В
и

53

на

d

и

цилиндр диаметром
образца для испытания
(фиг. 29). Образцы диаметром до 15 мм оса¬
молотком или кувалдой, а диаметром свыше 15 мм

осадку. Форма
высотой h 2d
=

живаются

осаживаются

под

прессом до

Фиг. 29. Образец для

h\. Признаком

высоты

испытания

после осадки

на

осадку

вид

образца

(б).

образец выдержал пробу, служит отсутствие
трещин, надрывов

(а);

того, что

в нем

после осадки

или излома.

труб на бортование. Этот вид испытаний
труб. Качество трубы определяется по ее спо¬
выдерживать без повреждения отгибание борта на 90°

Проба

применяется для

собности

(фиг.

30).

Конец

целой

0,5 D отбортовывается

трубы

или

отрезок

длиной

не

менее

стальной закаленной оправки
до получения заданного диаметра борта D.
с помощью

Фиг. 30. Проба труб
тование.

на

бор¬

Фиг.

труб

31.
на

Проба
загиб.

труб на загиб (по ГОСТ 3728 47). Приме¬
труб с наружным диаметром не более 114 мм. Каче¬
металла определяется по способности образца трубы заги¬

Проба
няется для
ство

баться без повреждения на угол 90° вокруг оправки заданного
радиуса любым способом (фиг. 31): на станке или вручную, с
наполнителем или без наполнителя, с знутренней оправкой или
без оправки. Уменьшение наружного диаметра трубы при испы¬
тании не должно превышать 15% начальной величины диаметра.

54

искру. Применяется в тех случаях, когда
нужно быстро установить марку стали (хотя бы приближенно).
Это бывает необходимо при рассортировке партии сталей или

Проба

на

подозрение, что данное изделие
той
марки стали, из какой следовало его
изготовить по чертежу. Основана эта проба на том, что снимае¬
мая при обработке сталей на абразивных кругах стружка, сго¬
Ха¬
рая на воздухе,/образует сноп искр (фиг. 32, см. вклейку).
от ослепительно белого до темрактер искр, их форма и цвет
в

тех

случаях, когда

изготовлено

но-красного

не

возникает

из

различны

и

зависят от химического состава стали.

(фиг. 32, в) дают белый пучок
звездочками, причем чем больше в стали
и тем короче пучок искр.
углерода, тем больше звездочек
Марки углеродистой
с

искр

стали

отдельными

содержанием 10 14% Мп дает тон*
линии с крупными звездочками
небольшой пучок искр
(фиг. 32, г), быстрорежущие стали
почти
без
звездочек
цвета,
(фиг. 32,а). Кремни¬
темно-красного
стые стали дают линии с крупными редкими звездочками (фиг.
32, б), хромистые стали
искры соломенно-желтого оттенка,
частыми
с
мелкими
звездочками
линиями,
прерывистыми

Марганцовистая

кие

и

длинные

(фиг. 32, д).
Пробы на
из

сталь с

светло-желтые

искру необходимо производить

в

защитных

очках

светлого стекла.

металлы подвергаются также другим
загиб сварных швов, развертывание фасон¬

Кроме рассмотренных,
пробам, таким,
ного металла,

навивание

как

проба

на

проволоки

и

двойной кровельный замок, скручивание,
пр.

ГЛАВА

III

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
природе и технике металлов и металличе¬
железоуглеродистые сплавы являются самыми
основ¬
важными и распространенными. Черная металлургия
ная база народного хозяйства. Она определяет развитие почти
всех отраслей промышленности, сельского хозяйства и тран¬

Среди

ских

известных в

сплавов

спорта, от

успешного

выполнения плана

развития черной метал¬
народного хозяйства в целом.
промышленность получения железо¬

зависит выполнение плана

лургии

Черная металлургия
углеродистых сплавов. К железоуглеродистым сплавам отно¬
сятся чугун и сталь. Сталь выплавляется из чугуна, поэтому
промышленность
чугуна.

§

13.

Сырье

черной

начинается с

металлургии

для получения чугуна и огнеупорные материалы

Для производства чугуна нужны

флюсы.
Железные руды. Железной рудой
содержащая железо, причем

в

железная

руда, топливо

и

называется

горная порода,
что руду вы¬
руде находится в виде окис¬

таком

количестве,

перерабатывать. Железо в
солей, соединенных с пустой породой.
Виды железных руд. Важнейшие железные

годно
лов

производства

или

руды: маг¬
нитный железняк, красный железняк, бурый железняк, сидерит.
1. Магнитный железняк содержит железо в виде окисла

Рез04. Руда черного цвета, содержание Fe в ней достигает в
60 65, иногда 70%- Это наиболее богатая руда. Она
обладает магнитными свойствами, плотна, трудно восстанавли¬
среднем

вается.

Крупные месторождения магнитного железняка нахо¬
Кустанайской области (Соколовское, Сарбайское и Качарское), в Сибири (Темир-Тау и Тельбесское), на Урале
Качканарское месторождение магнитных железняков, содержа¬
щих титан (титано-магнетитовые руды), в Мурманской обла¬
сти
Оленегорское.
2. Красный железняк содержит железо в виде окисла Ре20з.
Руда красного цвета, содержание Fe 50 60%- Это одна из луч-

дятся

56

в

ших

железных

руд:

легко

восстанавливается,

содержит

малый

фосфора. Богатейшие месторождения красного
процент серы
на базе этих руд рабо¬
железняка находятся в Кривом Роге
тают почти все металлургические заводы юга. Крупные запасы
магнитной ано¬
красного железняка имеются в районе Курской
малии (КМА).
3. Бурый железняк содержит железо в виде водного окисла.
Наиболее распространенными являются лимонит ^РегОзгЗНгО)
и гетит
(Рег0з*Н20).
и

Это

очень распространенные руды.

Они встречаются

з

виде

порошкообразными. Содержание же¬
леза в них колеблется от 40 до 55%. Содержание вредных при¬
месей, как правило, незначительно. Некоторые руды содержат
больше фосфора и мышьяка. Наиболее крупные месторождения
Бакальское (на Южном Урале), Аякское и Лисаковэтих руд
ское (в Кустанайской области), Керченское.
Эти руды легко восстановимы, так как при нагреве гидраты
разлагаются, вода испаряется и руда приобретает пористое
плотных

кусков

и

бывают

строение.
4. Сидериты

(FeC03)

жание

них

железа

в

это

бедные руды. Содер¬
35 до 48%. Разновидности

наиболее

колеблется

от

углистый
Урале (Бакальское месторождение), в

этих руд:

шпатовый железняк, глинистый железняк и

железняк

залегают

на

Кривом Роге. Запасы этих руд невелики.
Пустая порода состоит из кремнезема (Si02), глинозема
(АЬОз), иногда имеются в ней известковые соединения. Кроме
того, в пустой породе находятся вредные примеси: сера, фос¬
фор, мышьяк и цинк.
Состав и качество пустой породы имеют большое значение,
так как влияют на выбор флюса, его количество, а также на
расходуемого топлива.
породе много кремнезема (т. е. кислых окис¬
для перевода его в шлак нужны большое количество

количество

Если

лов),

то

в

пустой

флюсов и повышенный расход топлива. При наличии в пустой
породе большого количества основных окислов (CaO, MgO)
расход флюсов меньше и такая руда выгоднее для доменной
плавки. Руды с определенным составом пустой породы, не тре¬

бующие флюсов, называются самоплавкими.
Характеристика пустой породы определяется

ее основностью,

СаО
т.

е.

отношением

в

пустой породе. Если это отношение

меньше 1, то пустая порода считается кислой, если больше 1
основной. Чаще всего пустая порода кислая.
В процессе доменной плавки кроме руд используются и раз¬
отходы: чугунный лом, чугунная
ный стальной лом и марганцевые руды.

личные

стружка,

загрязнен¬
57

Флюсы. Чтобы увести в шлак пустую породу из руды, вред¬
ные примеси, золу и серу кокса, применяют флюсы.
Наиболее распространенным флюсом является известняк
(СаСОз). В случае наличия в пустой породе основных окислов
применяются кислые флюсы (кварциты).
важнейший материал для выплавки чу¬
Топливо. Топливо
гуна. В качестве металлургического топлива применяют глав¬
ным

образом

в

кокс,

редких

случаях

используется

топливо

должно

древесный

уголь.

Металлургическое
ства:

теплотворную

высокую

стость,

содержание серы.
Кокс отвечает
коксе

уголь

и

99%

не
в

доменных

специальных

кг

пори¬

минимальное

этим

в

чить 700 750

прочность,

всего

Кокс получают
коксующихся

каче¬

возможности

по

используется

гонки

следующие

требованиям, поэтому на
мирового производства чугуна.
содержит серы, но ввиду низкой прочности
всем

почти

выплавляется

Древесный
мало

зольность

невысокую

иметь

способность,

печах.
коксовых

кокса

и

печах

путем пере¬
полу¬
300 350 мъ высококалорийного горю¬

углей. Из одной

тонны

угля

можно

чего газа.

Характеристикой
(Сс),

углерода

углерод

кокса

золы

составляет

(Ас),

содержание в сухой
серы (Sc) и летучих веществ

является

84 88%,

зола

массе

(Vе);
10 13%, сера 0,5 1,5% и

летучие вещества 0,8 1,3%. Важнейшие месторождения кок¬
сующихся углей в СССР Донецкий, Кузнецкий, Воркутинский
и Карагандинский бассейны.
В СССР созданы коксовые печи оригинальной конструкции,
позволяющие

получение

сократить

время

высококачественного

коксования
газового

и

обеспечивающие

топлива.

Благодаря

новым методам коксования советским ученым удалось
кокс с высокими механическими свойствами

получить
с пре¬
содержанием серы

(например,

делом прочности более 150 кГ/см2), с низким
и малой зольностью. Это имеет очень важное

значение

для

ка¬

чугуна. Каждый процент (свыше 1%) содержания серы
в
коксе увеличивает расход кокса на 20 25%, а каждый лиш¬
ний процент золы увеличивает расход кокса на 2 2,5%.
В настоящее время ведутся работы по получению металлур¬
гического топлива из любых некоксующихся углей.
Подготовка руд к плавке. Чтобы наиболее экономично и
чества

провести процессы в доменной печи, нужно произ¬
предварительную подготовку сырых материалов. Требо¬
вания в отношении качества материалов особенно возрастают
в связи с прогрессом в доменном производстве.
Большую роль играет физическое состояние руды, т. е. то,
кусковая она или порошкообразная, а также состав пустой

эффективно
вести

породы,
58

Подготовка руд

их
с усреднения
химического
начинается
Затем руду сортируют по размерам: куски руды дол¬
жны быть величиной 15 35 и 35 50 мм. Более мелкие куски

состава.

через шихту, а следовательно,
руда легко уносится потоком газа,
что приводит к потерям руды, загрязнению газа и нарушению
нормального хода плавки. Слишком крупные куски с трудом
восстанавливаются и часто полностью не проплавляются. По¬
этому руды подвергают дроблению, измельчению и агломе¬
газов

затрудняют прохождение
ее

мелкая

восстановление,

рации.

Дробление
ровых

в ша¬
производится в дробилках, измельчение
мельницах. Дробилки бывают различных размеров и

конструкций, чаще
дробилки.
Обогащение руд

всего

применяются

и

щековые

конусные

увеличение процентного со¬
пустой породы. Обо¬
удаления
руде
держания
гащение руд производится различными способами, к ним отно¬
сятся: промывка, магнитное обогащение. Кроме того, произво¬
железа

ставит

в

за

целью

счет

дится обжиг руд. Обжиг осуществляют

для удаления из руды
химически связанной воды, углекислоты и для частичного уда¬

Путем

ления серы.
химического

обжига железо, содержащееся

соединения

РегОз, удается перевести

в
в

руде в виде
магнитный

Fe304, и после этого производят магнитное обогащение.
Обжиг производится при температуре 700 800°.
Промывка руд состоит в том, что дробленую руду помещают

окисел

барабаны, в которые под давлением подается
вода, при этом происходит механическое отделение пустой по¬
роды, которая уносится водой.
Магнитное обогащение применяется для руд, обладающих
магнитными свойствами. Мелкоизмельченная руда подается на
во вращающиеся

вращающиеся барабаны, внутри которых неподвижно закреп¬
мощные электромагниты. Железные окислы, содержащие
Fe в виде Рез04, магнитны; притягиваясь к барабану, они удер¬

лены

на

живаются

нем,

а

циальное отделение.

сывается

в

пройдя магнитное поле попадают
Пустая порода центробежной силой

в

спе¬

отбра¬

сторону.

Агломерацией называется процесс спекания мелких и по¬
рошкообразных руд, рудной пыли и окалины с коксовой ме¬
лочью. Перечисленные материалы тщательно перемешивают в
определенной пропорции, увлажняют, а затем спекают на агло¬
мерационной машине. Агломерационная шихта подается на спе¬
движущиеся тележки и зажигается. В результате
горения происходит спекание и получается кусковой пористый
агломерат.
полупродукт
циальные

Агломерат

является

ценнейшим материалом

для

плавки чу¬

гуна, он очень легко восстанавливается, богат железом,
59

В

агломерационную шихту в настоящее время добавляют
мелкоизмельченную известь или известняк. При этом во время
спекания

происходит предварительное

ошлакование

пустой

по¬

роды.
агломерат называется офлюсованным.
Полученный
В процессе спекания известняк (СаСОз) разлагается на СаО 4+ С02. СаО ошлаковывает пустую породу. Эта реакция связана
с

большим расходом

ванный агломерат,

тепла.

Следовательно, применяя офлюсо¬

доменная печь освобождается от

работы

по

разложению известняка, снижается расход кокса, улучшается
процесс шлакообразования, ускоряется процесс плавки, эконо¬
мится большое количество флюсов.
Огнеупорные материалы. Все металлургические процессы, в
том числе и плавка чугуна, происходят в печах при очень вы¬

температурах. Поэтому в металлургических печах при¬
огнеупорные материалы, выдерживающие действие вы¬
соких температур. От качества огнеупорного материала зависит
длительность работы печей без ремонта. Огнеупорные мате¬
риалы должны быть стойкими к действию высоких температур,
соких

меняют

(не

химически стойкими

должны вступать в реакцию с элемен¬

иметь небольшой коэффициент рас¬
плавки),
ширения (не давать трещин при нагреве).
По химическому составу огнеупорные материалы делятся на

тами

они должны

кислые, основные и

К

нейтральные.

кислым

огнеупорам относятся динас
светло-желтого цвета, содержит около 90%
плавления

К

основным

кварцит. Динас

огнеупорам принадлежат
Магнезит содержит

около

доломит и

Это

очень

температурой плавления 2000°. Доло¬
30% СаО, около 22% MgO, остальное

тугоплавкий огнеупор
содержит

магнезит,

75 95% MgO.

хромомагнезит.
мит

и

Si02. Температура
1750°, температура размягчения 1500 1600°.
с

плавления его 1800 1950°.
Хромомагнезитовый кирпич значительно превосходит по ка¬
честву магнезитовый. Он получается из хромистого железняка

С02. Температура
и

магнезита.

небольшое

В

его входит 20% Сг20з, 30 60% MgO,
СаО, Si02, А1203. Температура плавления

состав

количество

2000°, он меньше растрескивается при высоких
температурах.
К нейтральным огнеупорным материалам относятся шамот
и хромистый железняк. Шамот
получается из дешевых огне¬
упорных глин. В состав шамота входит: 40 42% А120з, 50
хромомагнезита

60% Si02, 1,5 3,0% Fe203. Термостойкость его высока, он не¬
растрескивается при высоких температурах. Пла¬
вится при температуре
1600 1700°. Применяется в качестве

значительно

прокладки, изолирующей основную кладку от кислой.
Промышленность огнеупоров в СССР достигла значитель¬
ных успехов. По
производству огнеупоров СССР занимает вто¬
рое место в мире.

60

Интенсификация

современных

металлургических процессов
температуры в рабочем
пространстве печей, что требует применения наиболее стойких
огйеупОров и улучшения их качества. В связи с этим особенно
возрастает значение новых огнеупорных материалов
углеро¬
дистых блоков, которые применяются для футеровки современ¬
ных крупных доменных печей. Блоки изготовляются из смеси
антрацита, кокса или графита и маслопека. Обладая высокой

необходимость

вызывает

повышения

огнеупорностью, углеродистые блоки
и

не

смачиваются

чугуном

шлаком.

В последнее время широко внедряется в металлургическую
практику применение высокоглиноземистых огнеупоров с содер¬
жанием до 80% АЬОз, а также фор стер итовых, содержащих не
менее 54% MgO и не более 32% ЭЮг.

§ 14. Устройство доменной

печи

Чугун выплавляется в доменных печах. Для кладки домен¬
ных печей применяют шамот и углеродистые блоки. В дальней¬
широкое применение получит высокоглиноземистый кир¬

шем
пич.

Снаружи доменная печь покрыта стальным кожухом.
Схема устройства доменной печи представлена на фиг. 33.
Основные элементы доменной печи: колошник, шахта, распор,
заклепки и горн. Рассмотрим их устройство. Колошником
(I)
называется

чей,

верхняя

часть

доменной

печи.

Колошей,

или

называют определенную порцию руды, топлива и

загружаемых

за

один раз.

В

колошнике

флюсов,

находится

распределительное устройство, осуществляющее
в

пода¬

загрузочно¬
загрузку мате¬

печь, их

правильное распределение. Одновременно это
препятствует выходу доменных газов из печи. В на¬
стоящее время наиболее распространена конструкция засыпного
аппарата, представленная на схеме фиг. 33. Аппарат состоит из
малого 2 и большого 4 и двух воронок ма¬
двух конусов
риалов

устройство

лой

1

и

большой

3, закрывающихся

соответственно

малым

и

конусами. Сначала материалы попадают в малую во¬
располагаются на малом конусе. Цри опускании малого

большим

ронку и
конуса они просыпаются

в
образовавшуюся щель и распола¬
гаются на большом конусе, плотно прижатом к большой
ворон¬
ке. Затем поднимают малый конус, а большой опускают, и

материалы попадают в печь.
Конусный метод загрузки обеспечивает такое распределение
материалов в печи, при котором более крупные куски шихты

попадают к центру печи, а более мелкие располагаются ближе
к стенкам. При этОм создается наиболее полный охват газами
всей шихты. Обычно газы стремятся пройти у стенок печи, зна¬

чительно меньшее количество их проходит через центр. Созда¬
61

плотный слой материалов у стенок и менее
центре, добиваются равномерного прохождения га¬
зов по всему сечению печи, что способствует более полному вос¬
становлению руды.
В колошнике имеются газоотводные трубы. Температура в
более

же

вая

плотный

в

от

колошнике

Шахта II
книзу. Это

150 до 300°.

имеет

самая

форму

усеченного конуса, расширяющегося
часть печи. В шахте происходит вы¬
сушивание руды, отделение химически
связанной воды, растрескивание руды

большая

Темпера¬

и восстановление ее окислов.

тура

шахте

в

лется в

на

пределах

разной
от

высоте

колеб¬

350 400° до 800

1200°.
Распар III имеет цилиндрическую
форму и является самой широкой ча¬
стью доменной печи. В распаре начи¬

шлакообразование и плавление
Температура в этой зоне око¬

нается

металла.

1400°

ло

и

выше.

Заплечики IV

имеют

форму

усеченного конуса, сужающе¬
гося книзу. В заплечиках происходит
дальнейшее расплавление металла и

Температура там
Горн

шлака.

1600 1800 1900°.

важная часть печи.

вается лещадью.
на

расположены
для вдувания

ва

духа,

очень

Дно горна 8

В верхней
фурмы 6
в

достигает

V

печь

назы¬

части

гор¬

устройст¬

горячего

обеспечивающего горение

воз¬

топли¬

Фурмы

расположены по окружно¬
горна. На современных крупных
доменных печах их бывает 20.
ва.

сти

Воздух
цевого
Фиг. 33.

Вертикальный раз

рез доменной печи.

части
для
ка

в

фурмы

попадает из коль¬

воздухопровода
горна

5.

расположено

выпуска

чугуна

В

нижней

устройство

чугунная

лет¬

10. Выше

чугунной летки находится
шлака. Температура в горне

7 для выпуска
В горне скапливаются жидкий чугун и шлак.
Основанием печи является тяжелый железобетонный фунда¬
мент 9. Шахта укреплена на колоннах, связанных с фундаментом.
шлаковая

летка

достигает 2000°.

Расстояние
него

ным
ее

чугунной

летки до

аппарата

уровня опускания

называется

полезной

ниж¬

высотой

этой высоте,
полез¬
объемом. Полезный объем доменной печи характеризует
величину. В Советском Союзе работают печи с полезным

печи,

62

конуса

от оси

засыпного

а

рабочий объем, соответствующий

объемом 1100, 1386, 1513, 1719, 2002 mz, вступают
с полезным объемом

в

строй

печи

2700 мг.

Все основные
ной высоты.

элементы доменной печи зависят от ее полез¬
Так, например, при полезной высоте доменной печи

11 м,
объемом в 2700 ж3, равной 31 м, диаметр горна равен
8 м. Такие
диаметр распара 12 м, а диаметр колошника
доменные печи-исполины дол¬
жны работать на особой ших¬
улучшенного каче¬
особом тепловом ре¬

топливе

те,

на

ства,

Процессы

жиме.

ки должны

быть

ведения плав¬
максимально
и

механизированы

автомати¬

зированы.
Вспомогательные

Доменный

ства.

ный

устрой¬
слож¬

цех

комплекс

различных агре¬
гатов, сооружений и механиз¬
тесно
связанных
мов,
между
собой.
К вспомогательным меха¬
низмам

относятся

подъемные

и

загрузочные приспособления.
Шихтовые материалы из же¬
лезнодорожных вагонов загру¬
жаются в бункера, из которых
далее попадают на автомати¬
ческие
в

вагон-весы,

скиповые

а

затем

вагонетки.

Подача материалов
лошник

клонным

на

ко¬

осуществляется
подъемником. По

на¬

клонному

мосту

на¬

подъемника

проложен рельсовый путь, по
которому движутся вагонетки

(скипы). При

движении

го скипа с материалами вверх
ного

скипа

материалы
внизу загружается. Вся

Фиг. 34. Воздухонагреватель.

одно¬

второй

высыпаются

идет книзу.
в

колошник,

Когда

из

второй

од¬

скип

работа осуществляется механизмами.
Воздухонагреватели. К вспомогательным устройст¬

воздухонагреватели. В доменную печь вду¬
раскаленный воздух, подогретый в воздухонагревателях
счет сжигания в них доменного
(колошникового) газа. Со¬

вам

относятся

и

вается
за

временный воздухонагреватель устроен следующим образом
(фиг. 34). Кладка его сделана из шамота. Снаружи воздухона¬
греватель покрыт стальным кожухом, верхняя часть закрыта
куполом, внизу находится днище. Внутри кожуха расположена
63

вертикальная камера
остальное
кирпича

2.

фундамент

1,

пространство

в

которой* происходит сгорание

заполнено

насадкой

газа,

огнеупорного

Воздухонагреватель опирается на железобетонный
соединен трубопроводами с воздуходувной маши¬

и

ной, с кольцевым воздухопроводом доменной
трубой через систему боровов.
Действие воздухонагревателя сводится к
чале

из

воздухонагреватель

нагревают

печи

и

с

дымовой

следующему. Вна¬
сжигаемым доменным га¬

поступает в газовую горелку 5. В горелке газ со¬
единяется с воздухом и сгорает. Газовое пламя устремляется
к куполу, затем, опускаясь, проходит через каналы насадки и
уходит в дымовую трубу 3. При этом кирпичная насадка нагре¬
зом,

который

вается. Нагрев длится около 1 ч, за этот период насадка нагре¬
вается до 1500°. Затем нагрев прекращают и через специальное

устройство

4

мощными

воздуходувками
каналы

нагнетают

холодный

раскаленной

насадки,
нагревается до 1000 1200° и в таком состоянии поступает в до¬
менную печь. Через 45 60 мин насадка охлаждается и возду¬

воздух, который, пройдя через

хонагреватель переключают с «дутья» на «нагрев».
Для непрерывного обеспечения горячим воздухом одной до¬
менной печи нужны три-четыре воздухонагревателя.
В последнее время к доменному газу, используемому для
нагрева воздухонагревателей, добавляют около 10 12% при¬
родного газа. Это позволяет значительно поднять температуру
горячего дутья.
Газоочистители. Доменный, или колошниковый, газ
используется в качестве топлива только после очистки от руд¬
ной пыли и частиц кокса.
Очистка производится в аппаратах-газоочистителях. Вна¬

проходит сухую очистку, она называется грубой. Прин¬
очистки основан на следующем. Колошниковый газ
из доменной печи по трубам направляется в большие цилиндры,
попадая в которые газ теряет скорость, и частички руды и
кокса, как более тяжелые, падают вниз, очищенный газ уходит
дальше. Однако полностью очистить таким образом газ не
удается, и некоторая часть рудной пыли уносится с газом. Мок¬
более тонкая очистка. Окончательно газ очи¬
рая очистка
называемых
щается в цилиндрах,
скрубберами. В них особые
устройства, разбрызгивающие воду, обеспечивают осаждение
частиц рудной пыли и кокса.
Наиболее тонкой является электростатическая очистка. Она
основана на том, что газ проходит электрическое поле высокого
чале газ

цип

грубой

напряжения, создаваемое между двумя электродами, и заря¬
женные электричеством твердые частицы под влиянием элект¬
рического поля отбрасываются к одному из электродов. Газ
после очистки направляется в газгольдер (хранилище газа).
Осевшую пыль периодически удаляют.
64

55

стр.
К

искру.
на

стали

Проба
32.

Фиг.

§15. Доменный

процесс

сложный химический процесс.

Получение чугуна
стоит из трех стадий:

1) восстановление железа из его
2) превращение железа в чугун;
3) шлакообразование.
Процесс протекает следующим

взаимодействуют

со¬

окислов;

образом. В' доменной

шихтовые

непрерывно
ся сверху вниз,

Он

материалы,

печи

движущие¬

и продукты
горения, движущиеся снизу вверх.
шихтовых материалов состоит в правильном чередо¬

Загрузка

руды, топлива и флюсов. В колош¬
верхней
происходит удаление гигроскопи¬
ческой влаги из руды, высушивание и растрескивание руды, что
облегчает процесс восстановления. Руда восстанавливается бла¬
годаря
горению кокса. Горение начинается снизу в области
вании

в

поступления

нике и в

печь

части шихты

Через фурменные

отверстия раскаленный воздух посту¬
уровне фурм кислород воздуха вступает в
реакцию с углеродом раскаленного кокса.
При горении образуется углекислый газ С02 по реакции:
горна.
пает

в

и

печь

на

j 02

С

=

С02,

происходит полное сгорание кокса. По мере распростране¬
струи газа вверх доменной печи концентрация кислорода
уменьшается. В результате этого окисление углерода становит¬
ся неполным и протекает по реакциям:
т.

е.

ния

2С +

02

C-f С02

или

и

2С0.

специально

+С

Н20

СО

2С0;

=

происходит реакция взаимодействия влаги
увлажненного дутья с углеродом:

Одновременно
воздуха

=

Н2

являются

=

Н2 + С0.

восстановителями

железа

в

доменной

печи.

Восстановление

железа

пенной отдачи кислорода

Fe203
Восстановление

происходит

по

F е304

окислов

3F е203

|- СО
FeA + СО

Технология

металлов

>

FeO

железа

=

=

FeO -{- СО
3

не

следующей

=

сразу,

а

путем посте¬

схеме:

Fe.

протекает

по

реакциям:

2F е304 -j-

С02 -f- Q;
+ СО* -[ Q;
Fe -j- С02
Q.

3FeO

65

Аналогичные реакции происходят при-

восстановлении

руды

водородом:
На

=

2Fe30i -f- Н20,

Fe304q- Н2

=

3FeO

3Fe2Og
Fe0

+ H2

=

+ Н20,
Fe+H20.

прямое восстановление
твердого углерода по реакции

счет

за

FeO

Твердый углерод
углероживает
рода вступает

Fe

=

|

СО

-f- Q.
50%

окислов

железа.

в виде сажи откладывается в

При

железо.
в

С

восстанавливается

способом

Этим

-j

окислов

железных

Одновременно
идет

реакцию

порах руды и на¬
температуре 900 1000° окись угле¬
чистым

с

3FeO + 2СО

Образуется карбид

железа

=

железом:

Fe3C + СО*.

Fe3C, который способствует

на¬

углероживанию железа, растворяясь в нем. Процесс науглеро¬
живания протекает активно, при этом может раствориться до
4% углерода. Наряду с восстановлением окислов железа и на¬
углероживанием чистого железа в доменной печи происходят
реакции восстановления и других элементов шихты: кремния,
марганца, серы, фосфора, а если в рудах содержатся редкие
титан, хром, ванадий и др., то и их восстановление.
Все указанные элементы восстанавливаются главным образом

элементы

твердым углеродом.
температурах (1000
нием

Восстановление

1200°),

так

протекает при
реакции идут с

как

высоких
поглоще¬

тепла.

Марганец

восстанавливается из

в

следующей формуле:

MnO + C=Mn + CO
Восстановление

кремния идет

Si02

+

2С

=

Si

по

-f

руды или мар¬
шихту. Реакция про¬

марганцевой

теновского шлака, специально вводимых
исходит при температуре 1000 1100° по

Q.

реакции

2СО

Q,

более высокой температуре (1100
Восстановление фосфора, находящегося в рудах в

протекающей при
форнокислого
ленным

углеродом

Сера,
ряется

кальция

частично

в остальном

В результате
менной

печи

СагРгОв, осуществляется

топлива

в

присутствии БЮг.

образуя

с

железом

соединение

1200°).
виде

также

фос¬

раска¬

FeS, раство¬

железе.

восстановления всех

получается

марганцем, кремнием,
ся чугуном.

сложный

серой

и

указанных

сплав

фосфором.

элементов в до¬

железа

Этот

с

углеродом,

сплав называет-

Шлакообразование

в

доменной

печи.

Шлак

образуется

в

об¬

ласти

распара из пустой породы, золы и серы кокса, примесей
руды. Значение шлака в доменном процессе очень велико. От
характера получающегося шлака зависит качество чугуна.
Если в выплавляемом чугуне должен содержаться высокий
процент Si, то в шкале должно быть меньше Si02, потому что
связанная S1O2 в шлаке не дает кремнию восстанавливаться и
переходить в чугун. В этом случае надо избегать сильноизвесткорых шлаков. Если в чугуне требуется более высокий процент
Мп, шлак, наоборот, должен быть более известковым, так как в
сильноизвестковых шлаках МпО плохо растворяется, восстанав¬
ливается и переходит в чугун.

Для более

полного

удаления серы

нужны сильноизвестковые Шлаки.
Удаление серы идет по реакции

FeS + CaO + C

=

Fe + CaS + СО

Q

CaS хорошо растворяется в шлаке и совер¬
растворяется в чугуне.
Существуют способы внедоменного обессеривания чугуна
путем зведеиия добавки соды Na$COz в ковш с жидким чугуном
или на струю чугуна в желобе. Выход шлака на одну тонну

Образовавшийся

шенно

не

0,4

чугуна

от

ходуют

около

2

1

до
т

г.

Для

выплавки

руды, 0,7 0,8

Работа доменной

печи.

т

одной

кокса

Загрузка

тонны

чугуна рас¬

0,25 0,40

и

и

шихты

подача

т

флюса.

воздуха

в

идут непрерывно. Восстанавливаемые и проплавляемые ма¬
териалы, подвергаясь химическим воздействиям, превращаются
в чугун и шлак.
Чугун и шлак стекают в горн. Чугун располагается на ле¬
над чугуном. Чугун и шлак периодически выпу¬
щади, шлак
6 8 раз в сутки, а шлак
скаются:
каждый час и
чугун
чаще. Для выпуска чугуна при разделке чугунной летки приме¬
няют
электрическую сверлильную машину и пневматический
молот. Чугун из печи выпускают в чугуновозные ковши. В этих
печь

жидкий чугун транспортируют либо

к миксеру (храни¬
идет
лище чугуна),
непосредственно на переделку в
чугун
сталь, либо на разливочную машину, производительность кото¬
рой 15000 т чугуна в сутки. Для закрывания летки после выпу¬
ска чугуна применяют электрические пушки, при помощи кото¬
рых огнеупорная ленточная масса вдавливается в отверстие

ковшах

если

летки.

Шлак выпускают через шкаловые летки. На современных
печах предусматривают две шлаковые летки.
в
шлаковозах транспортируют от доменной печи к
грануляционному бассейну или в отвал. При грануляции щлак
превращается в крупнозернистый порошок.
Технико-экономические показатели доменной плавки. Про¬

доменных
Шлак

изводительность
3*

современных

доменных

печей

с

полезным
*7

объемом 1300 1350 м3 составляет 2000 2200 т чугуна

работы доменной

Важнейшим показателем

КИПО полезный объем

числения

печи

в

суточную выплавку в г. Если домна
1300 мг дает 1300 т Чугуна в сутки, то

К

1

=

мЪ1т>

2000 т,

достигает

же

если

то

суточная

м3 нужно разделить на
с
полезным объемом

КИПО будет равен

ее

выплавка

КИПО будет уже К

ее

Чем меньший полезный объем

сутки.

коэф¬
(КИПО). Для вы¬

использования ее полезного объема

фициент

в

печи является

на

этой

=

=

2555

домне

0,65 ж3/г.

приходится на одну тонну
производительнее.
Прогрессивная технология доменной плавки предусматри¬
вает использование дутья, обогащенного кислородом и паром,
либо чи£то кислородного дутья. При добавке в дутье только
25% кислорода производительность доменных печей возрастает
в 1,5, а иногда в 2 раза.
выплавляемого чугуна,

тем

печи

печь

Одновременно предусматривается
давления

колошником

под

до

значительное

1,5 2,5

Это

ати.

повышение

способствует

увеличению производительности доменной

печи, так как в ре¬
газов
снижения
движения
уменьшается вынос
скорости
зультате
пыли, возрастает время взаимодействия газов с шихтовыми
материалами.

Таким

леза из окислов,

образом, улучшается

сокращается расход

восстановление

же¬

кокса.

Применение увлажненного дутья имеет следующее значение.
Пары воды, разлагаясь при высокой температуре, выделяют во¬
дород, который' повышает восстановительную способность до¬
менного газа.

СССР доменная печь с полезным объемом
производительность 6000 т чугуна в сутки.
полезного
объема ее будет ра¬
использования

Проектируемая
2700 мъ будет

Коэффициент
вен

в

иметь

0,45.
§ 16. Продукты

доменного производства и их
использование

Продуктами доменной
менный

являются

основной продукт доменной

Чугун
зуется

плавки

чугун,

шлак

и

до¬

газ.

для

изготовления

изделий путем

плавки.
литья

Чугун

исполь¬

либо переплав¬

ляется в сталь.

Шлак

побочный

качественным

цемента,

продукт, он является очень дешевым и
строительным материалом, идет на изготовление

бетона, кирпича,

лучаемого при
мерно 60% от
№

плавке
веса

для грунтовки дорог.

шлака

очень

выплавляемого

велико

чугуна.

и

Количество
составляет

Шлаки

по¬

при¬

бывают

и кислые. Кислый шлак имеет высокую прочность.
Если его в жидком виде продуть паром или воздухом, получится
шлаковая вата, являющаяся хорошим изолятором.
Доменный газ
также важный побочный продукт. Это вы¬
основные

сококалорийное топливо, с теплотворной способностью 850
1000 кал. В состав доменного газа входит около 35% окиси
углерода СО, 2 3%
водорода Нг, 0,5% метана, остальное
азот.

При сжигании 1 т кокса получается около 4000 мг газа. Очи¬
щенный доменный газ используют для нагрева воздухонагрева¬
телей, металлургических печей, коксовых батарей, а в послед¬
нее время для получения некоторых химических продуктов.
Одна доменная печь производительностью 1500 т дает в сутки
количество

такое

газа,

которое заменяет 90 100

т

твердого

топлива.

17. Состав, сорта чугуна, классификация
по ГОСТ

§

и

маркировка

Чугуном называется сплав железа с углеродом, в котором
углерода содержится от 2,0 до 4,3%. Чугун содержит так¬
же примеси: кремний,
марганец, серу и фосфор. Примерный
состав
(в %): железа до 92,0; углерода 2,0 4,3;
чугуна

кремния 0,5 4,25; марганца 0,2 2,0; серы 0,02 0,20; фосфора
0,1 1,20.
Указанные примеси попадают в чугун в процессе плавки.
Влияние примесей на свойства чугуна. Влияние примесей
чугуна очень велико, так как примеси определяют структуру,
свойства и сорт чугуна.
важнейшая составляющая чугуна. Углерод нахо¬
Углерод
дится в чугуне в различных состояниях: в виде химически свя¬
занного соединения с железом
леза,

или

цементитом,

и

в

РезС,

называемого

свободном

карбидом

состоянии

в

виде

же¬
гра¬

фита.
Если углерод находится в чугуне в виде цементита, то чугун
в изломе белый цвет. Цементит кристаллизуется непо¬
средственно из жидкого сплава. Чем быстрее идет процесс охла¬
имеет

ждения

дое,

так

(как при переходе чугуна из
и в твердом состоянии), тем

химически

связанного

жидкого состояния

больше

в

нем

в

твер¬

будет

нахо¬

углерода.
котором углерод находится в виде цементита, назы¬
Чугун,
вается белым чугуном.
Если углерод находится в чугуне главным образом в свобод¬
ном состоянии в виде графита, то чугун имеет в изломе серый
цвет и называется серым чугуном.
Марганец способствует получению белого чугуна, так как
образует с углеродом карбиды МпзС и этим препятствует градиться

в

белых чугунах бывает 2 2,5%, а иногда
чугуне не более 1,3% Мп.
Кремний является важнейшей после углерода примесью в
чугуне. Кремний способствует получению серого чугуна. В се¬
от 0,2 до 2,0%.
ром чугуне кремния от 1,25 до 4,25%, в белом
Сера
вредная примесь в чугуне. Сера ухудшает механиче¬
ские свойства чугуна, понижая прочность и увеличивая хруп¬

фитизации. Поэтому
и 3,5% Мп. В сером

в

кость, она придает чугуну густотекучесть,
ухудшает его литейные свойства. Поэтому
чугуне не должно превышать 0,08%.

пузырчатость, т. е.

содержание серы

в

Фосфор

также понижает прочность и увеличивает хрупкость
но
несмотря на это он бывает и полезной примесью, так
чугуна,

увеличивает жидкотекучесть серого чугуна. Это качество
крайне ценно при изготовлении художественного и тонкостен¬
как

ного литья.

Содержание фосфора в ответственных отливках
до 1,2 %.
0,1%, в менее ответственных

до¬

пускается до

Сорта чугуна. Выплавляемые в доменных печах чугуны раз¬
личаются по следующим сортам: белые, серые, легированные,
специальные и высокопрочные.
Белые чугуны. Белые
главном образом передельные
чугуны, так как они идут для переделки в сталь. Они отличаются
высокой твердостью и хрупкостью. Литейные свойства белых
чугунов низкие, они густотекучи. Плохо обрабатываются инстру¬
ментом. По способу передела они делятся на три группы:
мар¬
теновские, бессемеровские, томасовские. Эти чугуны разли¬
чаются по составу: в бессемеровском чугуне, например, понижен¬
ное содержание, серы и фосфора, в томасовском
повышенное
содержание фосфора и пониженное содержание кремния. Со¬
держание марганца в белых чугунах высокое. Передельные
чугуны составляют примерно 70% от всех выплавляемых белых
.чугунов.
Серые чугуны. Серые чугуны
ных

чугунов.

Углерод

бодном состоянии,

в

содержание кремния
ными

качествами:

заполнение

формы

в

них

относятся
главным

находится

к

группе литей¬

образом

в

сво¬

графита. В серых чугунах большое
4,2%. Они обладают высокими литей¬

виде

до

обеспечивающей хорошее

жидкотекучестью,
в тонких сечениях.

Усадка серого чугуна

не¬

большая.

Структура серого чугуна представляет собой чаще всего ферритную или перлитную основу, в которую вкраплены пластинки
графита. Такая структура способствует хорошей обрабатывае¬
мости благодаря
легкому отделению стружки (см. гл. «Терми¬
ческая обработка
чугуна и стали»).
Серый чугун довольно мягок и в то же время хорошо сопро¬
тивляется износу.
Литейные чугуны по содержанию
группы: гематитовые,

70

обыкновенные

и

фосфора делятся
фосфористые.

на

три

Гематитовыми
нием

называются чугуны с очень низким содержа¬

фосфора (до 0,1%).

Эти чугуны применяются для

ответ¬

ственного литья.

Обыкновенные чугуны содержат

фосфора 0,1 0,3%;

приме¬

деталей, подверженных ударным нагрузкам.
Фосфористые чугуны содержат фосфора от 0,3 до 1,2%. Они

няются

для

хорошо работают

истирание, но боятся ударов, имеют хоро¬
применяются для художественного литья.
Качество поверхности этих чугунов при обработке получается
на

шую жидкотекучесть

и

высокое.

Литейные коксовые чугуны бывают следующих марок: J1K00,
ЛК1, ЛК2, Л КЗ, ЛК4 (ГОСТ 4832 58). Наилучшими являются
чугуны марок ЛК00 и ЛК1, они содержат высокий процент
3,26 4,25% и мало серы: 0,02 0,03%.
кремния

Серый чугун поступает в производство в виде отливок, кото¬
рые характеризуются по механическим свойствам.
Согласно ГОСТ 1412 54, установлены следующие марки
литья из серого чугуна: СЧ 00, СЧ 12 28, СЧ 15 32, СЧ 18 36,
СЧ 21 40, СЧ 24 44, СЧ 28 48, СЧ 32 52, СЧ 35 56,
СЧ 38 60.
Маркировка чугуна включает следующие элементы: СЧ обо¬
значает серый чугун, первое число показывает предел прочно¬
сти
на

при испытании
изгиб в кГ/мм2.

на

растяжение,

а

предел прочности

второе

Группа чугунов, включая марку СЧ 21 40, относится к чугунам невысокой прочности. Твердость этих чугунов НВ от 143
до 241.
Чугуны марок от СЧ 24 44 и выше относятся к чугунам
повышенной прочности. Их твердость также выше: НВ 170 262.
Различные марки серого чугуна применяются для изделий и
деталей следующих назначений.
СЧ 12 28
детали, работающие
и

без

стойки,

трения:

основания,

малым

под

кожухи,

напряжением

коробки,

излож¬

ницы и др.

СЧ 15 32

и

СЧ 18 36

детали,

работающие

под средним

*

напряжением

и

на

износ

при

малых

давлениях
удельных
различных отраслях

(р= 5 кГ/см2). Тонкостенные отливки в
машиностроения, трубы, изложницы и др.

Антифрикционные

отливки.

СЧ 21 40

трубы

и

фитинги

для перекачки

нефти,

поршне¬

вые кольца.

СЧ 24 44

станины

корпуса насосов.
штампы
СЧ 28 48
невые

СЧ

металлорежущих
для

маховики,

холодной высадки, большие порш¬

работающие под
32 52, СЧ 35 56 и СЧ 38 60

кольца, детали,

станков,

большим давлением.
головки

блока, шестер¬

ни, рамы, станины и другие ответственные детали.
71

Легированные
ными
кель,

примесями
титан,

медь,

серые чугуны,
менты

в

а

чугун

Эти чугуны

ы.

содержат

легирующие

молибден

и

др. Легируют
некоторых случаях и белые.
механические свойства

улучшают

с

наряду

элементы:

обыч¬

хром,

ни¬

образом
Легирующие эле¬

главным

чугуна

и

придают ему

физико-химические свойства. Содержание серы в них
до 0,30%. Хром
допускается не выше 0,03 0,04%, а фосфора
особые

повышает

твердость,

Благодаря

прочность

и

износоустойчивость чугуна,

обрабатываемость.

никель улучшает

высоким

механическим

физико-химическим

и

свойствам легированные чугуны получили применение в различ¬
ных
отраслях промышленности. Из них делают коленчатые
валы, детали компрессоров, поршни двигателей. Чугуны с со¬

держанием хрома 2%
чатых

колес,

и

никеля

1% идут

на

изготовление

деталей автомобилей, дизелей, штампов,

так

зуб¬
как

высокую прочность. Чугуны с содержанием до 5 6%
никеля и 1 1,5% хрома имеют после закалки высокую твер¬
имеют

(НВ 400)

дость

износоустойчивость,

и

поршневых колец.
Легированные чугуны с
12 35% хрома обладают

они

идут

на изготовление

штампов,

и
5 6% никеля
содержанием
очень
высокой
износоустойчи¬

востью.

Легированные чугуны отличаются высокой коррозионной
стойкостью при содержании хрома 12 16%, меди 6 8%, ни¬
келя 2 4%, углерода 2,7 3,2%. Широко применяются немаг¬
нитные

легированные

строении

цветные

чугуны,

заменившие

в

электромашино¬

металлы.

Окалиностойкие чугуны идут на изделия, подвергающиеся
нагреву до 850 900°. Они применяются для деталей печей, го¬
ловок судовых дизелей, деталей топок.
Большое применение в настоящее время получили легиро¬
ванные титановые и титаномедные чугуны.
В СССР выплавляется большое количество природнолегиро¬
ванных чугунов на базе железных руд, содержащих редкие эле¬
менты.

Специальные чугуны

(ферросплавы). Специаль¬

от обычных чугунов
тем, что в них имеется повышенное содержание кремния и мар¬
ганца или содержатся хром, титан, вольфрам и другие эле¬

ные

чугуны,

или

ферросплавы,

отличаются

Ферросплавы выплавляются в основном в доменной
таким ферросплавам относятся ферросилиций,
ферро¬
марганец и зеркальный чугун. Они называются доменными фер¬
росплавами, в отличие от ферросплавов, выплавляемых в элек¬
менты.

печи.

К

тропечи.
это чугун, в котором кремния содержится
Ферросилиций
от 9 до 13%
(его марка Си 10) и свыше 13% до 15% (Си 15).
Ферромарганец содержит марганца от 70 до 75%: его марки
72

Мн 5

и

ганца
343.

Мн 6.
от

Зеркальный
10

до

25

и

чугун содержит высокий процент мар¬
2% кремния, его марки 341, 342,

Ферросплавы применяются

в качестве присадок при получе¬
чугунного литья для ответственных отливок, а также при
получении стали, являясь раскислителями стали. (О раскисли-

нии

подробнее изложено в главе «Стали»).
Кроме указанных сортов чугуна в производстве широко при¬

телях

меняются

высокопрочные и ковкие чугуны, обладающие высо¬
литейными и физико-механическими свойствами. Подробно
о ковком чугуне изложено
в главе
«Термическая обработка
стали и чугуна», а о
в главе «Литейное про¬
высокопрочном
изводство».

кими

IV

ГЛАВА

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
Сталь

важнейшим

является

в

промышленности

Сталь получается из чугуна.
Основное отличие стали от чугуна

содержит
вредных примесей
серы
что

том,

стали из

сталь

по

составу заключается

углерода,
фосфора. Значит,

меньше
и

Чугуна нужно удалить

а

часть

материалом.

углерода

также

для
и

в

меньше

получения

вредных при¬

месей.
Сталь производится тремя способами: конверторным, марте¬
новским и электрическим.

Конверторный
Англии. В России

способ был открыт
способ появился

этот

в

1856

г.

Бессемером

в

в конце

прошлого столе¬
тия. В 1872 г. на Обуховском заводе в Петербурге при участии
Д. К. Чернова были установлены небольшие конверторы. Одно¬
временно на Сормовском заводе была создана первая в мире
пламенная регенеративная печь, которая явилась прототипом
современных мартеновских печей. Такие печи получили затем
распространение на уральских и других крупных металлургиче¬
ских заводах России. В начале XX в. в России появились пер¬
вые

электропечи,
дуги.

в

которых

плавили

металл

с

помощью

элек¬

трической

§

18. Конверторный способ производства стали

конверторного способа получения стали состоит в
через жидкий чугун, залитый в конвертор, продувается
воздух, кислород которого окисляет углерод и другие примеси.
это грушевидный сосуд, выложенный огнеупорной
Конвертор
кладкой и покрытый стальным кожухом. В верхней части кон¬
вертора находится горловина. В цилиндрической части конвер¬
тор опоясан мощным стальным кольцом. К кольцу присоеди¬
нены две цапфы, при помощи которых конвертор опирается на
станину. Через полую цапфу в конвертор поступает воздух из
воздухопровода. На конце второй цапфы насажено зубчатое
колесо, соединенное с зубчатой рейкой. Рейка приводится в дви¬

Сущность

том, что

жение

74

гидравлическим

приводом.

Современные

конверторы

электрический привод. Движением рейки конвертор пово¬
на требуемый
угол, принимая горизонтальное, вер¬

имеют

рачивается

тикальное или наклонное положение. В нижней части конвер¬
тора находится съемное днище, выложенное огнеупорным кир¬
пичом.

Дутье

подается

воздушную

через

коробку,

находящимся

полую

а затем

по

цапфу
фурмам

и

по

трубе

попадает

в

воздушным каналам,

конвертор. Для заливки чугуна кон¬
горизонтальное положение (фиг. 35, а).
При таком положении конвертора жидкий чугун не доходит до
уровня фурм и не заливает их. После заливки чугуна и завалки
в днище,

вертор поворачивают

в

в

Фиг.
Схема устройства
35.
конвертора: а
вертикальный
положение конвертора при заливке
разрез конвертора; 6
чугуном.

скрапа или руды и извести (в зависимости от характера про¬
цесса) начинают подавать дутье и поворачивают конвертор в
вертикальное положение (фиг. 35, б). Давление дутья значи¬
тельно больше, чем давление жидкого металла, и поэтому фур¬
мы не заливаются. После окончания продувки конвертор накло¬
няют в горизонтальное положение, а затем прекращают
дутье.
Полученную сталь после проверки ее состава выливают в
ковш.

Существуют

два

вида

конверторного

процесса:

кислый

основной
томасовский.
Бессемеровский способ. В бессемеровском конверторе
динаса.
упорная кладка сделана из кислого огнеупора

бессемеровский

и

огне¬

Про¬

в

бессемеровском конверторе делится на три периода.
окисление основной
массы
же¬
Первый период
чугуна

цесс

леза,

а

также

кремния,

марганца и углерода кислородом вду¬
кислорода закиси железа FeO,
*

ваемого

воздуха

за

счет

75

образующейся

в

большом количестве при горении железа.

Про*

.цессы окисления протекают по реакциям:

Fe +

y02

Mn-f-FeO
Si-f-2Fe0

Fe0 +

Q (64430 кал);

MnO-}-Fe-{-Q (32 290 кал)\

=

=

=

Si02 + 2Fe + Q (78 890 кал).

Из приведенных реакций

видно, что выгорание

(окисление)

марганца происходит с большим выделе¬
нием тепла, особенно при окислении кремния, благодаря чему
температура в конверторе повышается на 300 400°. Этот период
сопровождается бурным выделением искр, он называется пе¬
риодом искр. Пламя при этом малиново-красное. Длится пер¬
вый период 7 8 мин; одновременно начинается шлакообра¬

примесей

кремния

и

зование.

Второй период характеризуется
по

рода, которое осуществляется

FeO

+C

=

активным

окислением

угле¬

реакции

Fe

+C

Q.

углерода идет с большим поглощением тепла,
поэтому температура в конверторе несколько понижается. Об¬
разующаяся окись углерода СО сгорает в С02. Пламя при этом
ослепительно
белое. Выгорание углерода длится 8 10 мин.
В большинстве случаев этим периодом и заканчивается плавка,
в
если содержание углерода
полученной стали должно быть
0,4 0,5%. Если же требуется выплавить сталь с малым содер¬

Выгорание

жанием
в

углерода, то процесс выгорания углерода продолжается
третьем периоде, где происходит максимальное удаление угле¬

рода.

Факел

пламени

бурый

появляется

уменьшается,

дым

признак
горения железа с образованием FeO; это длится
3 4 мин, после чего процесс продувки заканчивается.
Конвертор поворачивают в горизонтальное положение, по¬
дачу воздуха прекращают. Однако сталь еще нельзя считать
готовой, так как в ней растворено большое количество FeO

(закиси железа). Кислород
придающей ей хрупкость

в стали

является

вредной примесью,

горячем состоянии
краснолом¬
кость, поэтому для удаления кислорода производят раскисле¬
ние стали. Раскислителями являются ферросилиций, ферромар¬
в

ганец и алюминий. Раскисление идет по реакциям:
FeO

2FeO

-f- Mn
| Si

3FeO + 2A1

Раскислители
ковш

или

на

вводят

=

=

=

прямо

MnO

-j- Fe,

Si02 -f- 2Fe;
A1208 + 3Fe.
в

конвертор,

в

разливочный

струю металла.
Весь процесс продувки и раскисления длится 15 20 мин.
Если в полученной стали недостаточно углерода, ее науглерожи-

76

плавки, вводя в жидкий металл чугун, чистый в
серы и фосфора, или зеркальный чугун. После раски¬
сления и науглероживания сталь разливают.
Конверторы бывают емкостью от 10 до 50 т. Производитель¬
ность их
очень велика
она достигает 1200 13 000 т в сутки.
вают

в

конце

отношении

Бессемеровский чугун должен содержать минимальное коли¬
серы и фосфора (не более 0,06% элемента каждого),

чество
так

как для удаления
СаСОз, реагирующий с

Невозможность
для

переплавки
серы и

фосфора

в

их

нельзя

вводить

известковый

флюс

футеровкой.

бессемеровского конвертора

использования

сталь

чугуна
к

привела

с

повышенным

созданию

содержанием

томасовского,

или

основ¬

способа.
Томасовский способ. Этим способом переплавляются чугуны
с высоким содержанием фосфора (до 1,5 2,5%) и низким со¬
держанием кремния (от 0,2 до 0,9%). В отличие от бессемеров¬
ного,

ского, томасовский конвертор выложен основным огнеупором
блоками. Томасовский конвертор по раз¬

смоло-доломитовыми

мерам несколько превосходит

рассчитаны
так как в

они

нем

на одну

образуется

и

бессемеровский (при

ту

же

много

емкость

шлака.

условии,

заливаемого

Фосфор

в

что

чугуна),

томасовском

процессе играет решающую роль, аналогичную той, какую
играет кремний в бессемеровском, так как фосфор при выгора¬
нии

выделяет

вышения

количество

большое

в

температуры

тепла,

конверторе.

необходимое для

Перед

по¬

заливкой чугуна

конвертор забрасывают известняк в количестве 12 20%
чугуна, после заливки чугуна производят продувку.
Томасовский процесс также делится на три периода.

в

от веса

период

Первый

окисление
кремния, марганца, железа.
протекают так же, как в бессемеровском процессе,
но так как кремния в томасовском процессе немного, этот пе¬
риод заканчивается раньше.
Второй период характеризуется окислением углерода по
реакции
C + FeO = CO + Fe
Q.

Реакции

эти

Третий период
счет

период

свободного кислорода,

выгорания
но

главным

фосфора, частично за
образом за счет кисло¬

рода FeO.
Реакции протекают следующим образом:

2P+5Fe0

=

P205 + 3Fe0

(Fe0)3PA + 4Ca0

P205 + 5Fc + Q (47 850 кал);

(Fe0)3P208 + Q (52 360 кал);
(Ca0)4P,05 + 3Fe0 + Q (108 340

=

=

кал).

Из приведенных реакций видно, что выгорание фосфора и
переход его в шлак сопровождаются очень большим выделе77

нием тепла, за счет
плавки

значительно

которого температура в конверторе
повышается. Таким образом, при

к

концу

бессеме¬

ровском процессе повышение температуры происходит в первом
в третьем. В томасовском конвер¬
периоде, а при томасовском
торе выплавляют главным образом малоуглеродистую сталь,
так как выгорание

фосфора

начинается только после почти пол¬

углерода. Для получения более высокого про¬
цента углерода в стали ее нужно науглеродить. Раскисление
производится так же, как в бессемеровском процессе, только
предварительно сливают шлак.
При сравнении качества бессемеровской и томасовской стали
следует отметить, что томасовская сталь имеет более низкие
она
свойства
более хрупка. В томасовской
механические
стали содержится значительно больше FeO, чем в бессемеров¬
ской. Основной флюс СаО плохо связывает FeO. Оставшуюся в
большом количестве и понижающую ударную вязкость стали
закись железа FeO трудно раскислить полностью. Применяется
ного

выгорания

сталь для неответственных изделий, для кровель¬
ного железа, проволоки. В СССР применение томасовского спо¬
соба несколько расширится в связи с развитием месторождений
томасовская

Кустанайских
также

бурых

железных

руд, содержащих 1,0 1,2% фосфора, а
Керченского месторождения, содер¬

железняков

жащих 1,8%

фосфора.
Значение конверторного способа, его достоинства и недо¬
статки. Конверторная сталь
сталь обычного качества. Стои¬
мость ее невысока.

Достоинства конверторной
ность,

несложное

плавки

оборудование

высокая

конвертора,

производитель¬
отсутствие топ¬

лива.

К недостаткам способа следует отнести: невозможность пе¬
реплавки значительного количества металлических отходов при
только
химиче¬
плавке, использование чугуна
определенного
ского

металла,
состава, большой угар
трудность
получения
стали по заданному составу, наличие большого количества рас¬
творенных газов, снижающих плотность стали (особенно азота).

Поэтому
няется

в

качестве

массового

способа получения

стали

приме¬

конверторный, а более рациональный мартеновский
способ. Область применения конверторной стали значительно
не

сократилась в последние годы, так как эта сталь
ряла возросшим требованиям промышленности
прочности и особенно свариваемости.
В то же время дешевизна и простота процесса
от

него

полностью

улучшения качества

отказаться.

отношении

не позволяли

стали.

Таким образом

пути

появи¬

производства конверторной стали с при¬
кислородного дутья. В результате работ по новой тех¬
удалось резко повысить качество конверторной стали,

менением

нологии

удовлетво¬

в

Необходимо было найти

конверторной

лась новая технология

78

не

уступающей мартеновской

не

по

свойствам,

механическим

но

более экономичной.

значительно

Кислородно-конверторная плавка. Новый конверторный про¬
на
основан
продувке чугуна кислородом, подводимым
сверху в глуходонный конвертор. Емкость современных крупных
кислородных конверторов от 100 до 250 г. Современный 250-тон¬

цесс

ный

собой
конвертор
представляет
около
грушевидный
сосуд высотой
9 м и диаметром около 11 м. Конвер¬
тор установлен на станинах и снабжен

механизмом вращения.
конвертора делают из
кирпича на смоляной

такого

доломитового
или

связке

магнезитового

специального
и

Кладку

из

кирпича

(периклазо-

высокоглиноземистого

кирпича. Отличие от
глухое дно и
конвертора
отсутствие воздушной коробки. Горло¬
вина конвертора смещена относитель¬

шпинелидного)

обычного

но

оси

его

удобства

для

слива

метал¬

желоб для выпуска стали.
Схема кислородного конвертора пред¬

ла

и

имеет

ставлена

на

фиг. 36. В конверторе

пе¬

реплавляется чугун обычного состава:
металлический лом до 21 23% от со¬
става

на.

шихты,

При

цесс

железная

плавке

происходит

вначале

шихту,

в

флюсы. Про¬
следующим образом:

конвертор

затем

окали¬

руда,

вводятся

вводят твердую

залйвают

жидкий чугун

и засыпают известь, плавиковый шпат,
иногда доломит. В горловину конвер¬
тора вводят водоохлаждаемую кисло¬

родную

фурму, устанавливают

расстоянии

400 600 мм

дувку кислородом.
В первый период

её

Фиг. 36.
с

Схема

конвертора

продувкой
кислородом
сверху:

1
ванна; 2
3
фурма;

водоохлаждаемая
канал

для

слива

чугуна.

на

над уровнем

ванны

и

начинают

про¬

примесей
2Fe0-Si02,
кремния, марганца, фосфора образованием
2МпО SiC>2, 3FeO Р2О5, переходящих в шлак, который сли¬
вается. Во втором периоде
присаживается известь. Окисление
происходит энергичное

окисление

окислов

с

сопровождается бурным выделением тепла, так как идет за
горения примесей в чистом кислороде. Температура дости¬
гает 2500°. Поэтому присадка металлолома и руды служит для
охлаждения горячего процесса и в то же время резко увеличи¬
вает выход жидкой стали.
В процессе горения образуется бурый дым с выделением па¬
счет

ров

испаряющегося

металла

и

пыли.

Для улавливания

этого
79

дыма над

горловиной устанавливается

1

камин

(фиг. 37),

а

за¬

утилизатор, где
продукты горения направляются в котел
тепло используется для обогрева.
После продувки через фурму 3 сталь раскисляют. Получен¬
ную сталь из конвертора 2 выливают через специальный желоб,
металла
со
что препятствует перемешиванию
шлаком. Шлак
тем

через горловину. Раскисли гели
на струю металла.
Основные преимущества кислородно¬
плавки
по
конверторной
сравнению с
мартеновским процессом (о нем подроб¬
выливают

вводят в ковш или

ниже) заключается в том, что
кислородно-конверторный способ требует

но изложено

меньших

капитальных

затрат

и позволяет

которой не ни¬
мартеновской. Эта сталь имеет те же
показатели ударной вязкости и прочно¬
получать сталь,

качество

же

мартеновская. В настоящее
кислородных конверторах вы¬
плавляют канатную, осевую, инструмен¬
тальную сталь, сталь для автомобильно¬

сти,

что

и

в

время

го листа, легированную
виды сталей. В 1960 г.

и

многие

введен

другие
ГОСТ на

кислородно-конверторную конструкцион¬
ную сталь, показатели которой прирав¬
нены

к

показателям

аналогичного

Фиг. 37.
конвертор

Глуходонный
с

фурмой

мином.

и ка¬

дятся в разделе
Использование
ства

стали

Эти ГОСТ приво¬

«Маркировка

стали».

значительного

количе¬

железной

руды в ка¬
процесса дало воз¬
состава чугуна и позво¬

металлолома,

честве

мартеновской

состава.

охладителя

можность

вести плавку независимо от
автоматизировать процесс.
Важным преимуществом является также возможность отка¬
заться от миксеров (где хранится чугун), что резко снизит за¬
траты на сооружение конверторных цехов и соответственно
уменьшит стоимость полученной стали.
лило

Производительность кислородных конверторов очень высока.
Практика показала, что один 100-тонный конвертор дает в год
столько же стали, сколько 500-тонная мартеновская печь.
Капитальные затраты на одну тонну годовой производитель¬
ности кислородно-конверторной стали в полтора раза ниже, чем
мартеновской. При строительстве конверторных цехов получают
экономию

капиталовложений

не

менее

6

млн.

руб.

на

каждый

выплавленной стали и свыше одного миллиона
рублей при эксплуатации. С учетом указанных преимуществ
кислородно-конверторного процесса XXII съездом КПСС опремиллион

80

тонн

делены пути развития кислородно-конверторного способа плав¬
ки на ближайшие годы и двадцатилетие. В 1965 г. будет введено
в действие значительное количество большегрузных конверторов

100 и 250 т, в недалеком будущем их емкость до*
Такой конвертор будет иметь годовую производи¬
млн. т стали. В течение 15 16 лет (к 1980
г.) доля
кислородно-конверторной плавки должна составить 45% от об¬
щей выплавки стали за счет резкого сокращения мартеновского
емкостью

в

300
тельность 2

стигнет

Совершенствование

процесса.
к

т.

созданию

новых

конверторного процесса привело

мето¬

плавки.

дов

К

таким

от¬

методам

носятся

применяемые в
зарубежной практике но¬
вый
тип
вращающихся
агрегатов КАЛ-ДО и ро¬
торные агрегаты.

Вращающийся
вертор КАЛ-ДО

грушевидный
ный

агрегат

который

кон¬

это тоже

глуходон¬

(фиг.

38),

во

время про¬
дувки вращается вокруг
своей оси со скоростью
30 оборотов в минуту под
углом к горизонту 15
17°. Кислород подают че¬

фурму,

вводимую
горловину конвертора.
рез

.

Благодаря

в

быстрому

Фиг. 38. Вращающийся конвертор КАЛ-ДО.

конвертора
вращению
жидкая сталь в ванне хорошо перемешивается, в результате
чего металл получается более однородным по химическому со¬
ставу. Кроме того, происходит максимальное удаление фосфора
уже в самом начале плавки, пока сохраняется еще значитель¬
количество
Это позволяет выплавлять высоко¬
ное
углерода.
углеродистую сталь. Содержание серы
КАЛ-ДО может составить 0,01 0,15%.

в

стали

в

конверторе

Одновременно вращение конвертора препятствует местному
перегреву металла и устраняет выделение бурого дыма. Обра¬
зующаяся в процессе горения окись углерода СО сгорает в кон¬
верторе, что способствует получению дополнительного тепла.
Благодаря этому процент переплавляемого лома достигает 50.
каждую тонну чугуна можно получить 2 т стали.
способ применяют главным образом для передела
чугуна с высоким содержанием фосфора или обычных чугунов.
Роторная печь представляет собой цилиндр длиной 14 15 м,

Значит,

на

Роторный

81

вращающийся вокруг горизонтальной

оси со скоростью 0,5
непрерывном вращении печи металл очень хо¬
рошо перемешивается,
поэтому фосфор быстро окисляется и
удаляется в шлак. Этим достигается очень высокая степень чи¬
стоты стали в отношении фосфора. Металл получается плотным.
В роторных печах выплавляют качественные и высококачествен¬
ные стали. Стоимость их ниже стоимости мартеновских.

1,0 об/мин.

При

§ 19. Мартеновский способ производства

стали

Мартеновский способ получения стали появился через не¬
после изобретения конверторного способа. Пред¬

сколько лет
посылками
чества

к

его

отходов

созданию
металла,

послужило
а

также

наличие

большого

необходимость

коли¬

получения

более качественной

стали. В 1864 г. было положено начало мар¬
теновской плавке, которая сейчас является важнейшим спосо¬
бом производства стали. Этим способом выплавляют 90% всей

стали.

Материалы для мартеновской плавки. Исходными продук¬
являются:
металлический лом
для мартеновской плавки
(скрап), передельный (белый) чугун (чушковый или жидкий),
железная руда. Кроме того, применяются флюсы, преимущест¬
тами

В зависимости от исходных продуктов в марте¬
новской плавке различают два важнейших процесса.
1. Скрап-процесс, в котором шихтой служат металлический
лом' и чушковый чугун. Этот процесс применяется в мартенов¬
ских печах
машиностроительных заводов, где всегда имеется
большое количество металлических отходов, причем содержа¬
венно известняк.

ние

их

в

шихте

достигает

2. Рудный процесс, где
жидкий чугун (количество

80%.
шихтой
жидкого

являются
чугуна

в

железная

руда

и

шихте составляет

80 90%). Этот способ применяется в мартеновских цехах ме¬
таллургических заводов и является важнейшим.
В ряде случаев применяются также скрап-рудный процесс:
в шихту, кроме руды и чугуна, добавляют некоторое количество
лома.

Топливом для

мартеновской

плавки

служит смесь доменного
применяют генераторный газ. На
некоторых заводах СССР уже внедрен высококалорийный и де¬
шевый природный газ. Кроме газов применяется жидкое топли¬
и коксовального газов, иногда

нефть и мазут.
Устройство мартеновской печи. Мартеновская
вается пламенной регенеративной, так как принцип
во

основан

на

регенерации

тепла,

печь

ее

назы¬

работы

обеспечивающей высокую

тем¬

пературу печи, необходимую для ведения плавки. Схема устрой¬
ства мартеновской печи с распределительными клапанами пред¬
ставлена на фиг. 39.
82

Оснбвной частью мартеновской печи является рабочее про¬
странство А. Здесь происходят важнейшие физико-химические
процессы: горение топлива, окислейие примесей, расплавление
шихты,

образование

металла

странство ограничено сводом

11, задней

и

шлака.

1, снизу

и передней стенками, а
передней стенке имеются

с

Сверху рабочее
подом

про¬

(или подиной)

боковых сторон

голов¬

бы¬
трех до семи, в зависимости от величины печи. Завалоч¬
окна закрываются огнеупорными заслонками. Через зава¬

ками 3. В

завалочные

окна

2,

их

вает от

ные

Фиг.

39.

Схема

устройства мартеновской

печи.

окна производят загрузку печи, взятие проб, наблюде¬
процессом, а также наварку или исправление пода.
В задней стенке внизу имеется отверстие для выпуска металла
и одно или два отверстия для шлака (они забиты огнеупорной
массой, которую при выпуске пробивают). Головки печи распо¬
ложены симметрично. В них находятся каналы 4 и 5, через ко¬
торые в печь поступают газ и воздух и отходят продукты горе¬
ния. В нижней части головки соединяются с регенераторами 6
и 7, установленными попарно с обеих сторон печи (всего их че¬
лочные

ние

за

при работе на жидком топливе можно ограничиться
одному с каждой стороны). Регенераторы представ¬
ляют собой камеры, выложенные огнеупорным кирпичом. Вну¬
три регенераторов имеется огнеупорная насадка с вертикаль¬
ными каналами. В нижней части регенераторы сообщаются с
каналами 8 и 9, по которым поступают воздух и газ и отходят

тыре,
двумя

но

"--по

83

продукты горения. Для регулирования направления движения
к дымовой трубе
газа и воздуха в печь, а продуктов горения
в каналах имеются перекидные клапаны 10.
При работе на природном газе подогрев не требуется, так
как при нагреве произойдет распад углеводородов со значитель¬
ным снижением
теплотворности газа; в этом случае газовые
регенераторы также отсутствуют.
от
50 до 500 г.
Емкость мартеновских печей различна
В 1962 г. в СССР введены в строй большегрузные мартеновские
количе¬
печи емкостью 900 т (емкость печей характеризуется
ством

6,5 м,

3,4

высота

В

печи

глубина

м,

ванны

зависимости

лятся

на

одну плавку).
пространства таких печей 25 м, ширина
(от порогов завалочных окон до свода)

выплавляемого

металла,

Длина рабочего

кислые и

1,3

м.

за

Площадь

160 м2.

пода

характера кладки пода и стенок печи де¬
основные. У кислых печей кладка динасовая,

ог

под наварен кварцевым песком. Кислые печи имеют очень не¬
значительное применение. В основных печах под и стенки вы¬
ложены магнезитом, свод у многих печей динасовыйГ Места со¬
прикосновения кислой и основной кладки прокладываются ней¬

тральной

прослойкой, например,

основных

печей наваривается

хромистым

магнезитовым

Под

железняком.
или

доломитовым

порошком.

Современные

крупные печи целиком выкладывают из хромо¬
кирпича.
Работа мартеновской печи. Работа печи начинается с ее за¬
грузки. Загрузка производится завалочными машинами. При
магнезитового

скрап-процессе

вначале

гун, при рудном процессе
няк,

а

ковша

затем

по

висимости

сначала

в

устанавливаемому

величины

Одновременно
правые

топлива
и

затем

железную руду

печи

и

левые

с

и

завалкой

и

шихты

в

окне.

механизации
и

чу¬

извест¬

В

из
за¬

завалки

более.

печь

подают

топливо.

воздуха осуществляется попеременно через

головки

фиг. 39,

завалочном

степени

последняя длится от двух до трех часов

Подача

известняк,

жидкий чугун. Заливка чугуна производится

желобу,
от

и

заваливают лом

печи.

При

положении

клапанов,

ука¬

газопровода поступает в правый газо¬
в воздушный ка¬
вый канал 8, а воздух из воздухопровода
нал 9. Пройдя через правые регенераторы 7 и 6, газ и воздух
поступают в каналы головок печей 5 и 4, а по выходе из каналов
занном на

газ из

и, войдя в рабочее пространство, воспламеняются.
наклону каналов у входа в рабочее пространство пла¬
мя устремляется на поверхность шихты, разогревает и расплав¬
ляет ее. Продукты горения уходят по левым регенераторам 7 и 6.
смешиваются

Благодаря

Температура отходящих продуктов горения достигает 1600
1700°. Пройдя через насадку, продукты горения нагревают ее
до 1400 1500°. Движение газа и воздуха в одном направлении
84

15 20 мин.

длится

вает нагреться до

За

это время

насадка

указанной температуры,

регенераторов успе¬
после чего производят

перекидку клапанов в положение, указанное пунктиром. Теперь
газ и воздух поступают в печь
с
противоположной стороны,
пройдя через регенераторы, нагреваются раскаленной насадкой
и входят в печь,
нагретые до 900 1000°.
На современных мартеновских печах перекидка клапанов
механизирована и автоматизирована.

Подогрев продуктов горения обеспечивает при сгорании
лива

рабочем пространстве

в

температуру

топ¬

2000°. Без ре¬

около

генераторов этого достичь невозможно. При работе на жидком
регенераторы подогревают только воздух, а нефть или
мазут подаются форсунками, установленными в каналах голо¬
вок печей. В этом случае печь имеет только
одну пару регенера¬

топливе

торов воздушные. При работе на природном газе газовые ре¬
генераторы отсутствуют.
Процесс мартеновской плавки. Процесс мартеновской плавки
в

основной

печи

делится

Первый

раскисление.

на

периода: плавление, кипение,
плавление
начинается одно¬

три

период

временно с завалкой материалов. После окончания завалки
расплавление идет интенсивнее, так как уменьшаются потери

Период

тепла.

ность

этого

плавления

Для интенсификации
максимальное

этого

количество

железо

по

длительный:

продолжитель¬
печах 3 5 ч.

большегрузных

периода

нужно

Период
примесей

подавать

в

печь

плавления

характери¬
чугуна. Вначале оки¬

реакции
2Fe +

Затем

в

тепла.

окислением

зуется энергичным
сляется

самый

составляет

периода

начинается

Oa

=

окисление

2FeO.

кремния

и

марганца

по

реак¬

циям
Si

+ 2Fe0

=

Mn -|- FeO
Образовавшиеся
смешиваясь,

окислы

образуют

=

Si03 + 2Fe;
MnO -f- Fe.

плохо

шлак.

растворяются в металле
Ошлакование серы происходит

и,

по

следующим реакциям:

+ Mn

=

MnS -f CaO

=

FeS

либо сера непосредственно

FeS

Окисление фосфора

MnS + Fe;
MnO -f- CaS,

ошлаковывается

+ CaO

=

известняком:

CaS + FeO.

идет по реакциям, приведенным ранее в

разделе «Томасовский способ».
85

Второй период
ной

углерода

и

является

кипение

процесса. В

частью

этом

периоде

максимально очищается от

ной реакцией здесь

наиболее

металл

ответствен¬

освобождается

вредных

примесей.

от

Глав¬

является

C + FeO = CO +

Fe.

Газообразная окись углерода не растворяется в металле и
образует пузыри, которые, вырываясь из ванны, создают кипе¬
ние. Выгорание углерода длится 1 3 ч в зависимости от марки
выплавляемой стали. По получении требуемого процента угле¬
рода заканчивается второй период плавки. В процессе кипения
осуществляется контроль химического состава путем взятия
проб и производится измерение температуры металла.
Третий период
раскисление
преследует ту же цель, что
и раскисление в конверторе. Применяются те же раскислители:
ферросилиций, ферромарганец, алюминий. Более тяжелые рас¬
в желоб или
кислители загружают прямо в печь, более легкие
в

ковш.

Иногда

для

раскисленности

проверки

Застывший раскаленный кусок

стали

делают

подвергают ковке:
при плохой раскисленности образуются трещины. Если в мар¬
теновской печи выплавляют легированную сталь, после раски¬

пробу.

сления в

нее вводят

стали

ферротитан, феррохром, высококремнистый

др. Для получения никелевой стали вводят
чистый никель. По характеру раскисления различают сталь спо¬

ферросилиций

и

койную, кипящую и полуспокойную.
Спокойная сталь является полностью раскисленной,
ней не выделяются, так как весь

Ее раскисляют

кислород

ее связан с

газы

в

раскисли-

ферромарганцем, а затем ферро¬
это неполностью
силицием или алюминием. Кипящая сталь
раскисленная сталь. При разливке она кипит благодаря выде¬

телем.

вначале

лению окиси углерода, так как не весь кислород в ней связан с
раскислителями. Раскисляют эту сталь только ферромарганцем.

Полуспокойная

сталь раскисляется меньше, чем спокойная,
ней сохраняется некоторое количество кислорода в виде
FeO. В этой стали газы выделяются в процессе застывания ме¬
талла. О значении и применении спокойной, кипящей и полуспокойной стали будет сказано в разделе «Разливка стали»; там же
приведены ГОСТ с указанием марок этих сталей.
После окончания раскисления сталь из печи выпускают в
и

в

Процесс

ковш.

чах
печи

И

является

8

длится

ее

5 8 ч,

а

показателем

в большегрузных пе¬
работы мартеновской

производительность, которая характеризуется

стали, приходящимся на 1 м2 пода печи,
сутки. В среднем по СССР съем стали с 1 м2 составляет
9 т, а на печах очень большой емкости 11 12 т.

количеством

за

плавки

13 Ч. Важнейшим

(съемом)

Ввиду того, что в сталеплавильном производстве в настоя¬
щее время происходит техническая революция, вызванная соз86

высокоэффективного кислородно-конверторного способа,

данием

более

выгодного, чем мартеновский, и в связи с тем, что марте¬
новский способ все еще является основным способом производ¬

будет

ства стали и, по-видимому, еще длительное время

иметь

существенное значение, необходимо для приближения себестои¬
мости мартеновской стали к себестоимости кислородно-конверповысить

резко

торной

Одним

плавки.

производительность

важнейших
мартеновских печей

тельности

из

факторов

мартеновской

повышения

производи¬
является внедрение новой про¬
первую очередь, применение кисло¬

грессивной технологии, в
рода в мартеновской плавке.

Идея

интенсификации

высказана

в

еще

процессов

металлургических

начале

XX

в.

великим

русским

была

ученым

Д. И. Менделеевым, но осуществилась только недавно. Кисло¬
род вступает в непосредственное взаимодействие с металлом,
и

окисление

с

вносит

плавки,

металла

собой

идет

значительно

нежелательных

примесей,

быстрее. Кислород

не

сокращается процесс

экономится топливо.

Применение кислорода осуществляется двумя
1) обогащение кислородом факела пламени

способами:

период за¬
расплавления;
2) продувка жидкой ванны во время выгорания углерода.
Введение кислорода повышает производительность марте¬
новской плавки на 25 30%. Особенно эффективные результаты
валки

в

и

достигаются в печах большой мощности. Важное значение имеет
использование природного газа.

Применение кислорода требует улучшения качества огнеупо¬
ров, автоматизации теплового режима печи, изменения и улуч¬
шения конструкции печи, в частности методов ее охлаждения.
Увеличение производительности мартеновских печей связано с
правильной организацией работы. Большую роль играют сокра¬
щение времени завалки шихты, высокий тепловой режим печи,
правильная организация выпуска, углубление ванны, механиза¬
ция процессов завалки, заправки пода,

уборки

шлака

и т. д.

Новая прогрессивная технология мартеновской плавки пре¬
дусматривает также переработку шлаков мартеновской печи,
ранее использовавшихся главным образом при плавке в домен¬
ных печах, путем химического воздействия на кристаллизацию
мартеновского шлака.
Во время слива шлака в ковш вводится небольшое количе¬

минеральных добавок, играющих роль добавочных центров
кристаллизации. Это приводит к самоизмельчению шлака и пре¬
вращению его в порошок. При этом выделяется 10 15% ме¬
60 85% шлакового порошка и щебень шлаковой
талла,
ство

корки.
Металл
тена,

вновь

шлак,

используется
богатый железом,

в

качестве

скрапа

серой, фосфором,

для

мар¬

кальцием,
87

является

марганцем,

удобрением,

превосходным

а

щебень

идет для строительства.

Преимущества
теновской

печи

обычного

чугуны

и

недостатки

можно

мартеновского способа. В мар¬

переработать

качества.

металлические

Мощность

отходы

современных

и

мартенов

получать сразу большое количество однородного ме¬
осуществлять контроль плавки и получать сталь по
почти
любые
точно заданному анализу, а также выплавлять
от самых
стали
начиная
мягких, с
содержанием углерода
0,05 0,06%, и кончая твердой инструментальной углеродистой
позволяет

талла,

сталью; можно выплавлять и легированные стали.
к
Все перечисленное относится
достоинствам
мартенов¬
ского способа, вместе с тем имеются и недостатки. В марте¬

новской
часть

печи

их

является

находится

остается

большое

растворенной

невозможность

количество
в

стали.

наиболее

газов,

Крупным

полного

и

известная

недостатком

удаления

серы

и

фосфора.
В мартеновских печах выплавляют обыкновенную и качест¬
венную углеродистую конструкционную и инструментальную, а
также низколегированную и среднелегированную сталь. Марте¬
сталь

новская

идет

для

строительного

металла,

для

поковок,

проката. Из нее делают рельсы, пружины, рессоры, балки, ше¬
стерни, болты, винты и т. д.

§

20. Выплавка

стали

в

электропечах

Развитие электроплавки связано с изобретением электриче¬
ской дуги русским ученым проф. В. Петровым, который в 1803 г.
исследовал
электрическую дугу и обосновал ее практическое
применение при плавке металла. Электроплавка в России в то
время почти не получила применения, так как производство
электроэнергии было незначительным. Первые промышленные
дуговые печи появились у нас в начале XX столетия, а индук¬
ционные
еще позднее. Печи были небольшой емкости. Общее
производство стали составляло в 1917 г. всего 3,5 тыс. т. Широ¬
кое развитие электроплавки началось в России в годы Советской

Развивающуюся

технику не могла удовлетворить сталь
качества, требовался высококачественный металл.
с этим
производство электростали приобрело особое
значение. По производству электростали СССР сейчас занимает
первое место в мире. Благодаря развитию электроплавки в
СССР создана промышленность легированных сталей, ферро¬
сплавов, твердых сплавов. С учетом особого значения электро¬
стали в промышленности в ближайшие годы предусмотрен зна¬

власти.

обычного
В связи

чительный рост выплавки электростали.
Плавка в электропечах имеет ряд преимуществ перед плав¬
кой в конверторах и мартеновсклх печах. Высокая температура

88

позволяет

применять

основные

сильно

шлаки,

вводить

большое

удаления из
стали серы и фосфора. Легко регулировать температуру печи.
Для плавки в электропечи не требуется воздуха, окисляющая
способность печи невысока, поэтому количество FeO в ванне
количество

флюсов

достигать

максимального

получается достаточно раскисленная и
высокой температуре в печи можно полу¬
легированные стали с тугоплавкими элементами: вольфра¬
сталь

незначительно;

Благодаря

плотная.
чить

и

мовые, молибденовые и др.
значительно

тропечи

Угар легирующих элементов в элек¬
чем в мартеновской. Указанные

меньше,

преимущества определяли быстрые
в СССР. Создание но¬

темпы

развития

электро¬

плавки

вых

отраслей

сти

космической

промышленно¬
и

ракетной

техники,

развитие радиоэлект¬
возможны
только на
роники
базе высококачественного ме¬

талла.

Осуществление сплош¬
электрификации страны

ной

явится

базой для дальнейшего

электропла¬
роста
и
промышленности
стали.
развития электроплавки
быстрого
вильной

Электрические
плавки

стали.

печи для вы¬

Электроплавка

производится в дуговых и ин¬
электропечах.
дукционных
Наибольшее применение полу¬
чили дуговые электропечи. Они
бывают различных конструк¬
ций,

в зависимости от

Фиг. 40.

Дуговая электропечь.

располо¬

электродов: в одних пе¬
дуга образуется между электродами, в других
между
электродом и металлической ванной. Электроды могут распо¬
лагаться горизонтально и вертикально. Наибольшее применение
получили печи с вертикальным расположением электродов 1
(фиг. 40). Дуговая электропечь одета стальным кожухом и вы¬
ложена огнеупорным кирпичом. Рабочее пространство ограни¬
чено сверху сводом 2, снизу
подом. Свод печи съемный. Через
жения
чах

пропущены электроды. Современные электропечи работают
трехфазном переменном токе и потому имеют три электрода.
Применяются угольные или графитовые электроды диаметром
200 300 мм. Электроды имеют вертикальное перемещение.

него
на

В передней
наблюдения

стенке

за

стенке имеется
жит

печи

ходом

отверстие 6

поворотный

окно 3, которое служит для
Для выпуска металла в задней

находится

плавки.

механизм

желобом 5. Для наклона печи слу¬
4. Загрузка исходных продуктов в

с

89

современных крупных печах производится через свод бадьями с
раскрывающимся дном. На одну плавку шихта подается за один
или два приема мостовым краном.
По характеру кладки печи делятся на кислые и основные.
Кислые печи (так же, как мартеновские) выложены динасом
с

кварцевой набойкой

В

пода.

основных

печах

хромомагнезитовые, а свод динасовый или

под

и

стенки

хромомагнезитовый.
печи.
Современные

Преимущественно применяются основные
большегрузные электродуговые печи рассчитаны

100 180

на

т

в

плавку.
Исходные материалы для плавки стали в электропечах.
Исходными продуктами для получения стали в электропечах
являются металлический лом, чугун, железная руда, окалина.

Для раскисления применяют раскислители,
получении легированных сталей

для

доводки

при

ферросплавы.

Важнейший материал
металлический лом, он составляет
90% всей шихты. Лом должен быть чистым в отношении
серы и фосфора, так как хотя в электропечи и возможно наи¬
более полное удаление серы и фосфора, но оно связано с боль¬

около

шой затратой электроэнергии,
электроэнергии, расход которой

Чугун

вводится

науглероживания

в

количестве

металла.

В

что
на

до

1

резко

повышает стоимость
600 кет ч.

т стали составляет

10%,

главным

электропечь

воздух

образом
не

для

подается.

Для

окисления примесей вводят некоторое количество железной
руды или окалины. В настоящее время производят продувку
ванны кислородом. Флюсом в основном процессе служит извест¬
няк, в кислом
кварцит.

Процесс плавки в основной электропечи. После загрузки печи
электродам подводят ток. Благодаря высокой температуре го¬
рения дуги (около 3500°) происходит бурное плавление шихты.
В первом периоде плавки происходит окисление примесей
кислородом, находящимся в печи, и главным образом кислоро¬
дом железной руды. Образующаяся закись железа растворяется
в металле и вступает в соединение с кремнием, марганцем, фос¬
фором и углеродом. Образующиеся Si02, МпО и FeO создают
к

шлак.

Окисление примесей может производиться непосредственно
руды Fe203. При соединении окислов МпО, Si02 и
FeO образуется шлак Fe0-Si02 и Mn0-Si02.
В шлак переходит большое количество фосфора:

окислами

4СаО + Р205

Наряду
Р2Об

с

с

FeO

ошлакованием

происходит

=

(СаО)4 Р205.

фосфора

известью

образование

при

соединении

железистого

шлака

(Fe0)P205.
Шлак сливают, чтобы фосфор из него не переходил в металл.
Сливание производят 2 3 раза в течение плавки, при этом со90

держание
зывается

фосфора доводится
дефосфоризацией.

до

0,01 0,02%.

Этот процесс

на¬

Во втором периоде электроплгвки происходит науглерожива¬
углерода окажется ниже заданной
нормы, а затем раскисление и десульфурация (удаление серы).
Раскислителем служит карбид кальция СаСг.

ние металла, если количество

и

Одновременно происходит удаление серы из соединений FeS
MnS, которые, ошлаковываясь СаО, превращаются в CaS.
После десульфурации

производят

окончательное

раскисле¬

ферросплавами (ферромарганцем и ферросилицием).
В третьем периоде плавки производят доводку с целью полу¬
чения легированных сталей:
вводят феррохром, ферротитан,
феррованадий и другие ферро¬
ние

сплавы.
В

повышения

целях

дительности
чей

дуговых

большое

произво¬

электропе¬

внимание
и

механизации

уделено

автоматизации

процессов загрузки материалов,
введению продувки жидкой ван*ны
кислородом и механизации
продувки, механизации переме¬
шивания жидкого металла, авто¬
матизации управления режимом
плавки.

Индукционные
методы

плавки

печи. Обычные

стали

в

дуговой

электропечи не всегда обеспечи¬
вают получение стали требуемо¬
го

состава

и

качества.

Так,

Фиг. 41. Индукционная электро¬

на¬

печь.

выплавка

различных
низким содержанием углерода, кремния и других эле¬
ментов в этих печах не всегда удается. Кроме того, наличие в
печи азота, водорода и кислорода (хотя и в небольшом коли¬

пример,
сталей с

честве)

способствует

включениями.

стали

вызвали

Такими

загрязнению

стали

неметаллическими

Высокие требования промышленности

необходимость

методами

являются

к качеству

создания новых методов плавки.

индукционная

и

электрошлаковая

плавки.
плавка. В индукционных печах электрический
индуктору, и этот ток индуктирует в расплав¬
ляемых металлах токи высокого теплового действия. Благодаря

Индукционная

ток подводится к

и ускорение
шихты
процессов плавки. Принцип устройства индукционных печей
схематически показан на фиг. 41.
Плавка металла 3 происходит в огнеупорном тигле 1. Вокруг
тигля сделана обмотка
(индуктор) 2, представляющая собой

этому происходит быстрое расплавление

91

спираль из медной трубки, по которой проходит ток высокой
частоты. Большая часть индукционных печей выложена кварци¬
том (кислая футеровка). Применяются тигли и с основной клад¬
кой. Емкость их в среднем 10 12 т, но в настоящее время она
значительно увеличивается. Процесс плавки длится 6 7 ч.
Плавка в индукционной печи имеет следующие преимуще¬
ства перед плавкой в электродуговой печи:
1) благодаря электромагнитному перемешиванию жидкой
металла
и
стали улучшается химическая однородность
уско¬
ряется всплывание неметаллических включений;
2) легче регулируется температура по ходу плавки и точнее
становится ее измерение;

3)

появляется

возможность

жанием

углерода, чему
электрическая дуга;

в

получить

сталь

электродуговой

с

печи

низким

содер¬

препятствует

4) небольшой угар легирующих элементов;
5) можно получить сталь с очень малым содержанием газов
благодаря плавке в вакууме.
Индукционная плавка в вакууме является наиболее прогрес¬
сивной плавкой. Ее важнейшим преимуществом является воз¬
можность получения стали с минимальным содержанием кисло¬
рода, азота и водорода. Углерод, взаимодействуя с кислородом,
растворенным в жидком металле, образует в металле нераство¬
римые окислы в виде газов (при обычном давлении). В вакууме
>глерод, соединяясь с кислородом, образует окислы. Этим до¬
стигаются низкое содержание углерода и высокая раскисленность.

При вакуумной

плавке улетучивается часть серы с поверх¬
испаряются такие вредные примеси, как олово,
свинец, мышьяк и др. Выплавка в вакууме повышает пластич¬
ность стали, ударную вязкость, электротехнические свойства.
Главным препятствием для широкого внедрения индукцион¬
ной плавки в печах большой емкости является низкая стойкость
основной огнеупорной кладки.
Электрошлаковая плавка. Этот совершенно новый метод раз¬
работан Институтом электросварки им. Е. О. Патона для полу¬
чения высококачественных легированных сталей. Сущность его
состоит в том, что слитки из стали, полученной в обычных пе¬
чах, перерабатываются на электроды для последующей пере¬
плавки их в электрошлаковой печи. Плавление электродов про¬
ности

металла,

исходит не за счет тепла электрической дуги, а за счет тепла,
выделяющегося в слое расплавленного шлака, служащего со¬
противлением при прохождении через

него

электрического тока.
прост. Схема его
1 диаметром от

Принцип электрошлакового переплава очень
на
представлена
фиг. 42. Электрод-слитки

80 до 150 мм и длиной от 2 до 6 м вводят в медный водоохла¬
ждаемый кристаллизатор, который представляет собой полый

92

Ко дну кристаллизатора прикреплен поддон 4 с за¬
это шайба из переплавляемой стали. За заправку
насыпают
электропроводный флюс из порошка алюминия с
магнием. В зазор между слитком-электродом и стенкой кристал¬
лизатора засыпают рабочий флюс 2, состоящий из А120з, CaF
и СаО. Плавка происходит следующим образом.

цилиндр.

травкой 3

Электрод опускают до соприкосновения

с

флюсом,

находя¬

щимся на затравке, и включают ток. В процессе плавления ра¬
бочий флюс превращается в шлак с температурой 2500°. Под

действием

этого тепла электрод расплавляется, каждая капля
проходит через слой расплавленного шлака и очищается от
вредных примесей и газов. Из этих капель формируется новый
слиток. После электрошлакового пере¬

его

качество

плава

слитка

нового

очень

Содержание серы уменьшает¬
полтора-два раза. Сталь отлича¬
высокой чистотой в отношении

высокое.
ся

в

ется

неметаллических

включений, чему

спо¬

огнеупорной
отсутствие
собствует
кладки, соприкасающейся с металлом.
Особенно ценным свойством этой
ли

является

почти

ста¬

равномерное рас¬

пределение в слитке остающихся по¬
крупные
переплава включений,
скопления которых являются основной
причиной разрушения изделий. Слитки
Фиг. 42. Электрошлаковый
не имеют пористости, усадочной рых¬
переплав.
лости, мельчайших
внутренних тре¬
изважно
очень
что
щин,
при работе
делий в условиях ударных нагрузо-к. Электрошлаковый пе¬
реплав с успехом применяется для получения шарикоподшип¬
никовой, быстрорежущей, нержавеющей и ряда других ста¬
сле

лей. Высокое качество стали дает возможность резко сократить
расход металла при изготовлении ответственных изделий. Элек¬

способ имеет ряд преимуществ перед другими
методами плавки, в частности перед вакуумной плавкой: он
проще, дешевле, легче поддается автоматизации. В ближайшие
годы этот способ в нашей стране получит широкое распростра¬
нение.

трошлаковый

Дуплекс-процесс
вается
но

в

и

его

процесс плавки,
двух печах.

Существуют два
1. Мартеновская

значение.

который

Дуплекс-процессом

производится

назы¬

комбинирован¬

варианта дуплекс-процесса.
печь

электропечь.

При

этом

металличе¬

печи, а затем зали¬
скую шихту расплавляют
вают в электропечь, где раскисляют и доводят до нужного хими¬
ческого состава. Этот способ применяется реже.
в

мартеновской

93

2. Продувка жидкого чугуна в кислородном конверторе с
последующей заливкой в электропечь для раскисления и до¬
водки.

Сейчас применяется глабнЫм

образом этот способ.
Дуплекс-процесс имеет

следующие

преимущества.

Мартенобскоя
Кислородно конверторная

Электроплавка

Эпктростапь

требует

является до¬

-

рогим

процессом,

так

как

больших
затрат
электроэнергии, особенно в
период расплавления твер¬
дой шихты. Поэтому целесо¬

образнее

все

процессы, свя¬
расплавлением и
окислением
примесей, про¬
в
изводить
конверторах
с
кислородным
дутьем, а
занные

с

десульфурацию, раскисление
и

в
доводку
электропе¬
чах. йто значительно уде¬

Фиг. 43. Диаграмма роста производства
стали, получаемой различными способа¬
ми, на ближайшее двадцатилетие.

шевляет

стоимость

электросталей,

так

плавки
как

рас¬
ход электроэнергии сокра¬
почти
вдвое
щается
при
плавки.

одновременном сокращении продолжительности

Электросталь

все больше внедряется в современную технику,
в
ее
ближайшем
резко возрастет.
производство
В соответствии с решениями XXII съезда КПСС на ближай¬

будущем

двадцатйлетие предусмотрен рост производства стали,

по¬

лученной различными способами. Это иллюстрировано фиг.

43.

шее

§

21. Разливка стали

Устройство разливочного
она

операция:
качество

определяет

готового

ковша.

качество

изделия.

Разливка
слитка,

Разливка

процесса производства стали и
щим образом.
Из мартеновской печи, конвертора

этапом

выпускают

в

стальной

разливочный

а

стали

важная

следовательно,

и

является

завершающим
осуществляется следую¬
или

ковш,

электропечи

сталь

представленный

на

фиг. 44.
Корпус

3 и днище ковша выполнены из толстолистовой
В кожухе ковша предусмотрен желоб 2 для слива шлака.
В днище ковша сделано отверстие, в которое вставляется раз¬
ливочный стакан 5. Для перекрытия отверстия в стакане уста¬
стали.

навливают

стопор

устройстве 6. При
94

1,

который

помощи этого

закрепляется

устройства

на

специальном

стопор легко подни-

мают

и

На

опускают.

конце

имеется

стопора

пробка 4, которая перекрывает отверстие

в

огнеупорная

стакане.

Ковш

вы¬

огнеупорной кладкой 7. Стопор представляет стальной
стержень диаметром около 50 мм, на который насаживают огне¬
ложен

упорные трубки. На многих заводах применяют для ускорения
разливки ковши с двумя стопорами. Стопор делают водоохла-

Внедряется дистанционное управление стопором.
Емкость ковшей достигает 200 т.
Способы разливки стали. Наиболее распространена разливка
стали в изложницы. Изложницы
чугунные, реже стальные
ждаемым.

формы

с

или

дном

без дна,

или
расширенные
кверху
более удобного
для

книзу

извлечения

разливкой

Перед

слитков.

изложницы

очи¬

щают,
подогревают и сма¬
зывают изнутри для получе¬
ния
чистой
поверхности
слитка.
ют от

Изложницы

0,1

вмеща¬

до 15 т стали. Раз¬

может производиться
способами:
сверху
двумя
или
снизу.
При разливке

ливка

сверху сталь заливается в
каждую изложницу отдель¬
но
(фиг. 45, а) непосредст¬
венно

из

ковша

или

с

помо¬

желобов и
воронок,
ковшей.
промежуточных
Фиг. 44. Сталеразливочный ковш.
Этот способ применяется в
тех случаях, когда требуется
получить небольшое количество крупных слитков. Преимуще¬
ство его в том, что он позволяет разливать не очень горячую
сталь: при этом получается более здоровый слиток, с меньшей
щью

усадочной раковиной. Качество поверхности слитка получается
невысокое из-за брызг при заливке, но неметаллических вклю¬
чений в слитке образуется меньше.
Разливка снизу, или сифонная разливка, применяется в тех
случаях, когда нужно разлить сталь в большое количество из¬
Схема сифонной разливки представлена на фиг. 45, б.
На чугунной плите-поддоне, имеющей каналы, устанавли¬
вают несколько изложниц, в дне которых имеется отверстие.
В каналы поддона укладывают огнеупорные трубки, тоже имею¬
В центр поддона вставляется звездочка со
щие отверстия.

ложниц.

с
соединенными
пазами,
огнеупорными каналами
На звездочку устанавливают центровую трубку и за¬

сквозными
поддона.
ливают

в

нее

сталь,

которая

попадает

одновременно

во

все
95

каналы

и

заполняет

изложницы

по

закону сообщающихся со¬

судов.

Преимущества сифонной разливки
1) устраняется образование брызг,
качество

следующие:
чем достигается

хорошее

поверхности;

Фиг. 45.

Схема разливки стали

ливка сверху; б

в изложницы: а

раз¬

сифонная разливка.

2) газы свободно поднимаются кверху (при разливке сверху
выходу газов препятствует встречный поток заливаемого в из¬
ложницу металла);
3) благодаря одновременному наполнению изложниц слит¬
ки
более
индивидуальной разливке
однородны, чем
при

сверху.
96

Недостаток

сборке

сифонной

изложниц

под

разливки
и

разливку

трудоемкая

большой

расход

работа

по

металла

на

литники. Поэтому при разливке дорогостоящих сталей
соб не применяется. Перечислен¬
ные способы
разливки стали в
изложницы имеют существенные
недостатки ввиду их низкой про¬
изводительности.
того,
Кроме

этот спо¬

сталь, прежде чем попасть в из¬
ложницы,
непрерывно
соприка¬
сается с огнеупорным материа¬
лом

стопора, литниковых кана¬
с окружающей атмосферой.

лов,

Все

это

нию

приводит

к

ее

загрязне¬
включе¬

неметаллическими

ниями.

Значит, ухудшается

каче¬

В ряде случаев не¬
избежно образование усадочной
раковины, которая бывает больство

слитка.

размеров. (Об
раковинах
будет

шил

усадочных
изложено

ниже).
Стоимость изложниц высока,
они быстро изнашиваются, рас¬
ходуется также много огнеупор¬
слитки
ного
кирпича. Крупные

приходится
на

подвергать

специальных

ных

цесс

и

обжиму
обжим¬

что

удорожает про¬
уменьшает производитель¬
В настоящее
прокатки.

станках,

ность

мощных

время все шире применяется но¬
вый прогрессивный метод непре¬

рывной разливки стали.
Непрерывная разливка стали.
Непрерывная разливка стали схе¬
матически показана на фиг. 46.
Из разливочного
поступает через
устройство 2 в

ковша

1

сталь

промежуточное

вертикальный
кристаллизатор 3, охлаждаемый
водой. Перед заливкой металла

Фиг.

46.

Непрерывная

разливка

стали.

в кристаллизатор вводят затравку, образующую дно кристал¬
металлическая плита, верхняя часть ко¬
лизатора. Затравка
ласточкина хвоста для лучшего сце¬
в
делается
форме
торой
пления

со

слитком.

Жидкий

кристаллизоваться. Когда
4 Технология металлов

металл

металл

в

на
затравке начинает
кристаллизаторе достигнет
97

определенного
травка вместе

уровня,
с

включают

формирующимся

механизм

вытягивания,

за¬

слитком опускается вниз и вы¬

кристаллизатора. В это время сверху с опреде¬
скоростью в кристаллизатор снова подают жидкий
Из кристаллизатора слиток выходит с жидкой сердцеви¬

тягивается

ленной
металл.

из

поступает в зону 4 вторичного охлаждения, где охлажде¬
производится мелкими брызгами воды. Слиток продви¬
гается вниз благодаря системе вытягивающих роликов 5, с по¬
мощью газового резака 6 автоматически
режется на слитки
и
на
без остановки
длины
поступает
конвейер
определенной

ной

и

ние

процесса разливки.
Длина слитка при непрерывной разливке стали может во
много раз превосходить длину кристаллизатора. Скорость раз¬
ливки составляет от 0,5 до 1,5 м/мин и достигает 36 т/ч на одно¬

ручьевой машине.
Непрерывная разливка

стали имеет огромные преимущества
перед разливкой стали в изложницы.
Эти преимущества заключаются в следующем.
1. Отпадает потребность в дорогостоящем оборудовании
(разливочная канава, изложницы, нагревательные колодцы,
обжимные станы, отделение разделывания слитков).
2. Сокращаются отходы по сравнению с разливкой в излож¬
годного металла на
ницы в 5 6 раз и увеличивается выход

7-12%.
3. Непрерывное

наращивание слитка
без усадочной раковины, которая
последнем верхнем конце литой заготовки.
4. Повышается качество слитка, так как

слитки

охлаждению

неметаллические

включения

позволяет
останется

получать
только

в

благодаря быстрому
не

успевают

соеди¬

крупные скопления. Металл непрерывной
разливки характеризуется мелкозернистой структурой и лучше
деформируется в горячем и холодном состоянии.
5. Улучшаются условия труда и осуществляется проведение
комплексной механизации и автоматизации процесса.
Таким образом, непрерывная разливка обеспечивает воз¬
ниться

и

образовать

можность автоматического формирования
слитка, пригодного
для передела без пропуска через обжимные станы, что является
техническим переворотом в черной металлургии и по своему

экономическому значению не менее важно,
ние кислородно-конверторного процесса.

§ 22. Строение

стального

слитка

и

чем

его

широкое внедре¬

дефекты

Строение слитка впервые было изучено русским ученым
Д. К. Черновым.
Слитки затвердевают в изложнице неравномерно, причем их
строение получается неоднородным (фиг. 47). У стенок излож¬
9*

образуются мелкие кристаллы 2, так как здесь охлажде¬
быстрее. Дальше от стенок охлаждение замедляется,

ницы
ние

идет

кристаллы растут свободнее. Рост идет в направлении отвода
получаются вытянутые к центру столб¬
чатые кристаллы
3. Столбчатые кристаллы занимают боль¬
шую часть слитка. В центре металл стынет еще медленнее, обра¬
зуется третья зона кристаллов. В жидком металле возникают
и

тепла и вследствие этого

новые

центры кристаллизации, которые растут
4 получаются
крупнее
и
ориентируются беспорядоч¬
но. Уменьшение
объема жид¬
кого металла при охлаждении

свободно; кри¬

сталлы

к

приводит

называемой

1.

вины

Усадочная

получается
в

образованию так
усадочной рако¬

верхней

в

центре

раковина
слитка,

его

части.

Усадоч¬
быть

ные

могут
раковины
небольших
размеров,
быть вытянуты вдоль

могут
слитка

большую

на

имеют

глубину,
различную форму,

они
мо¬

гут быть сосредоточены в од¬
ном месте или рассеяны. Для

борьбы с усадочной раковиной
специальные
применяются
утепленные керамические надза¬
которые
тем срезаются вместе с рако¬
виной.

ставки-прибыли,

Кроме
в

слитке

усадочных раковин
могут образоваться

следующие дефекты.
1. Усадочная

Фиг.

47.

рыхлость

Строение

стального

слитка.

скапливаю¬

мелкие

пустоты,
центре слитка, причиной их является также неравномер¬
ное охлаждение и уменьшение объема слитка при охлаждении.
2. Ликвация
химическая неоднородность слитка, т. е. не¬
равномерное
распределение вредных примесей по сечению
слитка.
Она вызывается неравномерностью кристаллизации.
Вначале кристаллизуются зерна, содержащие меньше серы,
щиеся в

фосфора,

повышающих

затвердевающих

температуру плавления. В кристаллах,
этих примесей значительно больше.

позднее,

Химическая неоднородность отрицательно влияет на механиче¬
ские свойства металлов.
3.Газовые пузыри (раковины)
пустоты внутри слитка,
©ни

располагаются
4*

по

длине

слитка

под

коркой

и

иногда
99

на поверхность. Образуются вследствие растворимо¬
сти газов в жидком металле.
4. Трещины
наружные, внутренние, продольные и попе¬

выходят

речные.
ния

Причиной
При

трещин
заливке

металла.

чается

неравномерность охлажде¬
стали трещин полу¬

является
очень

горячей

больше.

5. Плены
вследствие

капли

приварившиеся

разбрызгивания

металла

возникающие

стали,

заливке

при

в

изложницы.

поверхностные дефекты удаляют путем вырубания.
При непрерывной разливке стали, как было указано выше, уса¬
дочной раковины не бывает
Мелкие

и

остальных

чительно

дефектов

Слитки спокойной,

щей

зна¬

меньше.

полуспокойной
На
фиг.
различны.
и

слиток

представлен
ной стали. Он

кипя¬
стали

48,

а

спокой¬

характери¬
отсутствием газовых
более
высокой
пузырей,

зуется

плотностью.

Фиг. 48. Слитки
б
кипящей;

стали:

спокойной;

а

вина

полуспокойной.

в

ней

части

ская

В

слитках

бывает,

кипящей

стали

слитка.

в
верх¬
Химиче¬

неоднородность мала.
раковины не

(фиг. 48, б) усадочной

распределена между объемом

она

Усадочная рако¬

расположена

многочисленных газо¬

пузырей. Качество слитка определяется глубиной залегания
пузырей, т. е. достаточной толщиной здоровой корки. Химиче¬

вых

неоднородность этой стали
В полуспокойной стали (фиг.

ская

зуется небольшое

чем

выше,

48, в)

спокойной

газовых

стали.

пузырей обра¬

заполнения объема усадки, и
небольшая
поэтому
получается
усадочная раковина.
Химическая неоднородность этой стали меньше, чем кипящей,
в

а

количество

для

слитке

усадочная

раковина

полуспокойная
полуспокойная

чем в спокойной; кроме того,
последней. В народном хозяйстве

меньше,

сталь дешевле

распространение для из¬
толстых
конструк¬
ционных листов и т. д. Спокойная сталь применяется при изго¬
товлении коленчатых валов, рессор, шестерен и др.
готовления

сталь

получит широкое

проволоки

мостового

металла,

§ 23. Углеродистые
Согласно действующей

по

химическому составу делится
гированную.

стали

ГОСТ классификации, сталь
группы: углеродистую и

на две

по
ле¬

Углеродистой сталью называется сплав железа с углеродом
(содержание углерода до 2%) с примесями кремния, серы н
100

причем главной составляющей, определяющей свой¬
является углерод. Процентное содержание элемен¬
стали примерно следующее: Fe
до 99,0; С
0,05 2,0;

фосфора,
ства
тов

Si
в

стали,
в

до 0,07.
до 0,06, Р
0,15 0,35; Мп
0,3 0,8; S
Влияние примесей стали на ее свойства. Углерод находится
стали обычно в виде химического соединения F3C, называе¬

мого цементитом. С увеличением содержания углерода до 1,2%
твердость, прочность и упругость стали увеличиваются, но пла¬
стичность и сопротивление удару понижаются, а обрабатывае¬
мость ухудшается, ухудшается и свариваемость.

Кремний,
стве,

если

особого

он

влияния

содержится в стали в небольшом количе¬
на ее свойства не оказывает. При повы¬

содержания кремния значительно улучшаются упругие
свойства, магнитопроницаемость, сопротивление коррозии и
стойкость против окисления при высоких температурах.
Марганец, как и кремний, содержится в обыкновенной угле¬
родистой стали в небольшом количестве и особого влияния на
ее
свойства также не оказывает. Однако марганец образует
шении

твердый раствор

с

железом

и

прочность

и

повышает

несколько

незначительно

стали,

ее

уменьшая

твердость

пластичность.

связывает серу в соединение MnS, препятствуя обра¬
вредного соединения FeS. Кроме того, марганец раскис¬
ляет сталь. При высоком содержании марганца сталь при¬
обретает исключительно большую твердость и сопротивление
износу.

Марганец
зованию

Сера

является

вредной примесью. Она

в

находится

стали

FeS. Это соединение сообщает стали
образом
хрупкость при высоких температурах, например при ковке,
свойство, которое называется красноломкостью. Сера увеличи¬
вает истираемость стали, понижает сопротивление усталости
и уменьшает коррозионную стойкость.
В углеродистой стали допускается не свыше 0,06 0,07% S.
главным

в

виде

Увеличение хрупкости стали при повышенном содержании
серы используется иногда для улучшения обрабатываемости на
станках, благодаря чему повышается
производительность при

обработке.
Сталь

с повышенным содержанием серы
(до 0,15 0,20%)
обработки на станках-автоматах, так как хорошее от¬
деление стружки способствует получению чистой поверхности.
Фосфор также является вредной примесью. Он образует

идет для

с

железом

соединение

Fe3Py которое

растворяется

железе.

в

хрупки. Обычно
Кристаллы
они располагаются по границам зерен стали, резко ослабляя
связь
между ними, вследствие чего сталь приобретает очень
этого химического соединения очень

высокую

фосфор
вается

в

хрупкость

сообщает

холодном

стали

отрицательное

состоянии,

хладноломкость.

влияние

фосфора

при

иными

словами,

Особенно

высоком

сказы¬

содержании
101

При повышенных температурах влияние фос¬
Обрабатываемость стали фосфор несколько
улучшает, так как способствует отделению стружки. В виде
исключения допускается содержание фосфора до 0,2% в стали,
идущей для производства болтов и гаек, благодаря чему до¬
стигается получение чистой резьбы. Вредной примесью в стали
в

углерода

фора

стали.

менее

является

вредно.

влияние

кислород,

изводство

которого описано

в

разделе «Про¬

стали».

Классификация углеродистой
классифицируется по назначению

Углеродистая

стали.

сталь

качеству. По назначению в
от
зависимости
содержания углерода сталь делится на кон¬
струкционную и инструментальную. По химическому составу
сталь подразделяют на низкоуглеродистую, среднеуглеродистую
и высокоуглеродистую.
сталь.
углеродистая
Конструкционной
Конструкционная
углеродистой сталью называется сталь, содержащая углерода
до 0,65 0,70%. В виде исключения производят конструкцион¬
с содержанием 0,85%
стали
ные
углерода. Конструкционная
сталь идет для изготовления деталей машин и конструкций. Она
и

обладать достаточной прочностью, хорошо сопротив¬
ляться удару и в то же время хорошо обрабатываться.

должна

В

зависимости

дующие

а)

от

изделий

назначения

она

на

делится

сле¬

основные

мягкая

группы:
конструкционная

сталь

с

содержанием

0,05

0,25% С;

б) нормальная конструкционная сталь с содержанием 0,30
0,40% С;
в) твердая
конструкционная сталь с содержанием 0,4
0,7% С.
Конструкционная
обыкновенного
чественная

Сталь

качеству делится

по

повышенного

на

три группы:

(ПК)

качества

и

ка¬

(К).

обыкновенного
для

ния,

идет

лей,

листового

профильного
Сталь

сталь

качества,

качества

сталь

конструкций,
заклепок, труб,

строительных

проката,
проката.

повышенного

качества

идет

для

широкого потребле¬
крепежных дета¬
арматуры, мостов,

паровозных

и

вагон¬

осей, бандажей, котлов, проволоки и т. д.
Качественная сталь идет для деталей, требующих более
высокой пластичности, сопротивления удару, работающих при
ных

повышенных давлениях: для

тов,

для

деталей,

зубчатых

подлежащих

колес,

цементации,

труб,
для

винтов, бол¬
сварных

из¬

делий.
На конструкционную углеродистую сталь обыкновенного ка¬
ГОСТ 380 60. Эта сталь выплавляется в
установлен

чества

мартенах
ских

102

(спокойная,

кипящая,

конверторах (спокойная

и

полуспокойная)
кипящая).

и

в

бессемеров¬

В зависимости от назначения она делится на две группы:
поставляемая по механическим свойствам; груп¬
группа А
Б
поставляемая по химическому составу; (подгруппа В

па

поставляемая

по

требованиями

по

механическим

свойствам

с

дополнительными

химическому составу).
группы А изготовляется следующих марок:

Сталь

Ст. 1, Ст. 2, Ст. 3, Ст. 4, Ст. 5, Ст. 6, Ст. 7.
В обозначении марок кипящей стали добавляется
«кп»,

полуспокойной»

Ст. О,
индекс

«пс».

Сталь группы Б изготовляется следующих марок:
мартеновская МСт. О, МСт. 1 кп, МСт. 2кп., МСт. Зкп, МСт. 3,
МСт. 4 кп, МСт 4, МСт 5, МСт 6, МСт 7;
БСт. О, БСт. Зкп, БСт. 3, БСт. 4 кп, БСт. 4,
бессемеровская
БСт. 5, БСт. 6.
Сталь подгруппы В выплавляется в мартеновских печах и
ВСт. 2кп, ВСт. Зкп,
ВСт. 3,
ВСт. 4 кп, ВСт. 4,
маркируется:
ВСт. 5.
Чем больше номер при Ст., тем тверже и прочнее сталь.
Сталь марок Ст. 1, МСт. 1, Ст. 2, МСт. 2 самая мягкая, пластич¬
с высоким процентом относительного удлинения и суже¬
Ст. 3, Ст. 4
сталь средней твердости и прочности, а Ст. 5,
Ст. 6 и Ст. 7 наиболее твердая и прочная конструкционная сталь.
Например, предел прочности ов в стали марок Ст 1, Ст. 2
32 40 кГ/мм2, в стали марок Ст. 3
38 40 кГ/мм2у Ст. 4 42
50 кГ/мм2, Ст. 7 70 75 кГ/мм2\ относительное удлинение
в стали марок Ст.
1, Ст. 2 28 31%, в стали Ст.4 19 24%,
ная,

ния.

Ст. 7 9-5-11%. Ст. 0, МСт. 0
неответственная

металл,
в

неответственных

для

идет

стали

этой

менее

изделий,

качественная

таких,

чем

она

кровельный
Содержание углерода

проволока.

0,23% больше,

сталь,

в

как

стали

марки

МСт.

1,

которой углерода 0,06 0,12%. Содержание серы в этой стали
0,06%, фосфора
0,07%, а в остальных марках группы Б
0,04%. В бессемеровской стали этой
серы 0,05%, фосфора
в

группы: в стали БСт. 0 серы 0,07%, фосфора 0,09%, а в
серы 0,06%, фосфора 0,08%.
В стали подгруппы В содержание серы не более 0,05%.
На конверторную сталь обыкновенного качества, выплавляе¬
60.
мую в кислородных конверторах, установлен ГОСТ 9543
Согласно ГОСТ, эта сталь выплавляется спокойная, полуспокой-

же

остальных

ная

и

кипящая.

этой стали: КСт.0, КСт. 1 кп, КСт.2кп, КСт.Зкп,
КСт.З, КСт. 4 кп, КСт. 4, КСт. 5, КСт. 6, КСт. 7; ВКСт. 3, ВКСт. 4,
ВКСт. 5 и т. д.

Марки

Содержание
вышает

серы

0,06%,

не

более

в кислородно-конверторной стали не пре¬
фосфора 0,05%. В стали, обозначенной «В»,
0,05%; к этой стали предъявляются более

серы
а

103

жесткие
нических

требования

в

отношении

химического

состава

и

меха¬

свойств.

данные показывают, что эта сталь по своему
от мартеновской и намного
химическому составу не отличается

Приведенные

превосходит бессемеровскую.
ной

Применение отдельных
углеродистой стали:

Ст. 1, МСт1, КСт. 1
сталь;
Ст. 3,

БСт.

3,

марок

обыкновенной

заклепки,

МСт. 3,

КСт. 3

листовая
винты,

конструкцион¬

сталь,
болты,

котельная
заклепки,

шпильки;
Ст. 4, МСт.

4, БСт. 4, КСт. 4 шестерни, фланцы;
Ст. 5, МСт. 5, БСт. 5, КСт. 5 валы, оси растяжки,

клинья,

пальцы;
Ст. 6,

МСт. 6, КСт. 6
рельсы, бандажи, шпиндели, кулачки;
Ст. 7, МСт. 7, КСт. 7
рессоры, пружины.
Качественная конструкционная углеродистая сталь постав¬
ляется
по
химическому составу и механическим свойствам
(ГОСТ 1050 60). Она изготовляется в мартеновских и электри¬
ческих печах. В зависимости от химического состава сталь де¬
лится

на две

группы:
нормальным содержанием марганца,
с повышенным содержанием марганца.
Марки этой стали:
05 кп. 08 кп, 10 кп, 10, 15кп, 15, 20кп, 20, 25, 30,
группа I
35, 40, 45, 50,-55, 60, 65, 70, 75, 80,85;
15Г, 20Г, 25Г, ЗОГ, 35Г, 40Г, 45Г, 50Г, 60Г,
группа II
I
II

с

65Г, 70Г.
В марке

стали двузначные числа показывают среднее, со¬
держание углерода в сотых долях процента, буква Г обозна¬
чает повышенное содержание марганца. Марки кипящей стали
имеют

индекс

«кп».

стали
15 углерода находится в среднем 0,15%
(от 0,10% до 0,20%). Содержание серы в этой стали 0,04%,
фосфора 0,04%. Кроме.того, в качественной стали содержится
хрома до 0,25% и никеля до 0,25%.
Содержание марганца в группе I не превышает 0,80%,
в группе II
1,2 %.

Значит,

в

Качественная
чается

по

конструкционная

свойствам

от

углеродистая

обыкновенной

стали

и

сталь

стали

отли¬

повышен¬

качества
большей
прочностью, пластичностью и сопро¬
тивлением ударным нагрузкам.
Применение стали различных марок следующее.
Стали марок 05кп и 08кп отличаются очень высокой пла¬
стичностью в холодном состоянии и потому применяются для
глубокой вытяжки при холодной штамповке.
104
ного

Стали марок 10, 15, 20 отличаются высокой пластичностью,
свариваются, куются, штампуются. Они подвергаются
цементации (науглероживанию). Прочность этих сталей недо¬
статочно высока. Из них делают мелкие детали простой формы:
хорошо

оси, валики, шпильки, гайки, втулки,

Сталь марок 25, 30, 35

обработки

трубы.

соответствующей термической

после

деталей, испытывающих не очень большие
шайб, штифтов, осей, соединительных муфт,

идет для

нагрузки: валиков,

цилиндров, прессов, болтов, гаек и др.
Сталь марок 40, 45, 50
среднеуглеродистая. Она идет для
изготовления

деталей, требующих высокой прочности

или

вы¬

сокой

поверхностной твердости, а также деталей средненагруженных, не подвергающихся в работе истиранию. Из нее делают

гайки, шатуны, тяги, рычаги. Эта сталь подвергается поверх¬
ностной закалке. Свариваемость ее невысока. Особенно широкое
применение из этих марок имеет сталь 45. Она идет на изго¬
товление

коленчатых

валов,

пальцев,

поршневых

шатунов,

втулок.

Высокоуглеродистая сталь марок 55, 60, 65, 70 отличается
высокой прочностью и твердостью и идет на изготовление вал¬
ков прокатных станков, штоков, для проволоки тросов.
Сталь с повышенным содержанием марганца отличается бо¬
лее высокой прокаливаемостью, более высокой износоустойчи¬
востью. Ее назначение примерно такое же, как стали с нор¬
мальным содержанием марганца.
К конструкционным углеродистым сталям относится также
автоматная сталь с повышенным содержанием серы и фосфора.
Согласно ГОСТ 1414 54, установлены марки автоматной стали:
А12, А20, АЗО, А35, А40Г. В стали марки А12 серы содержится
0,08 0,20%, в стали марок А20, АЗО, А35 0,08 0,15%, а в
стали марки А40Г 0,10 0,03%, фосфора в стали марки А12
0,08 0,15%, а в стали остальных марок
0,06%.
В маркировке этой стали буква А обозначает «автоматная
сталь», цифра, следующая за буквой А, показывает среднее со¬

содержится

держание углерода в сотых
Недостатком автоматной
нические

свойства.

ответственных

болты

и

Поэтому

деталей,

долях

стали
она

главным

процента.
являются

идет

для

образом

пониженные
изготовления

крепежных

меха¬
мало¬

(втулки,

др.).

обработке автоматной стали на станкахобразуется короткая ломкая стружка, что крайне
важно для работы скоростных автоматов. Поверхность обрабо¬
танных изделий получается чистой и ровной. Стойкость режу¬
сталей
значи¬
автоматных
щего
инструмента при обработке
тельно выше, чем при обработке обыкновенных и качественных
конструкционных сталей (примерно в 2 3 раза), причем ско¬

При

механической

автоматах

рость резания допускается

также большая.
105

Инструментальная углеродистая сталь. Инструментальной
углеродистой называется сталь-с содержанием углерода от 0,7%
Эта сталь отличается высокой твердостью и прочностью
применяется для изготовления инструмента. Инструменталь¬
ная углеродистая сталь делится на качественную и высокока¬
чественную. Марки этой стали согласно ГОСТ 1435 54, следую¬
и выше.

и

щие:

У7, У8, У8Т, УГ, У10, У И, У12, У13,
У7, У8А, У8ГА, У9А, У10А, У11А, У12А,

качественная сталь

высококачественная

У13А.
Цифры,

стоящие при

ние углерода

0,7%

С,

в

букве У,

в десятых долях

У10 1,0%,

стали

показывают среднее

процента:
в

стали

в

стали

содержа¬
У7 содержится

У12 1,2%. Индекс А

марки характеризует высококачественную сталь. Основ¬
ное
различие высококачественной и качественной сталей по
составу характеризуется меньшим содержанием в высококаче¬
ственной стали серы, фосфора и большим содержанием леги¬
рующих примесей хрома и никеля. Содержание серы в каче¬
в

конце

ственной

инструментальной стали 0,03%, а в высококачествен¬
0,02%, фосфора в качественной стали
0,035%, в высо¬
кокачественной 0,030%.
Буква Г обозначает повышенное

ной

содержание марганца.
Твердость высококачественной стали не выше, чем твердость
качественной, однако высококачественная сталь прочнее, лучше
противостоит
меньше

действию

ударных

нагрузок,

брака. Высококачественная

трических печах,

а

качественная

Твердость инструментальной
Области применения

сталь

дает

закалке

при

выплавляется

в

элек¬

в

мартеновских.
закаленной стали HRC 62.

инструментальной углеродистой

стали

различных марок следующие.
У7, У7А для инструментов и изделий, подвергающихся
толчкам и ударам и требующих высокой вязкости
при умерен¬
'

ной

твердости
(зубила, молотки слесарные и кузнечные,
штампы, клейма, масштабные линейки, инструмент по дереву,
центры токарных станков и т. д.).

У8, У8А, У8Г, У8ГА
щих

повышенной

для инструментов и изделий,
и достаточной вязкости

твердости

ники, зубила, кернеры, матрицы, пуансоны, ножи
металлу, отвертки, столярный инструмент, буры

дости).
У9, У9А
при
по

наличии
каменным

и

породам

вертки,

по

твер¬

требующих высокой твердости
(штемпели, кернеры, зубила
столярный инструмент).

и

вязкости

для инструментов, не подвергающихся сильным
высокой твердости
незна¬
ударам и

требующих
при
(строгальные резцы, фрезы, метчики, раз¬
буры по твердым породам, ножовочные по-

чительной вязкости

106

ножницы

средней

для инструментов,

некоторой

У10, У10А
толчкам

и

требую¬

(пробой¬

плашки,

фасонные

лотна,

штампы,

зубила

для насечки напильников, во¬

гребенки).
требующих высо¬
кой твердости (напильники, шаберы, фрезы, сверла, метчики,
острый хирургический инструмент, развертки, бритвы, плашки,
часовой инструмент, пилы по металлу).
иметь
должны
для
У13, У13А
которые
инструментов,
волочиль¬
исключительно высокую твердость
бритвы, шаберы,
лочильные кольца,

калибры,
У12А

У11, У11А, У12,

ный

и

напильники,

для инструментов,

инструмент, сверла, зубила для

насечки

напильников,

косы

др.

К

недостаткам

1)

отсутствие

углеродистой
сочетания

стали

прочности

относятся:
и

твердости

с

пластич¬

ностью;

2) потеря твердости и режущей способности при нагревании
до 200° и потери прочности при высокой температуре;
3) низкая коррозионная устойчивость в среде электролита,
в агрессивных средах, в атмосфере и при высоких температурах;
4) низкие электротехнические свойства;
5) высокий коэффициент теплового расширения;
веса
изделий, удорожание их
6) увеличение
усложнение проектирования вследствие невысокой
этой стали.

стоимости,

прочности

Современная техника предъявляет к стали очень высокие
требования в отношении физико-химических свойств. Углероди¬
стая сталь не всегда удовлетворяет этим
требованиям вслед¬
ствие указанных выше недостатков. Поэтому в технике сейчас
широко применяются легированные стали.

§
Легированной

24. Легированные

называется
имеются

ными

примесями
щие ее свойства: хром,
и др., а также
меси

вводятся

кремний
в

в

сталь,

стали

которой наряду

с

обыч¬

легирующие элементы, резко улучшаю¬

вольфрам,
и

марганец
процессе плавки.

никель,
в

ванадий,

большом

молибден

количестве.

При¬

Легированная сталь обладает ценнейшими свойствами, ко¬
нет у углеродистой
стали, и не имеет ее недостатков.
из¬
стали
повышает долговечность
Применение легированной

торых

делий,

экономит металл, увеличивает производительность, упро¬
щает проектирование и потому в прогрессивной технике при¬
обретает решающее значение.
Легирующие элементы и их влияние на свойства стали.
наиболее дешевый и распространенный элемент. Он по¬
Хром
вышает

твердость

стичность,

больших
чивает

и

количеств

незначительно

прочность,

увеличивает

коррозионную
сталь

хрома делает

устойчивость

магнитных

уменьшая

пла¬

стойкость; содержание

нержавеющей

и

обеспе¬

сил.
107

Никель сообщает
прочность
шает

и

стали

пластичность,

коррозионную стойкость, высокую
увеличивает прокаливаемость, повы¬

влияние
сопротивление удару, оказывает
теплового расширения. Никель

коэффициента

на

изменение

дорогой

металл,

его стараются заменить более дешевым.

Вольфрам образует в стали очень твердые химические соеди¬
карбиды, резко увеличивающие твердость и красностой¬
кость стали. Вольфрам препятствует росту зерен при нагреве,
способствует устранению хрупкости при отпуске. Это дорогой
и дефицитный металл.
нения

Ванадий

повышает

Увеличивает

и

твердость

плотность

кислителем, он дорог и

так

стали,

прочность,
как

измельчает зерно.

является

хорошим

рас-

дефицитен.

свыше 1 % оказывает особое влияние
содержание 1 1,5% Si увеличивает проч¬
ность, причем вязкость сохраняется. При большем содержании
кремния увеличиваются электросопротивление и магнитопроницаемость. Кремний увеличивает также упругость, кослотостойкость, окалиностойкость.

Кремний

на

в

количестве

свойства стали:

Марганец

при содержании

1 % увеличивает твердость,
против ударных нагрузок, не

свыше

износоустойчивость, стойкость

уменьшая пластичности.
Кобальт повышает жаропрочность, магнитные свойства, уве¬
личивает сопротивление удару.
Молибден увеличивает красностойкость, упругость, предел
прочности на растяжение, антикоррозионные свойства и сопро¬
тивление

Титан

окислению
повышает

измельчению
шает

зерна,

при

высоких

прочность
является

обрабатываемость

и

температурах.
плотность

хорошим

стали,

способствует

раскислителем,

улуч¬

и

сопротивление коррозии.
Ниобий улучшает кислотостойкость и способствует уменьше¬
нию коррозии в
сварных конструкциях.
Алюминий повышает жаростойкость и окалиностойкость.
Медь увеличивает антикоррозионные свойства, она вводится

образом в строительную сталь.
В последнее время в сталь вводят редкоземельные элементы,

главным

которые ранее совершенно не использовались в стали

цирконий,
Церий

лантан, неодим,

рений

церий,

и

др.
особенно пластичность.

повышает прочность и
Цирконий оказывает особое влияние на величину и рост
зерна в стали, измельчает зерно и позволяет получать сталь
с заранее заданной
зернистостью.
Лантан, цезий/ неодим уменьшают пористость, способствуют
уменьшению содержания серы в стали, улучшают качество по¬
верхности, измельчают зерно. Эти примеси вводятся в нержа¬
веющие, трансформаторные и окалиностойкие стали.
108

В

стали
может
содержаться один или не¬
легирующих элементов. Часто один элемент не может
удовлетворить требованиям, предъявляемым к стали, и тогда
их вводят одновременно несколько.
Классификация и маркировка легированной стали. По на¬

легированной

сколько

значению

легированная
конструкционная

1)

конструкций;
2) инструментальная

шин

и

сталь

сталь

делится

на

три группы:

для ответственных

деталей

ма¬

и

ударно-штампового

сталь

для режущего, измерительного

инструмента;

3) сталь с особыми физическими и химическими свойства¬
ми для изделий особого назначения.
По химическому составу (ГОСТ 5200 50) легированная сталь
делится на три группы (по процентному содержанию легирую¬
щих примесей):
1) низколегированная сталь не более 2,5% примесей;
2,5 10%;
среднелегированная
свыше 10%.
3) высоколегированная
В ГОСТ приняты следующие буквенные обозначения

2)

леги¬

X

хром, Н
Г
селен, В
азот, Е
никель, А
вольфрам,
марганец, Т
вана¬
ниобий, П фосфор, Р
медь, Б
титан, Д
бор, Ф
молиб¬
дий, Ю
алюминий, С
кремний, Ц
цирконий, М
ден. Эти буквы сочетаются с цифрами, которые могут стоять
либо впереди букв, либо за ними, например: 12Х, 12Х2Н4А,
рующих

элементов,

входящих

в

марки

стали:

ХВ5, 9ХС, Г13.
Указанная система маркировки охватывает большинство су¬
ществующих легированных сталей. Исключение составляют от¬
дельные группы сталей, которые дополнительно обозначаются
магнитные, Ш
быстрорежущие, Е
определенной буквой: Р
электротехнические.
шарикоподшипниковые, Э
Сочетания букв и цифр дают характеристику легированной
стали. Если впереди марки стоят две цифры, они указывают

среднее содержание углерода в сотых долях процента. Одна
цифра впереди марки указывает среднее содержание углерода
в десятых долях процента. Если впереди марки нет цифры, это
значит, что углерода в ней либо 1%, либо выше 1%. Цифры,
за

буквами, указывают среднее содержание данного
зна¬
буквой отсутствует цифра
чит содержание данного элемента около 1%. Буква А в конце
марки, как и в углеродистой, обозначает высококачественную
сталь, т. е. сталь, содержащую меньше серы и фосфора.
Для пояснения расшифруем некоторые марки. Например,

стоящие

элемента в процентах, если за

12Х2Н4А

высококачественная
сталь
хромюникелевая
Ni.
Сталь
ХВ5
Сг,
4%
марки
содержанием 0,12% С, 2%
хромовольфрамовая сталь с содержанием углерода 1 % или
выше, хрома около 1%, а вольфрама 5%.

сталь
с

109

В группе сталей с особыми физическими и химическими
свойствами есть некоторые отклонения от указанных правил.
О них будет сказано ниже при изучении этих сталей.
Конструкционная легированная сталь. Область применения

этой

стали

очень

обширна. Существуют следующие конструк¬

ционные стали, утвержденные ГОСТ 4543 61.

легированная сталь делится на качествен¬
высококачественную. В качественной допускается: S
Р 0,035%, в высококачественной S 0,025%, Р

Конструкционная
и

ную

0,035%,
0,025%.
В зависимости

от основных

легирующих

подразделяется на следующие груплы.
Хромистая сталь имеет очень широкое
оказывает

положительное

влияние

и

элементов эта сталь

применение.

является

Хром

сравнительно

примесью. Сталь марок 15Х, 20Х, ЗОХ, ЗОХА, ЗОХП
применяется для деталей автотракторной и автомобильной про¬

недорогой

мышленности.

Широкое

применение получили хромистые борсодержащие
марок: 15ХР, 15ХРА, ЗОХРА и стали, содержащие цирко¬
ний, например, сталь марки 45ХЦ. Эта сталь прокаливается го¬
раздо глубже, чем 45Х, она находит широкое применение для
деталей крупных сечений.
стали

Хромистые стали с высоким содержанием углерода (0,9
1,1%) и хрома (0,8 1,65%) идут на изготовление колец, шари¬
ков

роликов шарикоподшипников. Их марки: ШХ6, ШХ9.
ШХ15СГ, LLIX10. Твердость закаленной шарикоподшипниковой
и

HRC 59 62.
Марганцевая сталь

стали

после соответствующей термообработки
приобретает высокую твердость, не снижая пластичности. Обра¬

батывается лучше, чем углеродистая. В производстве широко
применяется сталь следующих марок: 15Г, 20Г, ЗОГ и др.
Из марганцевых сталей следует выделить высокомарганце¬
вую сталь марки Г13. В этой стали углерода содержится 1,0
1,3% и марганца 11 14%. Она обладает высоким сопротивле¬
нием

износу

и

в то же

время

пластична.

Идет

для изготовления

трамвайных и железнодорожных путей, гусениц трак¬
торов, щек дробилок и т. д.
Хромоникелевая сталь является одной из самых распростра¬
ненных конструкционных сталей, так как после
термообработки
приобретает высокую твердость, прочность, упругость и сопро¬

стрелок

тивление ударным нагрузкам; ее марки 20ХНА, 12Х2Н4А.
Предел прочности ее колеблется от 75 до 170 кГ/мм2у отно¬
сительное
7 до 22%, ударная вязкость а«
от
удлинение
5 30 кГм/см2.

Хромокремнистая сталь обладает высокой твердостью и
после
термической обработки и широко приме¬

упругостью
няется для

110

изготовления

рессор

и

пружин.

Хромомарганцевая сталь частично заменяет хромоникелевую
(в целях экономии никеля). Широко применяется сталь марок
20ХГ, 20ХГР, 40ХГР, ЗОХСС, 18ХГТ; последняя идет для авто¬
мобильных деталей.

Хромомарганцевокремнистая
заменителем

нии

(хромансиль)

сталь

хромомолибденовых сталей. При

углерода

хорошо

25ХГСД,
Хромованадиевая

и

штампуется

малом

является

содержа¬

Марка

сваривается.

обладает высокой прочностью,

сталь

пла¬

твердостью, упругостью. Сталь марки 50ХФА идет
ответственных пружин, марки 15ХФ
для валов, шесте¬

стичностью,

для

муфт.
Хромомолибденовая сталь обладает высокой пластичностью
хорошей свариваемостью, многие из этих сталей теплоустой¬

рен,

и

при температурах 400 500°. Сталь марок ЗОХМА служит
для изготовления роторов, осей, зубчатых колес.
чивы

Хромоникелевольфрамовая
чатых

Марки
и

хромоникелемолибденовая

и

предназначаются для нагруженных деталей машин, зуб¬
колес, коленчатых валов, высоконагруженных шатунов.

стали

этой

стали:

40ХНВА,

ЗОХНВА,

40ХНМА,

25Х2Н4ВА

др.

Прогресс в технике создания сложнейших агрегатов, машин,
конструкций, турбин и т. д. требует большого развития про¬
мышленности

легированных

конструкционных

сталей,

обла¬

физико-механическими
свойствами. Такими являются стали хромоникелевольфрамованадиевые марок 30Х4ФВФА, 28ХНЗВФА и др., хромоникелемолиб-

дающих

исключительно

высокими

денованадиевые марок 20ХН4ФА, З8ХНЗМФА и др. В новом
ГОСТ предусмотрено применение сталей, легированных цирко¬
нием.

Низколегированная

сталь.

Эта

сталь

широко применяется
промышленных сооружений,
строительстве гражданских
в судостроении, моторостроении, вагоностроении, для экскава¬
торов, газопроводов и т. д. Долговечность этих сооружений и их
качество имеют большое значение.
По качеству низколегированная сталь значительно превосхо¬
и

в

углеродистую сталь: она прочнее, хорошо сваривается и
лучше противостоит ударным нагрузкам. Машины и конструк¬
ции из этой стали имеют меньший вес. Широкое применение
низколегированной стали в СССР позволило уменьшить вес
дит

строительных конструкций
сокий

экономический

на

эффект,

чае, если низколегированная

15 30%. Такая
но

имеет

сталь

смысл

замена

дает

лишь

том

в

вы¬

слу¬

будет недорогой. Экономич¬

определяется входящими в ее
состав недорогими легирующими элементами: марганцем, крем¬
нием, хромом.
Ill
ность

низколегированной

стали

В небольшом количестве в некоторых марках присутствуют
никель, медь и фосфор как специальные примеси. Семилетним
планом
предусмотрен рост производства низколегированной
стали в 17 раз.
На низколегированные стали введен ГОСТ
5058 57. Приведем некоторые марки этих сталей: 15ГС, 25Г2С,

10Г2СД, 14ХГСН, 10ХСНД (CXJ14), 15ХСНД (СХЛ1, НЛ1,
НЛ2), 12ХС (БНЛ2), 24Г, 14Г2, 10ХГ2Н, 10ГНД, 10ХНДП и
ряд других. В этих сталях содержится около 0,30% меди, за
исключением марок, в которых имеется буква Д, в этом слу¬
чае содержание меди 0,50% 0,80%. Во всех этих сталях, где
в марках нет букв X и Н, содержание никеля и хрома (каждого

отдельности) не превышает 0,3%. Содержание серы и фос¬
фора не превышает 0,055%; если в марке есть буква П, то фос¬
фора допускается 0,08 0,15%.
Инструментальная легированная сталь. Эта сталь идет для

в

различного инструмента: ударно-штампового, из¬
мерительного и режущего. Она имеет ряд преимуществ перед
инструментальной углеродистой сталью. Штампы из углероди¬
стой стали обладают высокой твердостью и прочностью, но
изготовления

плохо
сопротивляются удару. Метчики, развертки и
длинные и тонкие инструменты из углеродистой стали
калке получаются хрупкими, они ненадежны в работе

другие
при
и

за¬

часто

ломаются.

Режущий

инструмент
резцы, фрезы, сверла из углероди¬
при незначительном нагреве (около 200°) теряют
свою твердость, лоэтому применение их при обработке металла
с большой скоростью резания невозможно. При введении опре¬

стой

стали

примесей сталь приобретает красностой¬
износоустойчивость, получает глубокую прокаливаемость,
равномерную закалку и значительно меньше напряжений, чем

деленных легирующих

кость,

углеродистая сталь, она имеет высокую прочность, твердость и
хорошо противостоит ударным нагрузкам.
Важнейшие легирующие примеси инструментальной леги¬
рованной стали: хром, вольфрам, молибден, марганец, кремний.
Содержание углерода в этой стали может быть ниже, чем
в углеродистой, и колеблется от 0,3 до 2,3%.

Небольшой процент углерода содержится
мой для

в стали,

применяе¬

штампов и

пресс-форм.
Для ударно-штампового инструмента используется

стая

марок Х12М

сталь

и

мовольфрамовая 4ХНВ2
5ХНМ

и

штампов

5ХНТ
мощных

применяют
та

для

для холодильных штампов, хро¬
для горячих штампов, сталь марок

молотовых

штампов,

сталь

5ХГМ

для

Для измерительного инструмента
ХГ, X12 и др., для режущего инструмен¬

молотов.

сталь марок

сталь марок ХВГ, ХВ5, Bl, В2, 9ХС

требительны инструментальные
112

хроми¬

X

и

легированные

др. Наиболее упо¬
стали следующих

марок X, Х12М, ХГ, 9ХС, Х05, Х12, ХВ5, 8ХФ, ХВГ, 5ХНМ
и др. Эти марки установлены согласно ГОСТ 5950 51.
Применение наиболее употребительных инструментальных
легированных сталей:
XI
резцы токарные, строгальные, зубила для насечки на¬
очень

пильников,

Х12М

твердые кулачки;

холодные

работающие

штампы,

рание.
ХГ

фрезы, калибры,

плашки,

спиральные сверла,

на

исти¬

удар,

лекала, длинные метчики, развертки,

резьбовые пробки.

сверла, метчики, плашки, фрезы, измерительный
струмент, развертки, резьбовые калибры.
Х12 особо ответственный измерительный инструмент:

9ХС

либры, шаблоны,
ХВГ, В1, В2

ин¬

ка¬

кольца, волочильные доски.

сверла,

фрезы,

развертки

и

другой режущий

инструмент.
4Х8В2
виях

матрицы, пуансоны, работающие в тяжелых усло¬
нагрева, пресс-формы для пластмасс, формы для литья

под давлением.

5ХНМ, 5ХНТ
щих

ХВ5

резцы для

обработки
ные

молотовые

штампы

для

паровых

и

падаю¬

молотов.

очень

обработки

твердых

фрезы для
резьбовые калибры, длин¬

твердых металлов,

металлов,

метчики.

4ХВ2С

пневматический

инструмент,

пресс-формы

для

литья под давлением.

§

25.

Быстрорежущие

стали

Быстрорежущая сталь применяется для изготовления режу¬
щего инструмента
резцов, сверл, фрез. Важнейшие свойства
высокая твердость и красностойкость до 600° (та¬
этой стали
кой нагрев вызывается высокой скоростью резания). Благодаря
применению быстрорежущей стали повышается стойкость ин¬
струмента и увеличивается производительность обработки. Вы¬
сокую твердость и красностойкость сообщают стали легирующие
элементы, входящие в ее состав, достигается это также терми¬
ческой обработкой.
Важнейшими легирующими элементами являются вольфрам

(в
нее

количестве

не

4%). Кроме

диться

менее

того,

9%), ванадий (1 2%), хром (не ме¬
быстрорежущей стали могут нахо¬

в

молибден, кобальт

и

в

небольшом

количестве

никель.

Хром и вольфрам образуют с углеродом карбиды. Карбиды
вольфрама сообщают стали высокую твердость и красностой¬
кость, карбиды хрома повышают прокаливаемость и сообщают
твердость. Ванадий и кобальт повышают красностойкость. В на¬
стоящее
время широко применяются марки быстрорежущей
ИЗ

стали, утвержденные ГОСТ 9373 60. К этим маркам относятся:

Р18, Р9, Р9Ф5, Ф14Ф4, Р18Ф2, Р9К5, Р9КЮ/ Р10К5Ф5,
Р18К5Ф2, Р18М, РЭМ. Буква Р обозначает быстрорежущую
сталь. Цифра, стоящая за буквой Р, показывает среднее содер¬
жание вольфрама в процентах; среднее содержание ванадия
обозначено цифрой, стоящей за буквой Ф, а кобальта
цифрой
за буквой К. Быстрорежущая сталь
это хромовольфрамовая
сталь, содержание хрома в ней в среднем 4%; в сталях Р9 со¬
держание ванадия (равное 2%) и Р18 (равное 1%) в марках
указывается. В быстрорежущих сталях содержание углерода
0,4%.
содержание молибдена 0,3 0,5%, никеля
В стали марок Р18М и РЭМ содержание молибдена увеличено
до 1%, но одновременно снижается содержание вольфрама.
не

0,7 1,5%,

Широкое распространение
красностойкостью

высокими

для

более

имеет

сталь

Р18, обладающая

прочностью. Применяется
высоконагруженного инструмента: резцов, фрез,
и

она

дол-

бяков и т. д. Сталь марки Р9 уступает по стойкости стали Р18.

обладает повышенной износоустойчивостью,

Сталь марки Р18Ф2

хорошей

ботке

вязкостью

мягких

и

шлифуемостью,

и

средней

твердости

применяется при обра¬
Она более красно¬

металлов.

стойка, чем сталь Р18. Быстрорежущие стали, содержащие по¬
вышенный процент кобальта, обладают очень высокой износо¬

устойчивостью, повышенной твердостью в горячем состоянии и
красностойкостью и применяются при обработке нержавеющих,
жаропрочных сталей и сплавов и твердых материалов, нагре¬
вающихся пр^ работе до высоких температур. Сталь марок
Р9Ф5, Р14Ф4, т. е. сталь с повышенным содержанием ванадия,
применяется для обработки пластмасс, титановых сплавов, эбо¬
нита, жаропрочных сплавов.

§

26. Сталь

Развитие

с

особыми физическими
новой

техники

и

вызвало

химическими

свойствами

необходимость создания
обладающей особыми

специальных сплавов, в том числе стали,

физическими

и

химическими

бенно

свойствами.

авиационная

нуждаются
ническая, энергетическая,

турбинная,

ность, ракетная техника и др.
К группе сталей и сплавов
ческими свойствами относятся:

с

В

такой

промышленность,
химическая

стали

осо¬

электротех¬

промышлен¬

особыми физическими

и

хими¬

обла¬
электрическим сопротивлением, особыми теп¬

дающие

высоким

ловыми

свойствами,

стойкие.
Магнитные сплавы

магнитные и немагнитные,

нержавеющие

жаропрочные

и

окалино¬

Эти сплавы и стали широко
электротехнике для изготовления постоянных
применяются
магнитов, сердечников трансформаторов, электроизмерительных
приборов, электромагнитов. Магнитная сталь делится на две
в

114

и

стали.

Магнитотвердые
товления

сплавы

постоянных

магнитным

по

группы, резко различающиеся
тотвердые и магнитомягкие.

и

магнитов.

стали

Сталь

свойствам: магни¬
для

применяются

для

постоянных

изго¬

магни¬

обозначается
буквой Е. Она содержит высокий процент
хрома или кобальта.
Согласно ГОСТ 6862 54, установлены следующие марки этой

тов

EX, ЕХЗ, Е7136, ЕХ5К5, ЕХ9К15М. Буква Е характери¬
зует магнитную сталь. В магнитной стали содержится высокий
стали:

процент хрома,

Для

алюминиевые
имеют

вольфрама

или

кобальта.

применяются также железоникельНаиболее высокие магнитные свойства

постоянных магнитов
сплавы.
в

годы сплавы, которые отражены
марками ЮНДК25БА, ЮНДК35Т5
(АНКОНи и АНКОТи). Это сплавы на железоникелевоалюми¬
ниевой и алюминиевоникелькобальтовой основе.
Магнитомягкие стали и сплавы должны обладать очень вы¬
сплавов
сокой магнитопроницаемостью. Из этих сталей и
в

созданные

последние

9575 60

ГОСТ

под

сердечники
трансформаторов, электроизмерительных
электромагнитов. Обозначается магнитная сталь бук¬
вой Э, марки ее: Э1, Э2, ЭЗ, Э4, Э1АА. Она содержит высокий

делают

приборов,

процент кремния. Эта

сталь

идет

для

изготовления

магнито-

проводов, роторов, статоров.
Стали и сплавы с высоким

омическим сопротивлением. Они
получили широкое применение для изготовления реостатов, эле¬
ментов нагревательных приборов, промышленных и лаборатор¬
ных печей. Согласно ГОСТ 9232 59, установлены следующие
марки сталей: Х13Ю4, ОХ23ЮБ, ОХ23ЮБА, ОХ25Ю7А. Содер¬

жание

углерода

Сплавы
хрома

и

с

в

этих

высоким

никеля;

их

сталях

0,05 0,15%.

омическим

марки

сопротивлением

состоят

из

(согласно ГОСТ): Х15Н60, Х20Н80,

Х20Н80ТЗ.
Немагнитные

стали

и

сплавы.

Они

являются

заменителями

электромашиностроении. Наибольшее при¬
менение имеет сталь марки Н25, содержащая 22 25%
Ni, и
марки 55Н9Г9, содержащая 9% Ni и 8 10% Мп. Немагнитная
цветных

сталь

металлов

применяется
с

в

приборах,

где

ферромагнитные материалы

показаний.
особыми тепловыми свойствами. Во

повлиять

могут
Сталь

в

на

точность

многих

точных

случаях, когда требуется совершенно опреде¬
ленный коэффициент линейного расширения или это расшире¬
быть практически очень незначительным, приме¬
ние должно
няется сталь с очень низким коэффициентом расширения. Та¬
кой сталью является инвар
сталь, содержащая 36% никеля,
ее марка Н36. Инвар применяется в оптических и геодезических
приборах, где требуется сохранение размеров при нагреве от
0 до 100°. Сплав железа с 42%Ni называется платинитом

приборах

в

тех

115

(Н42). Он заменяет платину, коэффициент расширения которой
чрезвычайно мал и равен коэффициенту линейного расширения
стекла. Платинит применяется для впайки проводов в стекло.
Элинвар Х8Н36 применяется для часовых пружин, камертонов
и

физических приборов.
Стали и сплавы с особыми

химическими свойствами. К этой
группе сталей относятся высоколегированные коррозионностой¬
кие, жаростойкие и жаропрочные. Согласно ГОСТ 5632 61,
б зависимости от основных свойств стали и сплавы подразде¬

ляется на три группы:
I. Коррозионностойкие

(нержавеющие) стали, к которым
относятся стали, обладающие стойкостью против электрохими¬
ческой коррозии (атмосферной, почвенной, кислотной, щелоч¬
ной и

II.
щие

др.).
Жаростойкие (окалиностойкие)

стойкостью

против

в газовых средах

делий
III.
ном

в

ненагруженном
в

или

стали

течение

слабонагруженном состоянии.
работающие в нагружен¬

и сплавы,

определенного времени

при этом достаточной окалиностойкостью.
сталь
является
Коррозионностойкая
сталью:

она

обладаю¬

разрушения поверхности
при температурах выше 550°, при работе из¬

Жаропрочные

состоянии

стали и сплавы,

химического

легирована

также

никелем,

и

обладающие

высокохромистой

титаном

и

другими

примесями.

Высокохромистые
сивных

стали

коррозионностойки в менее агрес¬
атмосфера, растворы солей, сла¬

средах (как, например,

кислоты).
Согласно ГОСТ

бые

5632 61, установлены

марки

этой

стали:

Х5, 2X13, Х13, 4X13, 1X13H3, 1Х17Н2, 1X11МФ, Х14, 2Х17Н2.
Хромоникелевые нержавеющие стали легированы титаном,
молибденом, ниобием

и
другими примесями.
нержавеющая сталь имеет очень высокую
коррозионную стойкость в любой среде, включая кислоты: кон¬
центрированную серную и азотную. Она также относится к вы¬
сокохромистой с большим содержанием никеля. Важнейшие
марки этой стали: 0Х18Н11, 0Х18Н12Т, 00Х18Н10, Х15Н9Ю,

Хромоникелевая

Х17Н13М2Т

и др.
Области применения нержавеющей стали в промышленности:
для лопаток турбин, штоков, валов, хи¬
1X13, 2X13, 3X13

установок
4Х13

и

поплавков
бензобаков, клапанов,
болтов, пружин, арматуры, крекинг-

инструмента,

рургического

гидравлических

прессов,

предметов домашнего обихода.

для

хирургического

инструмента,

шарикоподшипни¬

ков,

пружин, шестерен.
Х17
для деталей химической

для

ников.
116

и

пищевой промышленности,

трубопроводов, нефтяного оборудования,

шарикоподшип¬

Х28
и

для

фосфорной

аппаратуры,

работающей

кислотами, для

частей

с

дымящейся азотной
и деталей, рабо¬

насосов

тающих при высокой температуре.
0Х18Н9
и
качестве
в
для химического
машиностроения
и
металла
газовой
присадочного
дуговой сварке нержавею¬
при

щей

стали.

IX18H9, 1Х18Н9Т

для

турбо-маслопроводов, сварной

аппа¬

ратуры, деталей самолетов, деталей, работающих в условиях
пара, воды, азотной кислоты, для поплавков гидросамолетов.

2Х18Н9
Х18Н11Б

для конструкционного металла в авиации.
для кислотоупорных конструкций.

0Х21Н6М2Т

для

деталей сварных конструкций, работаю¬

средах повышенной агрессивности: кипящей
уксусной, муравьиной и других кислот.-

щих

в

00Х18Н10, Х16Н15МЗБ, Х17Г9АН-4
щих в среде

азотной и

для

фосфорной,

деталей, работаю¬

кислот

(исключая уксус¬
ную, щавелевую).
В марках сталей, имеющих впереди нуль, содержание угле¬
рода не превышает 0,08%, а в марках сталей, имеющих впереди
два нуля, содержание углерода не превышает 0,04%.
Жаропрочная и окалиностойкая сталь. Современная прогрес¬
сивная

техника,

органических

связанная

с

работой деталей

и

механизмов

условиях действия высоких температур, газов и больших на¬
грузок, базируется на применении жаропрочной и окалиностой¬
кой стали и сплавов. Обычная углеродистая сталь при нагреве
в

до 400 500°, кроме того, что химически разрушается, еще и те¬
ряет прочность.
Окалиностойкостью называется способность металла сопро¬
и
тивляться
окислению
при действии высоких температур
небольших нагрузок.
Жаропрочностью называется способность металла сохранять
прочность и не окисляться под действием высоких температур
при повышенных нагрузках.
Жаропрочность и окалиностойкость связаны между собой.
Жаропрочная сталь должна быть обязательно окалиностойкой.
Камеры сгорания, чехлы к термопарам делают из окалиностой¬
кой стали, а лопатки газовых и паровых турбин, детали реак¬
из жаропрочных сталей и сплавов.
тивных двигателей
Важнейшие легирующие примеси в окалиностойкой стали

алюминий,

кремний, хром.

При

содержании

10 13%

хрома

окалиностойка до 750°, при 15 17% хрома окалиностой¬
кость увеличивается до 800 900°, а при 25% хрома
до 1000°.
Широкое применение получили в промышленности жаро¬
стойкие стали следующих марок: 4Х9С2, 1Х12СЮ, 0Х20Н14С2,
4XJ4H14B24, 1Х25Н25ТР, ХН75Л16ТЮ, Х28, Х23Н13 и многие
другие, а также жаропрочные сплавы марок ХН70ВМТЮ,
ХН75МБТЮ и др.
сталь

117

Примерное
и

назначение

жаростойких

и

жаропрочных сталей

сплавов:

1Х10С2М 3X13H7C2

клапаны

Х25Т, Х28, OX 18Н10 трубы,

моторов.

печей, муфели.
ХН78Т, ХН60Ю детали газопроводных систем.
детали

1Х12ВНМФ, 1Х12В2МФ, 4Х12Н8Г8, МФБ диски турбин,
турбин, роторы.
детали выхлопных систем, трубы.
Х18Н10Т, Х18Н12Т
ХИ70ВМЮТ, ХН80ТБЮ лопатки турбин.
Кроме жаропрочных и окалиностойких сталей широко при¬

лопатки

обладающие наряду

с высокой окалиностойэлектросопротивлением. Эти сплавы по¬
лучили широкое применение в электротехнике, так как основой
их является не никель,- а железо, и поэтому они очень эконо¬
мичны. Важнейшие из этих сплавов
фехраль и хромаль.

меняются

сплавы,

костью еще

и

Фехраль
5% А1,

имеет

остальное

остальное

Эти

высоким

следующий состав: 0,12% С, 4 5% Сг, 4
Fe. Хромаль содержит 26% Сг, 5% А1,

Fe.

сплавы

температурах

жаростойки,
при

медленно окисляются

длительном

электросопротивлением.
1200°.

нагреве

Рабочая

и

при высоких

обладают

температура для

высоким

них

1000

ГЛАВА V

ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СТАЛИ И ЧУГУНА
§ 27. Теоретические

основы

термической обработки

Общая характеристика термической обработки. Термической
обработкой называется тепловая обработка, в результате ко¬
торой изменяются структура и физико-механические свойства
металлических сплавов. Термической
обработке подвергаются
как заготовки (кованые, штампованные, литые и др.), так и го¬
Заготовки обычно подвергают термообработке
товые
детали.
для улучшения структуры, снижения твердости, а обрабатывае¬
мые детали
для придания им требуемых свойств: твердости,
износостойкости,
упругости и др. В результате терми¬
прочности,
ческой обработки свойства сплавов могут быть изменены в ши¬
роких пределах. Возможность значительного повышения меха¬
нических свойств после термической обработки деталей машин
позволяет
изделий
увеличить
допускаемые напряжения,
уменьшить размеры и вес деталей и механизмов, повысить на¬
дежность и срок службы изделий. Улучшение свойств в резуль¬
тате термической обработки позволяет применять сплавы более
простых составов. В результате термической обработки сплавы
приобретают также некоторые новые свойства, в связи с чем
и

расширяется область применения

многих

сплавов.

термическая обработка в современной технике яв¬
одним из важнейших технологических процессов и при¬

Поэтому
ляется

меняется во всех отраслях промышленности,
кой металлических сплавов.

Научные

основы

термической

обработки

занятых

были

обработ¬
заложены

русского ученого Дмитрия Кон¬
стантиновича Чернова в середине XIX в. Наблюдая за раска¬
ленными заготовками стали, он неоднократно замечал, что при
определенных температурах нагрева или охлаждения в металле
происходят какие-то внутренние превращения (изменения). Об
этом можно было судить по двум признакам: в определенный
исследованиями

момент цвет
вений

ярче,

окалина,

выдающегося

охлаждаемой

стали становился

на несколько мгно¬

и в этот же момент от стали интенсивно отскакивала

что

свидетельствует

о

том,

что

сокращение

сплава
119

сменилось

на

время

короткое

Д. К. Чернов

расширением.

на¬

обозначил бук¬
вами af b и с. По современной терминологии, например, точка а
Чернова заключает в себе весь интервал температур Ас\ Асз

звал

эти температуры

(см.

диаграмму фиг.
установить, на

легко

сталь для ковки

тывать,

то

критическими

эти критические
температуры,
градусов необходимо нагреть
Если же этих температур не учи¬

сколько

испортить сталь
имеет мировое

Д. К. Чернова

тие

Фиг. 49. Диаграмма

В результате

и

49). Зная

или закалки.

можно

точками

состояния

и

получить

значение

и

брак. Это откры¬
по

железоуглеродистых

сей день.

сплавов.

труда многих ученых, развивав¬
теперь весьма точную диа¬
состояния
железоуглеродистых сплавов (фиг. 49). Без
грамму
этой диаграммы была бы немыслима дальнейшая разработка
ших

идеи

коллективного

Д. К. Чернова,

теории термической
заключается

в

том,

мы

имеем

обработки.
чтобы

Цель

нагревом

термической

до

обработки

определенной темпера¬

последующим охлаждением получить требуемое изме¬
строения металла.
На результат термической обработки оказывают влияние
следующие факторы: скорость нагревания, температура нагре¬
ва, продолжительность выдержки, скорость охлаждения. Та¬
ким образом, основными факторами термической обработки

туры

и

нение

являются

температура и время.
Основными операциями термической

для
120

стали

и

чугуна,

так

и

для

цветных

обработки, общими
сплавов,

являются

как
от-

жиг, нормализация, закалка и отпуск. Кроме того, широко при¬
меняется химико-термическая обработка стали.

Термическая
и

обработка

быть

может

одной операции, например

только из

сложной, состоящей

из нескольких

операций, например

тации с закалкой и отпуском.
На машиностроительных заводах
виды термической обработки; объем
и

специализации

простой и состоять
нормализации,

отжига или

применяются
их

зависит

цемен¬

различные

от

характера

производства.

Диаграмма состояния системы железо
углерод. Железо¬
углеродистые сплавы сложны по химическому составу (много¬
железо
компонентны); главных компонентов, по существу, два
Fe и углерод С, а наличие небольшого количества обычных при¬
месей в сплавах железа с углеродом не влияет существенно на
положение критических точек и характер линий диаграммы со¬
стояния,
ным

поэтому

железоуглеродистые

приближением

сплавы

как

рассматривать

можно

двойные

с

извест¬

Уметь

сплавы.

значит
сплавов
состояния
диаграммы
представить
себе, что происходит со сплавом во время его нагрева или охла¬
ждения; при каких температурах у сплава данного состава на¬
чинается и заканчивается затвердевание (превращение); какая
у него после затвердевания (превращения) будет структура; из
каких зерен будет состоять его структура и в каком количестве
эти зерна будут входить в структуру сплава. Все это дает воз¬

читать

можность судить о свойствах сплава и выбирать необходимые
температурные режимы при термической обработке стали и чу¬
гуна.

Диаграммы
о

стали

и

железо

углерод

являются

фундаментом науки

чугуне.

Прежде

чем

лях, яыясним,

рассматривать структурные превращения

какие

ных температурах
дают.

Феррит (Ф)

и

структуры в
при нагреве и

в ста¬

встречаются при комнат¬
какими свойствами они обла¬

них

твердый раствор углерода

в

железе

а.

При

комнатной температуре в феррите может растворяться не более
0,006% углерода. Если содержание углерода в стали превышает
0,006%, то кроме феррита в структуре стали имеются другие
Феррит (почти чистое железо)
структурные составляющие.
обладает небольшой прочностью и твердостью (НВ 80
100),
но высокой пластичностью. Он имеет хорошие магнитные свой¬
ства.
Цементит (Ц) химическое соединение железа с углеродом
(карбид железа), отвечающее формуле РезС. Содержание угле¬
рода в цементите составляет 6,67% и не изменяется вплоть до

температуры
вляющая

ность, но

плавления.

Это

самая

(НВ 750 -s- 800);
чрезвычайно хрупок (6
стали

твердая структурная

соста¬

цементит имеет высокую проч¬
=

0%);

магнитен.

Присутствие
121

в железоуглеродистых
ухудшает пластичность.

сплавах

Перлит (П)

смесь

цементита
но

механическая

(после травления

повышает

феррита

и

твердость,

цементита

структура имеет перламутровый отлив,
пла¬
отсюда и название перлит). Различают два вида перлита
эта

(цементит в виде пластинок) и зернистый (цементит
зернышек). Зернистый перлит имеет более высокие ме¬

стинчатый
в

виде

свойства,

ханические

пластинчатый,

чем

занимая

промежуточ¬
200 ч- 250). Пер¬
лит содержит 0,83% углерода, обладает высокой прочностью и
упругостью, но незначительной вязкостью.
ное место

ферритом

между

и

(НВ

цементитом

Аустенит1 (А)
твердый раствор углерода в железе у.
Максимальная растворимость углерода в железе у составляет
2% при температуре 1130°. Аустенит имеет невысокую твердость
(НВ 170 -ч- 220), достаточно высокую прочность наряду с хоро¬
40-н50%), большую стойкость против
электросопротивление; немагнитен. Микро¬
аустенита представляет зерна в виде многогран¬

шей пластичностью

(6

=

высокое

коррозии,

структура
ников.

Диаграмма

состояния

вращения, имеющие

железо

углерод рассматривает пре¬

концентрацией от чистого
6,67% углерода, что соответствует содержа¬
карбиде железа РезС (фиг. 49). По горизонталь¬
место в сплавах с

железа до железа с
нию

углерода

ной

оси

в

отложено

процентное содержание углерода, по
температура сплава.
Линии диаграммы определяют температуры, при которых
в железоуглеродистых сплавах
происходят какие-либо превра¬
щения. Сплавы на диаграмме делятся на две группы, различ¬
ные по свойствам: от 0 до 2% С располагаются ковкие спла¬
здесь

вертикальной

вы

2,0

от

стали;

Превращение
кристаллизация)
т.

е.

по

линии

4,3% С,

из

для

жидкого
всех

твердевать
ментита.

имеющие

сплавы,

состояния

сплавов

ликвидуса. При
затвердевать

начинают

аустенита, а

ствует

6,67% С

до

хрупкую

чугуны.

эвтектику,

этом
по

С,

сплавы,

содержащие 0

АС, выделяя зерна
4,3% С, начинают за¬

содержащие более
выделяя из жидкого сплава зерна це¬
где пересекаются линии АС и CD, соответ¬

эвтектической

эвтектический

твердое (первичная
по линии ACD,

линии

сплавы,

по линии

Точка

в

начинается

CD,

точке.

Сплав,

содержащий 4,3% С,

затвердевает при постоянной темпера¬
туре 1130° (точка С), причем из жидкого сплава одновременно
выделяются цементит и аустенит, образующие эвтектическую
смесь ледебурит (по имени ученого Ледебура). Кривая AECF
(линия солидуса) соответствует концу кристаллизации (затвер¬
девания) сплавов. Так как цементит выделяется непосред¬
сплав

1 Название
дано в честь английского

122

металловеда

Аустена.

из жидкого сплава в процессе первичной кристаллиза¬
ции, то его называют цементитом первичным.
Одной из наиболее важных точек диаграммы состояния
сплавов железо
углерод является точка Е (фиг. 49), лежащая

ственно

при температуре

1130° и соответствующая содержанию

Точка Е характеризует наибольшее
может

количество

себе

в

2,0% С.

углерода, кото¬
И30° С пониже¬

растворить у-железо при
температуры растворимость углерода в у-железе умень¬
шается по линии ES и при температуре 723° (точка S) стано¬
вится равной 0,83%. От точки Е вправо линия -конца затверде¬
вания идет горизонтально, т. е. все сплавы, содержащие больше
2,0% С, имеют постоянную температуру конца затвердевания
рое

нием

(1130°). Эвтектоидная
0,83% С, разделяет
ствам

точка

стали

на

S, соответствующая содержанию
две типичные по

группы. Стали, лежащие

тектоидными

сталями,

а

левее точки
лежащие

стали,

S,

структуре

и

свой¬

называются доэв-

правее

точки

S,

заэвтектоидными сталями.

(4,3% углерода) представляет собой эвтектическую
диаграмме железоуглеродистых сплавов и разбивает
также
сплавы, содержащие от 2,0 до 6,67% углерода
чугуны
на две типичные группы. Сплавы, содержащие менее 4,3% С,
называются доэвтектическими чугунами, а сплавы, содержащие
заэвтектическими чугунами.
более 4,3% С
Следует подчерк¬
нуть, что в машиностроении практическое значение имеют доэвтектические и эвтектические чугуны, а заэвтектические чугуны
не применяются.
Превращения в твердом состоянии. Для объяснения условий
Точка С

точку

на

образования
имеют

структур железоуглеродистых сплавов, которые
твердом состоянии, рассмотрим процессы вто¬

в

место

ричной кристаллизации.
Особое значение для понимания процессов термической об¬
работки и для правильного их осуществления имеет левая ниж¬
няя часть диаграммы (фиг. 50)
Напомним, что развитие науки о термической обработке на¬
чалось с установления Д. К. Черновым основных закономерно¬
стей
вторичной кристаллизации стали, выражаемых линиями
именно

этой

части

Вторичная

кристаллизация
переходом при охлажде¬
нии у-железа в a-железо и соответствующим распадом аустенита. Линия GS на диаграмме состояния соответствует началу
превращения аустенита с выделением из него феррита. Принято
в

сплавах

железо

критические

точки,

диаграммы.

углерод

связана

образующие

с

линию

GS, обозначать при

на¬

греве Ас3, а при охлаждении Агъ. Линия ES указывает на умень¬
шение предела растворимости углерода в у_железе с пониже¬
нием
следовательно, она соответствует началу
температуры
распада аустенита с выделением из него избыточного углерода
в виде цементита. Температурные точки, образующие линию ES,

123

принято обозначать

Точка S,

Аст.

соответствующая 0,83% С»
температуру (723°) равновесного су¬
ществования аустенита. После понижения температуры до точки
S происходит окончательный распад аустенита с одновременным
выделением из него феррита и цементита, образующих эвтепоказывает

минимальную

ктоидную смесь перлит.

Для

всех

разованием

сплавов железо
углерод распад аустенита с об¬
перлита соответствует точкам линии PSK (723°).

Условились температуру критической точки, отвечающей обра-

Фиг. 50.
вов

зованию

Диаграмма
(левая нижняя

перлита при охлаждении,

ответствующей
греве,

состояния

железоуглеродистых

спла¬

Fe

С).

«стальная» часть диаграммы

превращению

обозначать

перлита

в

а

аустенит

точки, со¬

при

на¬

Асх.

Проследим за процессом вторичной кристаллизаций какойлибо доэвтектоидной стали (содержащей менее 0,83% С), на¬
пример стали марки Ст. 3, содержащей около 0,3% С. Допустим,
что эта сталь нагрета до 1000° (точка 1 на диаграмме). При
этой температуре структура стали состоит из твердого раство¬
аустенита. Когда температура понизится до 830° (точка
ра
Ас3 на диаграмме), начинается процесс превращения у-железа
в a-железо и образования феррита. Таким образом, сталь при
температурах ниже линии GS будет иметь двухфазную струк124

ТУРУ
аустенит и феррит. При дальнейшем понижении темпе¬
ратуры концентрация углерода в аустените будет возрастать
и после температуры 723° составит 0,83%
(точка S). Аустенит,

получив эвтектоидную концентрацию, распадается при постоян¬
ной температуре 723° с образованием перлита. Таким образом,
доэвтектоидные стали после окончательного охлаждения будут
состоять из перлита и феррита.
По диаграмме (фиг. 50) легко определить процентное со¬
держание углерода в зернах аустенита при любой температуре
между точками Ас3 и Ас\. Допустим, нам необходимо узнать,
каково содержание углерода в зернах аустенита при темпера¬
туре 750° (точка 2 на диаграмме). Для этого проводим линию
2 3 до пересечения с линией GS в точке 3. Спроектировав
точку 3 на горизонтальную ось диаграммы, определим, что
в зернах
аустенита при температуре 750° содержится 0,71%

углерода.
сталей
заэвтектоидных
(содержащих
С) происходят другие процессы. Линия ES
(фиг. 50) характеризует изменение растворимости углерода

При

охлаждении

больше

0,83%

аустените с понижением температуры. Выше линии ES суще¬
ствует только аустенит. При понижении температуры до линии
ES аустенит оказывается насыщенным углеродом, который при
дальнейшем охлаждении выделяется в виде цементита. Обра¬
в

зующийся в данном
который выделяется
том

ES

случае цементит
из

жидкого

в

отличие

сплава,

Следовательно, при температурах
будем иметь двухфазное строение: аустенит

вторичным.
мы

от

цементит.

При

выделении цементита

цементита,

называется

аустенит

цементи¬

ниже
и

линии

вторичный

обедняется угле¬

с линией ES). Ниже температуры 723°
в
углерода
аустените составляет 0,83%, а при
концентрация
этой постоянной температуре аустенит распадается на ферри гперлит. Таким образом, заэвтектоидные
но-цементитную смесь

родом (в

стали

соответствии

от 0,83 до 2,0%)
после оконча¬
будут иметь структуру, включающую пер¬
(вторичный) цементит.

(содержащие углерода

тельного охлаждения
лит

и

избыточный

Диаграмма

состояния
железоуглеродистых сплавов позво¬
установить температурные условия кристаллизации сталей
и белых чугунов, режимы горячей обработки давлением (ковки,
штамповки, прокатки), режимы термической обработки и т. д.
При очень медленном охлаждении кристаллизация может идти
таким образом, что углерод будет присутствовать в форме гра¬
фита. Железоуглеродистые сплавы с такой формой углерода
ляет

называются

серыми

Превращения в
аустенита). Нагрев
шинстве

случаев

чугунами.

при нагреве (условия образования
при термической обработке в боль¬
целью перевод ее структуры в аустенит.

стали

стали

имеет

Структура доэвтектоидной

стали

при

нагреве до

точки

Ас,
125

состоит из зерен
нается

щается

феррита

и

перлита (фиг. 51). ВточкеЛс!

начи¬

фазовая перекристаллизация перлита, который превра¬
в мелкозернистый аустенит. При нагреве сплава от тем¬

в аустените. В заэвтектоидной стали при нагреве выше точки Ас\ перлит превращается
в аустенит, а при дальнейшем нагреве цементит растворяется
в аустените. Выше точки Аст
будет только аустенит. Образо¬
типичный кристаллизационный процесс, ко¬
вание аустенита

ператур Ас\ до Ас3 феррит растворяется

торый обеспечивает перестройку
a-железо

в у-железо с растворе¬
углерода в у-железе.
Для
получения однородного
аустенита необходимо повысить
температуру либо увеличить вы¬
держку при данной температуре.
нием

Первоначально

образовавшиеся

при
температуре
аустенита растут
выше

пока

не исчезнет

Ас\
до

участки
пор,

тех

точки Ас3 полностью
феррит. Следователь¬

но, для завершения превращения
в стали при перекристаллизации

необходимо нагреть
50°

Фиг. 51.

Схема

изменения

струк¬

ее

на

30

критических точек (Ас\
и выдержать при этой
или Лс3)
температуре нужное время.
Для получения
однородного
аустенита в легированных ста¬
лях требуются более высокая тем¬
пература нагрева и большая вы¬
выше

держка при нагреве под закалку.
Рост зерна аустенита при на¬
греве стали оказывает большое
влияние как на результаты закалки, так и на механические и
физико-химические свойства стали. Сталь с крупным зерном
имеет пониженный предел прочности, более низкую ударную
туры стали

вязкость

при нагреве.

большую

и

хуже,

чем

склонность

к

образованию

трещин,

т.

е.

свойства

крупнозернистой стали значительно
мелкозернистой. При термической обработке всегда

механические

стремятся к тому, чтобы получить мелкое зерно стали.
На процесс роста зерна в углеродистой стали оказывают
влияние температура нагрева, продолжительность нагрева, со¬
держание углерода и способ раскисления, примененный при
выплавке стали.

Введение

.

в

сталь

легирующих

элементов

(за

исключением

тормозит рост зерна аустенита при нагреве. Наиболее
энергично тормозят рост зерна аустенита при нагреве карби¬
126

марганца)

дообразующие элементы: титан, ванадий, вольфрам, молибден
и хром. Марганец способствует росту зерна аустенита при на¬
греве. Элементы, препятствующие росту зерна, расширяют ин¬
тервал закалочных температур и облегчают условия нагрева
стали; в этом заключается преимущество легированных сталей
перед углеродистыми.
Впервые зависимость.механических свойств от размера зерна
(в изломе) установил Д. К. Чернов. Последующими исследова¬
ниями

установлено, что механические свойства
ном тем лучше, чем мельче зерно.

Превращения в стали
нита). Аустенит устойчив

Фиг. 52. Схема перлитной
зации.

GSE (фиг.

49). При

аустенит становится

или

в

основ¬

при охлаждении (превращение аусте¬
при температурах выше линии

только

кристалли¬

Фиг.

53.

Схема

роста

охлаждении

неустойчивым;

стали

возникновения

перлитного

ниже линии

начинается

Если
или

стали

и

зерна.

GS и ES

его

распад.
доэвтектоидную

медленно и непрерывно охлаждать
заэвтектоидную стали, когда после выделения феррита
вторичного цементита будет иметь место эвтектоидное со¬

держание углерода (0,83% С), начинается превращение аусте¬
нита в перлит, т. е. твердый раствор углерода в у-железе (аусте¬
нит) распадается на a-железо, почти не содержащее углерода,
и цементит. Схема процесса образования перлита из аустенита
изображена на фиг. 52. Сначала образуется небольшое коли¬
чество центров
кристаллизации (фиг. 52,а), вокруг которых
с определенной
скоростью начинают расти кристаллы. Затем
появляются новые центры кристаллизации, вокруг которых также
растут кристаллы (фиг. 52,6). При образовании примерно 50%
перлита кристаллы начинают сталкиваться между собой и ме¬
шать друг другу
расти (фиг. 52, в). После окончания превра¬
щения образуется структура перлита (фиг. 52, г). Распад

аустенита

с

образованием

перлита

является

диффузионным
127

распадом углерод диффундирует внутри аусте¬
в определенных местах. Затем выделяется
пластинка цементита (фиг. 53, а), которая начинает расти и утол¬

процессом.
нита

и

Перед

скапливается

щаться. При

кой,

что

уменьшается содержание углерода
с
выделившейся цементитной

этом

расположенных

рядом

способствует превращению у-железа

этому рядом

в

местах,

пластин¬

a-железо.

цементитной пластинкой образуется

с

в

По¬

пластинка

феррита (фиг. 53,6). Затем начинает расти следующая пла¬
цементита (фиг. 53, в), вновь образуется феррит и та¬
ким образом постепенно возникает участок перлита, в котором
и
пластинки
цементита
феррита расположены параллельно
(фиг. 53, г). В дальнейшем возникающие в процессе образова¬

стинка

ния

щей

перлита напряжения
пластинки

изменяют
и

цементита,

ориентацию вновь возникаю¬
новый аналогично растущий уча¬

располагается под углом к первому участку (фиг. 53,(5).
аустенита может происходить как при непрерыв¬
ном охлаждении, так и в процессе выдержки при постоянной
температуре ниже точки Аг\ (фиг. 49). Такое превращение назы¬
сток

Превращение

вается

изотермическим.
Если сталь, нагретую

до состояния
аустенита, охлаждать
большой скоростью, то будет иметь место переохлаждение
аустенита и образование новой мелкозернистой ферритно-цементитной смеси, причем чем больше будет скорость охлаждения,
с

тем

все

и

мельче

ная смесь.

мельче

Одновременно

будет

становиться

феррито-цементит-

твердость этой структуры.
сравнению с перлитом, струк¬

повышается

более мелкие, по
особое название.

Образующиеся

При охлаждении, например,
стали на воздухе аустенит превращается в структуру, которая
в троостит
носит название сорбит, при охлаждении в масле
имеют

туры

срое

ученых Сорби и Трооста). Образование
при температуре 600° и заканчивается при
температуре 500°. Троостцт образуется при еще более низких
500 200°. По своему строению перлит, сорбит
температурах
и троостит очень сходны. Все они являются механическими сме¬
(названия даны

сорбита

феррита

сями

мерах

в

честь

начинается

и

пластинок

цементита.

феррита

и

Разница

заключается

лишь

в

раз¬

цементита.

в воде аустенит сохраняется в углероди¬
температуры примерно 200° и затем мгновенно
в
называют
мартенситом
структуру, которую
превращается
(название дано в честь ученого Мартенса). В сталях с большим

При

стой

охлаждении

стали

до

содержанием углерода аустенит не полностью превращается
в мартенсит. Часть его
сохраняется. Такой аустенит называют
остаточным аустенитом. Мартенсит отличен от сорбита и троостита и по
структуре, и по свойствам.
Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый
раствор углерода в a-железе. Мартенсит при рассмотрении под
микроскопом имеет характерную игольчатую структуру. Мар128

хрупкая структура стали. Его твер¬
700 (HRC 62 -ь 66), а пластические
свойства при растяжении (6 и гр) и ударная вязкость ан близки
к нулю. Мартенсит магнитен и обладает наибольшей способ¬
самая

тенсит

дость

составляет

твердая
НВ 600

и

-г-

сохранять в себе остаточный магнетизм, поэтому маг¬
охла¬
при изготовлении закаливают на мартенсит.

ностью
ниты

При

ждении

сталей

рассмотренные структуры могут
получиться при иных скоростях охлаждения. Почти во всех
легированных сталях при охлаждении в масле получается
структура мартенсита. В некоторых легированных сталях даже
при охлаждении на воздухе получается мартенсит. В связи
с

этим

легированных

термической обработки

следует ознако¬
е. наи¬
т.
закалки,
скорость
термином
меньшая скорость
охлаждения, при которой в структуре стали
получается чистый мартенсит.
Таким образом, чем меньше критическая скорость закалки,
тем с меньшей скоростью нужно охлаждать сталь, чтобы полу¬
миться

при

изучении

с

критическая

чить

структуру мартенсита.
троостита и мартенсита, получаемые в
стали
при охлаждении с большими скоростями, неустойчивы.
При повторном нагреве они разлагаются. Если, например, на¬

Структуры сорбита,

углеродистой инструментальной

стали
марки У7,
мартенсит до температуры 200°, то остаточный
аустенит, который сохранился в стали, при охлаждении в воде
превращается в мартенсит. Поэтому твердость стали повы¬
шается, причем
мартенсит при температуре 200° будет иметь
несколько иное строение и свойства.
При нагреве свыше 200° мартенсит начинает разлагаться,
в результате чего получается феррито-цементитная смесь. Такие

греть кусок
закаленной

на

как указывалось выше, называют трооститом, сорбитом
перлитом. При температуре 300° образуется самая мелкая
троостит; при температуре 500°
феррито-цементитная смесь
более
в
нем
крупные. Процесс укрупнения зерен
сорбит,
зерна

смеси,
и

при дальнейшем нагреве и при температуре,
к структуре перлита. Распад мартен¬
постепенным
снижением
сита
твердости и
сопровождается
повышении
пластичности
по мере
прочности при одновременном
образования троостита, сорбита и перлита.
цементита идет
близкой к 700°,

и

приводит

28. Способы нагревания

§

и

охлаждения

при

термической

обработке
Для термической обработки
стоящее из

нагревательных печей,

ров

закалочных

для контроля тепловых режимов,
закалочных жидкостей и др,

б

Технология

металлов

оборудование, со¬
устройств, прибо¬
очистительных устройств,

применяют

129

Печи для термической обработки.
самых

разнообразных конструкций.

размеры
печи

бов

к

зависят от многих

способа передачи тепла от
способов загрузки печи; спосо¬

условий:

нагреваемым деталям;

получения

(источника тепла);

тепла
печи

Термические печи бывают
Их устройство, форма и
назначения

печи;

ха¬

и

др.
рактера работы
В зависимости от способа передачи тепла
деталям печи делятся на камерные, муфельные и
мерных печах нагреваемая деталь помещается

нагреваемым
В ка¬

ванные.
в

то

же

про¬

(камеру), через которое проходят горячие газы. Та¬
ким образом, нагрев деталей в камерных печах
происходит пу¬
тем непосредственного соприкосновения их с пламенем и горя¬
чими
В муфельных печах детали, помещенные в спе¬
газами.
странство

циальный ящик под колпак,

не

соприкасаются ни с пламенем,
нагревают муфель,

горячими
Горячие
получают тепло от стенок муфеля. Муфельные печи
применяются в тех случаях, когда нельзя допускать соприкосно¬
вения
нагреваемых деталей с печными газами
при светлом
отжиге, газовой цементации и т. д.
Печи-ванны имеют ту особенность, что нагреваемые детали
погружаются в расплавленную соль, в расплавленный свинец
ни с

а

газы и пламя

газами.

детали

или в горячее масло,
няются для

находящиеся

в тигле.

Печи-ванны

приме¬

быстрого нагревания мелких деталей.
Существует три основных способа загрузки печей: сбоку,
сверху (в шахтных печах) и при помощи выдвижного пода.
Нагрев печей производится топливом или электрическим током.
Для нагрева

приходится устраивать топки или
форсунки или горелки, делать
в кладке печи газовые каналы и дымоходы для отвода горячих
газов. При нагреве электрическим током необходимость во всех
этих устройствах отпадает. Электропечи допускают нагрев до
1350° и обеспечивают точность регулирования температуры.
По назначению различаются термические печи для отжига,

камеры

печи

сгорания,

топливом
ставить

нормализации, закалки, отпуска, азотирования, цианирования.
Основное требование, предъявляемое к печам для отжига
обеспечение
необходимой скорости
равномерного нагрева и

охлаждения. Печи для

закалки

должны иметь специальные

уст¬

для облегчения передачи изделий из печи в закалочный
бак. Печи для отпуска требуют большой точности регулирования

ройства

температуры и равномерного нагрева всех деталей в печи.
По характеру работы различаются печи периодического и
непрерывного действия. Из печей периодического действия ши¬
рокое применение (особенно в единичном и мелкосерийном про¬
изводстве) получили камерные печи с неподвижным подом. Эти
печи, имеющие площадь пода от 0,5 до 6,0 м2 и производитель¬
ность от 70 до 200 кГ1м21ч, используются для отжига, закалки,
отпуска, цементации и других видов термической обработки,
130

При

отжиге

этого

и

печи

камерные

типа

от

нормализации
с

выдвижным

3

до

20

м2

крупных
подом.

и

деталей

Площадь

применяются
пода

производительность

у
от

печей
50

до

кГ1м21ч. Для безокислительного* нагрева деталей применяют
печи с контролируемой
атмосферой, характерной особенностью

250

которых является герметичность рабочего пространства. Печи
непрерывного действия характеризуются высокой степенью ме¬
и

ханизации

автоматизации.

Закалочные устройства. В непосредственной близости от
печей для нагрева под закалку располагаются
закалочные

устройства:

закалочные

баки,

наполненные

охлаждающей

жид¬

костью, закалочные прессы или закалочные машины. Объем жид-»
кости в баке должен быть настолько большим, чтобы жидкость
при закалке в ней деталей не нагревалась. Для примерных
подсчетов можно исходить из того, что на 1 кг закаливаемого
сплава требуется 5 6 л воды или 10 12 л масла. Если раз^
мер бака невелик, то при частой закалке жидкость будет быстро
нагреваться, что отрицательно скажется на результатах закалки*
Для очистки деталей применяют травильные баки, баки для

промывки водой и нейтрализации, специальные травильные ма¬
шины. Механическая очистка деталей производится на песко¬

дробеструйных аппаратах.
Измерение температур. Для измерения и контроля темпера-»
тур до 400° в термических печах применяются термометры, а
в печах с рабочей температурой до 1250° и выше
термоэлек¬
трические и оптические пирометры.
Ртутные и спиртовые термометры применяются в термиче¬
ских цехах для измерения температуры закалочных жидкостей,
низкого отпуска и старения стальных деталей при нагреве до
300 400°, а также при обработке стали холодом при темпера¬
туре до минус 100-т-150°. Термоэлектрическими пирометрами
пользуются для измерения температуры почти при всех видах
термической обработки. Они состоят из двух частей: термопары
и милливольтметра
(гальванометра).
Принцип работы термопары (фиг. 54) сводится к следую¬
струйных

и

щему. Если взять две проволоки а и а! из разных металлов, один
конец их А сварить (горячий спай термопары) и поместить в

среду, температуру
b

концах

и

которой

нужно измерить,

Ъ\ термопары (холодный спай)

то

на

свободных

появится

разность

Эта разность потен¬
циалов будет тем больше, чем больше разность температур го*»
рячего и холодного спая термопары.
Измерение разности потенциалов на свободных концах тер¬
потенциалов,

измеряемая

в

милливольтах.

шкала
милливольтметром,
производится
которого
и
в
милливольтах
Чем
выше темпера¬
градусах.
градуирована
тура горячего спая, тем больше будет электродвижущая сила,
мопары

тем на

б*

большую величину отклонится

стрелка гальванометра. Для
131

Фиг. 54. Схема устройства термопары.

Фиг. 55. Оптический пирометр:
аккумуляторная батарея; 2
тельная труба; 4

1

б

132

нить

лампочки

в

поле

а

общий вид:

электрическая лампочка;

3

зри¬

кольцо реостата;

зрения окуляра пирометра.

предохранения термопары от повреждения ее помещают в сталь¬
ную трубку; проволочки отделяются одна от другой фарфоровой

кварцевой изоляцией.
Проволочки (термоэлектроды),

или

из которых делают термопа¬
разных металлов; например, для измере¬
ния температуры до 1000° применяют термопару, у которой одна
проволочка сделана из сплава хромель (10% Сг + 90% Ni), а
А1 + 1% Сг + 2% Мп+
вторая из сплава алюмель (2%
+ 95% Ni).
Для. получения непрерывных показаний температуры всего

ры,

из

изготовляются

режима нагрева
или

длительный период применяют самопишущие
которые работают от часовых механизмов
двигателей. Самопишущие приборы строятся

за

милливольтметры,
специальных

термопар. В термических цехах приме¬
регулирование целого комплекса терми¬
ческих режимов, осуществляемое терморегулятором (потенцио¬
метром), который учитывает самые незначительные изменения
электродвижущей силы термопары и передает контакторам или
исполнительным механизмам командоимпульсы, которые изме¬
няют подачу тока к нагревателям печей.
Для измерения температур свыше 600°, когда раскаленный
на

одну, три

няется

и

шесть

автоматическое

металл, температура которого измеряется, начинает светиться,
Объектив
оптические
используют
пирометра
пирометры.

(фиг. 55) направляют на раскаленный металл. Внутри пиро¬
метра светится электрическая лампочка. В поле зрения окуля¬
ра одновременно нить накала и раскаленный металл. Изменяя
с помощью кольца реостата силу тока, питающего от аккумуля¬
торной батареи лампочку, подбирают такой ток, чтобы яркость
нити

накала

электрической лампочки и раскаленного металла
(фиг. 55,6). По отклонению стрелки гальвано¬

была одинакова

метра в зависимости от величины тока определяют
нагретого металла.

температуру

В настоящее время вместо контактных гальванометров и по¬
тенциометров для автоматического регулирования температуры
применяются электронные терморегуляторы. В СССР разрабо¬
таны
терморегуляторы системы Г л А. Фильцера. Один такой
аппарат с потенциометром периодически связывается с 12 или
даже 24 термопарами и регулирует температуру печей в местах
расположения этих термопар.
Помимо перечисленных методов, при термической обработке
используют приближенные способы, дающие ориентировочное
значение температуры нагретого металла. К таким способам
определение температуры металла по цветам
при нагреве под закалку или отжиг, а также определе¬
металла
ние температуры
при отпуске по цветам побежало¬
на
появляющимся
изделия
сти,
(фиг. 56
поверхности

можно

отнести

каления

см.

вклейку).
133

29. Отжиг

§
Отжиг

стали.

и

нормализация углеродистой

Отжигом

называется операция

стали

термической об¬

работки,

при которой путем нагрева, выдержки при установ¬
ленных температурах и последующего медленного охлаждения в
стали получают устойчивую
(равновесную) структуру, свобод¬
ную от остаточных напряжений. Отжиг стальных изделий имеет
целью снятие внутренних напряжений, устранение структурной
неоднородности, улучшение обрабатываемости резанием и под¬
к

готовку

последующей термической обработке. Отжиг

Фиг. 57.

может

ческий,

Температура нагрева для различных видов
нормализации углеродистой стали.

стали

отжига и

с фазовой перекристаллизацией: полный, изотерми¬
зернистый перлит и диффузионный, а также без фа¬
рекристаллизационный.
перекристаллизации

быть
на

зовой
Отжиг включает следующие операции.
1. Нагрев стали до температур, на 20 30° превышающих
верхнюю критическую точку Лс3, т. е. лежащих выше линии
полный отжиг для доэвтектоидных сталей (фиг. 57), или
GS,
нагрев до температур, на 30 40° превышающих нижнюю кри¬
тическую

точку Ас\,

т. е.

расположенных

выше линии

PSK

не¬

полный отжиг.
2.

Выдержка

детали

равномерного прогрева
ператур

щений,
134

в
ее

течение
по

всему

времени,
сечению

достаточного
до

заданных

для
тем-

завершения всех структурных (фазовых) превра¬
которые должны полностью закончиться. Законченность
и для

структурных превращений в стали при отжиге по существу со¬
цель данной операции; лишь в этом случае свойства
стали после отжига существенно улучшаются.
3. Медленное охлаждение стали от температур отжига со
скоростью, меняющейся в пределах (от 10 до 100° в час) в за¬
висимости от марки стали, формы и назначения детали.
Полному отжигу подвергают обычно доэвтектоидные стали,
нагревая их выше линии GS, выдерживая, при этой температуре
в течение XU продолжительности нагрева и медленно охлаждая
вместе с печью до 600 400°.
Углеродистые стали охлаждают со
100
150°
в
со скоростью 30 50°
час,
скоростью
легированные
в час. Полный отжиг сопровождается фазовой перекристаллиза¬
цией, в результате чего крупнозернистая сталь получает мелко¬
зернистую структуру, освобождается от внутренних напряжений,
ставляет

становится

мягкой

и

вязкой.

Для

отжига

изделия

упаковывают

трубы или реторты, которые затем наполняют песком,
чугунной стружкой или углем, чтобы предохранить поверхность
изделий от обезуглероживания и окисления. Наилучшие резуль¬
в

ящики,

в этом отношении дает применение защитной атмосферы*
Отжиг в защитной атмосфере называют светлым, так как при
этом способе обезуглероживания и окисления почти не бывает,
и поверхность изделий остается относительно светлой.
Неполный отжиг является разновидностью отжига перекри¬
сталлизации. При неполном отжиге сталь нагревается до тем¬
пературы, на 30 40° превышающей нижнюю критическую точ¬
ку Ас\ (фиг. 57), т. е. до температур порядка 750 760°.
таты

Замедленное охлаждение или длительная выдержка стали
при температурах, лежащих в пределах 680 750°, способствуют
образованию крупнопластинчатого перлита, облегчающего обра¬
батываемость стали резанием. Для мягких доэвтектоидных ста¬

лей, содержащих

0,4 0,5%

углерода, этот вид отжига при¬
редко, так как они и без отжига
сравнительно
достаточно хорошо обрабатываются резанием. Для инструмен¬
особенно заэвтектоидных, неполный отжиг
тальных
сталей,
является единственным видом отжига. Он способствует снятию
до

меняется

внутренних напряжений

и

улучшению

обрабатываемости

реза¬

нием.

Отжигу

на

зернистый перлит подвергаются
Для

заэвтектоидные стали.
выше

критической

точки

рабочей температуре

скоростью 30 50°

в

в

отжига

Асх (фиг. 57)

течение

час)

сталь

3 5

ч

эвтектоидные

нагревают
и

после

медленно

и

20 30°

выдержки при
охлаждают

до 650 600°. В результате

выдержки пластинчатый перлит превращается

на

(со

длительной

зернистый; это
сфероидизации (округления). Высоко¬
углеродистые инструментальные стали, содержащие более
0,65% углерода, со структурой зернистого перлита хорошо обра¬
явление

носит

в

название

батываются резанием

и

лучше поддаются закалке;

они

обладают
135

меньшей склонностью к образованию трещин и короблению.
В некоторых случаях для ускорения процесса сфероидизации
перлита нагрев и охлаждение повторяют несколько раз. Такой
или цикличным. При циклич¬
называется маятниковым
ном отжиге инструментальную сталь нагревают до 730 750° и
медленно охлаждают до 650°; процесс повторяют несколько раз.
отжиг

Все заэвтектоидные

(инструментальные)

стали,

как

правило,

зернистый перлит.
Изотермический отжиг заключается в нагреве стали выше
критической точки Ас3 и выдержке при этой температуре в тече¬

отжигаются на

ние
времени, необходимого для
прогрева. Затем сталь относительно

ниже

пературы

полного

и

равномерного

быстро охлаждают до тем¬
Аг\ (650 700°). При этой постоянной (изотер¬

мической)

температуре сталь выдерживают определенное время,
необходимое для полного распада аустенита с образованием

перлита (в доэвтектоидной стали
феррита и перлита), и затем
на
воздухе. Изотермический отжиг имеет почти
вдвое более короткий цикл, чем обычный отжиг. Преимущества

охлаждают

изотермического отжига

достигаемая однородность структуры
и ускорение процесса, особенно при отжиге легированной стали.

В случае высокого содержания в стали хрома, никеля и других
элементов только изотермический отжиг позволяет добиться

превращения

весьма

обеспечить хорошую
ментом.

Диффузионный
слитков

и

диффузии)
лическую
вают

устойчивого аустенита в
обрабатываемость стали
отжиг

крупных

перлит и феррит и
режущим инстру¬

(гомогенизация)

отливок

с

химического состава

применяется для
выравнивания (путем

целью

стали,

имеющей внутрикристал-

ликвацию. Сталь нагревают до

при этой температуре 10 15

ч

и

1050 1150°, выдержи¬

затем

медленно

охлаж¬

600 550°. Диффузионный отжиг приводит к росту
зерна стали; этот дефект устраняется повторным отжигом на
дают

до

мелкое зерно (полный отжиг). Сталь, прошедшая гомогениза¬
цию, обладает более высокими механическими свойствами; осо¬
бенно повышается ударная вязкость.

Рекристаллизационным отжигом называется отжиг стали,
прошедшей холодную прокатку, волочение или холодную штам¬
повку с выдержкой при температуре 680 700° и последующим
охлаждением. Этой температуры достаточно для полного устра¬
нения наклепа и возвращения стали свойств, которые она имела

холодной обработки давлением. В результате такого отжига
понижаются твердость и прочность, но повышаются показатели
пластичности
относительное удлинение, ударная вязкость.

до

Нормализация
стали

этой температуре

Нормализацией называется нагрев
30 50° (фиг. 57), с выдержкой при
последующим охлаждением на воздухе. Нор¬

стали.

выше линии
и

GSE

на

мализацию применяют для устранения внутренних

136

напряжений

наклепа, повышения механических свойств стали. Само слово
«нормализация» указывает на то, что сталь после этой опера¬
ции получает нормальную, однородную, мелкозернистую струк¬
туру; перлит приобретает тонкое строение. Нормализации под¬
вергают отливки и поковки. В настоящее время нормализация
распространена в машиностроении больше, чем отжиг, так как
она является более производительной операцией и дает лучшие
результаты.
§ 30. Закалка стали
и

Закалкой
в

стоящая

операция термической обработки, со¬
температур выше верхней критической
доэвтектоидной стали и выше нижней критической
называется

нагреве

до

точки

Ас$

точки

Ас 1 заэвтектоидной
с

ратуре

быстрым

стали

и

выдержке

при

данной

темпе¬

последующим

охлаждением

(в

масле, водных рас¬
творах солей и пр.).
воде,

В результате
сталь

закалки

приобретает струк¬

туру мартенсита и благо¬
делается
этому
даря

твердой.
Закалкой достигается

очень

повышение
прочности
сталей
конструкционных
и придание режущей спо¬

собности инструменталь¬
ной стали.
Режимы закалки опре¬
и
Фиг. 58.
Интервал закалочных температур
скоростью
углеродистой стали.
нагрева,
длительностью выдержки
и
особенно скоростью охлаждения.
температуре
при этой
Выбор температуры закалки. Температура нагрева стали пе¬
ред закалкой зависит в основном от химического состава стали.

деляются

температурой

При

закалке доэвтектоидных сталей нагрев следует вести до тем¬

на 30 50° выше точки Ас3 (фиг. 58). В этом
имеет
сталь
структуру однородного аустенита, который
случае
при последующем охлаждении со скоростью, превышающей кри¬
тическую скорость закалки, превращается в мартенсит. Такая
закалка называется полной. При нагреве доэвтектоидной стали
до
температур, лежащих в интервале Ас\ Ас3, в структуре
мартенсита сохраняется некоторое количество оставшегося после

пературы, лежащей

закалки

кая

феррита,

закалка

снижающего твердость закаленной стали. Та¬
неполной. Для заэвтектоидной стали

называется

наилучшая температура

закалки

на

20 30°

выше

Ас\,

т.

е.
137

В этом случае сохранение цементита при на¬
будет способствовать повышению твердости,
греве
так как твердость цементита больше твердости мартенсита. На¬
грев заэвтектоидной стали до температуры выше Аст излишен,
так как твердость получается меньшей, чем при закалке с тем¬
пературы выше Аси за счет растворения цементита и увеличе¬
неполная закалка.

и охлаждении

ния

количества

дении

с

более

остаточного

внутренние напряжения.
Скорость охлаждения.
структуры

быстрого
меньшей
В

мартенсита

охлаждения стали,

зоне

как

Как уже

требуется

того, при охлаж¬
возникнуть большие

Кроме

могут

говорилось,

для

получения

переохладить аустенит путем

находящейся при температуре

аустенита, т. е. при 650 550°.
температур мартенситного превращения,

наи¬

устойчивости

300°, наоборот,
так

аустенита.

высоких температур

выгоднее

образующиеся

равняться,

а

твердость

применять

замедленное

т.

е.

ниже

охлаждение,

структурные напряжения успевают вы¬
образовавшегося мартенсита практиче¬

ски не снижается.

закалочной среды имеет большое значе¬
успешного проведения термической обработки.
закалочные
Наиболее
вода,
среды
распространенные
5 10-процентный водный раствор едкого натра или поваренной
соли и минеральное масло. Для закалки простых углеродистых
сталей можно рекомендовать воду с температурой 18°, а для
масло.
закалки большинства легированных сталей

Правильный выбор

ние для

Прокаливаемость стали. Прокаливаемость стали характери¬
глубиной проникновения закалки от охлаждаемой поверх¬
ности в глубь детали.
При закалке поверхность детали охлаждается быстрее, Так

зуется

как

она

костью,
гораздо

непосредственно соприкасается с охлаждающей жид¬
отнимающей тепло. Сердцевина детали охлаждается
медленнее: тепло из центральной части детали пере¬
металла

дается через массу

к поверхности

охлаждающей

ности поглощается

и

только

жидкостью.

на

поверх¬

Прокаливаемость

критической скорости закалки: чем ниже крискорость, тем на большую глубину прокаливаются
детали. Поэтому факторы, понижающие критическую
закалки, увеличивают прокаливаемость стали, а фак¬

стали зависит от
тическая
стальные

скорость
повышающие

торы,

прокаливаемость.

зерном аустенита

критическую

чем

сталь с

сталь

с

закалки,

уменьшают

крупным

природным

(крупнозернистая),

ческую скорость закалки,

стая),

скорость

Так, например,

мелким

имеющая низкую крити¬
прокаливается на большую глубину,

природным зерном аустенита

(мелкозерни¬

высокую критическую скорость закалки. В свя¬
зи с этим крупнозернистая сталь применяется для изготовления
имеющая

деталей, которые
138

должны иметь

глубокую

или

сквозную прока-

а

ливаемость,

поверхностной

мелкозернистая сталь

закаленной

коркой

и

для

с

деталей

твердой*

вязкой незакаленной серд¬

цевиной.

Существенное

влияние на глубину прокаливаемости оказы¬
структура закаливаемой стали, температура на¬
грева под закалку и закалочная среда.
Прокаливаемость стали можно определить по излому, по
микроструктуре и по твердости.
Определение прокаливаемости стали по виду излома за¬
ключается в том, что пруток стали диаметром 25 мм закаливают
вают

с

исходная

ше

в

охлаждением

на

температуры

критической

от

воде

30 50°

вы¬

и

ло¬

точки

О глубине прокали¬
ваемости судят по толщине

мают.

мелкозернистой
(закален¬
ной) поверхности.
Для определения прока¬
ливаемости

туре
ца

из

по

микрострук¬

образ¬
шлиф, который

закаленного

делают

рассматривают под
микроскопом. Глубиной за¬

травят

и

каленного

слоя

считается

расстояние от поверхности
до слоя с полумартенситной структурой, т. е. до слоя,
состоящего

из

определяется

50%

Фиг. 59. Схема установки
ления
1

прокаливаемости

2

образец;

4

мартенсита и 50%
твердости.

кронштейн;
трубка.

троостита;

для опреде¬
стали:

3

указатель;

она

легко

по изменению

Твердость полумартенситной

зоны

зависит

в

основном

от

содержания в стали углер<эда.
При определении прокаливаемости стали по твердости из
закаленного образца вырезают диск; прибором Роквелла изме¬
1,5 мм и строят
ряют твердость по диаметру через каждые 1
кривые твердости.
В настоящее время для определения прокаливаемости наибо¬
лее часто применяется метод торцовой закалки согласно ГОСТ

5657 51

(фиг. 59).
Стандартный образец

до закалочной

струей

1

после нагрева в

температуры

подвешивают

защитной атмосфере
на

кронштейн 2

и

воды с торца доводят до полного охлаждения. Затем по

образца с двух противоположных сторон сошлифовывают
на
глубину 0,3 0,4 мм, и через каждые 1,5 мм вдоль
образца замеряют твердость по HRC. Расстояние от торца об¬

длине

лыски

разца до участка, на котором твердость соответствует полумар¬
тенситной структуре, и будет характеризовать прокаливаемость
стали.
139

Виды

закалки стали.

условий

охлаждения.
в одной

Закалка
виде

но

кривой 1. Такая

применять

Быстрое

не

среде

состава

стали,

схематично

показана

на

фиг. 60

в

закалка проще по выполнению, но ее мож¬

для

охлаждение

ряд способов закалки, при¬
характера обрабаты¬
которую необходимо получить, и

Существует

меняемых в зависимости от
ваемой детали, твердости,

каждой стали и не для любых деталей.
деталей переменного сечения в большом

температур способствует возникновению температур¬
ной неравномерности и больших внутренних напряжений, назы¬
ваемых термическими.
Помимо термических напряжений, при превращении аустени¬
та в мартенсит создаются дополнительно так называемые струк¬
турные напряжения, связанные с тем, что превращение аусте¬
нита в мартенсит происходит с увеличением объема. Если деталь
имеет сложную форму или пе¬
сечение, увеличение
ременное
объема
происходит неравно¬
мерно и ведет к возникновению
внутренних напряжений.
Наличие больших напряже¬
ний может вызвать коробление

интервале

детали,

а иногда и
если
вели¬

поводку,

растрескивание
чина внутренних

превзойдет

напряжений

предел

прочно¬

сти.

Чем

больше
углерода в
больше объемные

тем

стали,

изменения

Фиг.

60.

Кривые охлаждения для
различных способов закалки.

пряжения,
ность

и

структурные на¬
больше опас¬

тем

возникновения

тре¬

щин.
Заэвтектоидные

стали

закаливают

в

одной среде,

простую форму (шарики, ролики и т.
ном случае предпочитают либо закалку в двух
способ ступенчатой закалки.
тали имеют

Закалка
в

охлаждая
масло,

где

двух средах (кривая 2) широко применяется для
высокоуглеродистой стали. Сущность способа
том, что деталь вначале замачивают в воде, быстро
его до температур 550 500°, а затем переносят в
из

оставляют до

полного

средах применяется для

охлаждения.

инструмента

(метчики, плашки, фрезы и т. д.).
Ступенчатая закалка (кривая 3)

из

Закалка

углеродистой

.

140

выше

температуры

начала

в

двух
стали

быстрого
которой не¬

выполняется путем

охлаждения деталей в соляной ванне, температура
много

де¬

в

инструмента
состоит

если

В против¬
средах, либо

д.).

мартенситного превращения

(240 250°). Выдержка при этой температуре должна обеспечить
выравнивание температур по всему сечению детали. Затем де¬
тали
комнатной температуры в масле или на
охлаждают до
спокойном воздухе, устраняя тем самым термические внутрен¬
ние напряжения.
Таким образом, охлаждение включает две ступени: первая
температуры нагрева под закалку до температуры закалоч¬
от температуры закалочной ванны до ком¬
ванны, вторая
натной температуры. В качестве охлаждающей среды исполь¬
зуются расплавленные соли, селитры, легкоплавкие металлы.
Ступенчатая закалка уменьшает внутренние напряжения,
коробление и возможность растрескивания изделия.
Недостаток этого вида закалки в том, что горячие среды
не могут обеспечить большую скорость охлаждения в интервале
400 600°. В связи с этим ступенчатую закалку можно применять
деталей из углеродистой стали небольшого сечения (до
для
8 10 мм). Для легированных сталей, имеющих небольшую кри¬
тическую скорость закалки, ступенчатая закалка применима к
деталям большого сечения.
от

ной

Изотермическая
как

ступенчатая,
ратуре горячей

но

(кривая 4) производится так же,
более длительной выдержкой при темпе¬

закалка
с

ванны

(250 300°)

для

обеспечения

полного

распада аустенита. Выдержка, необходимая для полного
пада аустенита, определяется точками а и & и по

рас¬

S-образной
сталь приобре¬

В результате такой закалки
с
HRC
троостита,
твердостью
структуру игольчатого
45-г-55 и с сохранением необходимой пластичности. Охлаждение
после изотермической закалки может производиться с любой
скоростью. В качестве охлаждающей среды используют -расплав¬
ленные соли: 55% KN03 + 45% NaN02 (температура плавления

кривой (фиг. 60).
тает

137°) и 55% KN03+45% NaN03 (температура плавления
218°), допускающие перегрев до необходимой температуры.
Изотермическая закалка имеет следующие преимущества пе¬
ред обычной закалкой:
1) меньшие внутренние напряжения в стали, обработанной
изотермически, приводят к меньшему короблению и сводят к
нулю образование трещин;
2) во всех случаях закалки изотермическим способом сталь
характеризуется большей вязкостью по сравнению со сталью,
закаленной обычным путем.
В настоящее время широко используются ступенчатая и изо¬

термическая светлая
Светлая закалка
но

оборудованных

закалки.

стальных
печах

с

деталей производится
защитной средой. На

в специаль¬

некоторых

заводах для получения чистой и светлой по¬
закаленного инструмента применяется метод ступен¬

инструментальных
верхности
чатой закалки

с

охлаждением

в

расплавленной едкой

щелочи.
141

закалкой инструмент нагревают в соляной ванне из хло¬
ристого натрия при температуре на 30 50° выше точки Ас\ и
180 200° в ванне, состоящей из
охлаждают при температуре

Перед
75%

едкого

воды

(от

ления

кали

веса

около

25%

и

едкого

всей соли). Такая
145° и благодаря

натра

с

добавлением 6 8%
температуру плав¬
воды
обладает очень

смесь имеет
наличию

закаливающей способностью.
При ступенчатой закалке стали с

высокой

нита

в

расплавленной едкой

переохлаждением

аусте¬

щелочи и с последующим оконча¬

воздухе детали приобретают чистую,
серебристо-белого цвета; в этом случае от¬
падает необходимость пескоструйной очистки деталей и доста¬
точна промывка их в горячей воде.

тельным

на

охлаждением

светлую поверхность

Закалка с самоотпуском имеет широкое применение в инстру¬
ментальном
тали

производстве.

выдерживают

дения,

а

в

определенный

в

Сущность

ее

состоит

охлаждающей среде
момент

в

что

том,

де¬

не до полного охлаж¬

извлекают

из

нее

с

целью

сохранения в сердцевине изделия некоторого количества тепла,
за счет которого производится последующий отпуск. После до¬
стижения требуемой температуры отпуска за счет внутреннего
тепла деталь окончательно охлаждают в закалочной жидкости.

Контроль отпуска осуществляется по так называемым цве¬
побежалости (фиг. 56), появляющимся на зачищенной по¬

там

верхности стали при температурах 220 330°.
Закалка с самоотпуском применяется для

зубил, кувалд, сле¬
сарных молотков, кернеров и другого инструмента, .требующего
высокой твердости на поверхности и сохранения вязкой сердце¬
вины.
Способы охлаждения при закалке. Известно, что быстрое ох¬
лаждение

деталей при

стальных

закалке

является

причиной

больших внутренних напряжений. Эти на¬
пряжения иногда приводят к короблению деталей, а в наиболее
к трещинам. Особенно большие и опасные
тяжелых случаях
внутренние напряжения возникают при охлаждении в воде. По¬
этому там, где можно, следует производить закалку в масле.
Однако в большинстве случаев для деталей из углеродистой
стали это невозможно, так как скорость охлаждения в масле
возникновения

значительно

в

них

меньше

превращения зерен

критической скорости,

аустенита

в

мартенсит.

необходимой
Следовательно,

для
за¬

углеродистых сталей рекомендуется
производить в воде, но при этом уменьшать неизбежно возни¬
кающие внутренние напряжения. Для этого пользуются некото¬
рыми из описанных способов закалки, в частности закалкой в
двух средах, закалкой с самоотпуском и т. д.
Внутренние напряжения зависят также от способа погруже¬
ния деталей в закалочную среду. Необходимо придерживаться
следующих основных правил:
калку

142

многих

деталей

из

1) детали, имеющие толстую и тонкую части, погружать в
закалочную среду сначала толстой частью (фиг. 61);
2) детали, имеющие длинную вытянутую форму (метчики,
сверла, развертки), погружать в строго вертикальном положе¬
нии, иначе они покоробятся;
3) детали, имеющие вогнутую поверхность, погружать в за¬
калочную среду вогнутой поверхностью вверх, так как в про¬
тивном случае образуется
паровой мешок, который
не даст

этому месту дета¬

ли закалиться.

Иногда

по

условиям

работы

должна

калена

не

лишь

быть

за¬

вся

деталь, а
его. В Ътом

часть

случае применяется мест¬
ная закалка: деталь на¬
гревается не полностью,
же
в закалочную
среду
целиком.
погружается
В

этом

часть
а

случае

детали

недостаточно

останется

нагретая
незакаленной.

Местный
ких
в

нагретая
закалится,

нагрев

деталей

соляной

мел¬

Фиг. 61. Правила погружения изделий в за¬
калочные среды: а
правильное охлажде¬
ние; б
неправильное охлаждение; в
брак

производят

ванне,

погру¬
ту часть
детали,
тре¬
которую
буется закалить; так за¬
каливают, например, цен¬

при

жая в нее только

неправильном охлаждении;

вильное

охлаждение

изделий

г

пра¬

небольшого

сечения; д
неправильное охлаждение из¬
делий небольшого сечения; е
коробление

при неправильном

охлаждении.

станков.

токарных
тры
Можно поступать и так:
дить в закалочной среде
быть закалена.

нагреть деталь полностью, а охла¬
ту его часть, которая должна

только

Дефекты, возникающие при закалке стали.

дефекты.
твердость закаленной

При

закалке мо¬

детали

следствие

гут иметь место следующие

Недостаточная

рабочей тем¬
Исправление
последующей закалкой с

низкой температуры нагрева, малой выдержки при
пературе или недостаточной скорости охлаждения.

дефекта: нормализация

или

отжиг

с

температуры; применение более энергичной зака¬
лочной среды.
Перегрев связан с нагревом изделия до температуры, значи¬
тельно превышающей необходимую температуру нагрева под
закалку.
Перегрев сопровождается образованием чересчур
крупнозернистой структуры, в результате чего повышается

нормальной

ИЗ

хрупкость стали. Исправление дефекта: отжиг (нормализация)
и
последующая закалка с необходимой температуры.
Пережог имеет место при нагреве стали до весьма высоких
температур, близких к температуре плавления (1200 1300°),
в окислительной атмосфере. В этом случае кислород проникает
и образуются окислы, располагающиеся по гра¬
ницам зерен. Такая сталь обладает хрупкостью и исправить ее
невозможно.

внутрь стали,

Окисление и обезуглероживание стали характеризуются об¬
разованием окалины (окислов) на поверхности деталей и выго¬
ранием углерода в поверхностных слоях. Этот вид брака терми¬
ческой обработкой неисправим. Если позволяет припуск на ме¬
ханическую обработку, окисленный и обезуглероженный слой

удаляют шлифованием. Для предупреждения

нагрев деталей рекомендуется производить
атмосферой.
Коробление
ний.

Во время

и

этого
печах

вида
с

брака

защитной

следствия

трещины

нагрева

в

и охлаждения

напряже¬
внутренних
стали наблюдаются объ¬

от

температуры и структурных
превращений (переход аустенита в мартенсит сопровождается
увеличением объема до 3%). Разновременность превращения по
объему закаливаемой детали вследствие различных ее размеров
емные

и

изменения,

зависящие

охлаждения по сечению ведет к развитию сильных

скоростей

напряжений, которые служат причиной трещин и
в процессе закалки.
деталей
коробления
Образование трещин обычно наблюдается при температурах

внутренних

ниже

75 100°,

значительную

когда мартенситное превращение охватывает
объема стали. Для предупреждения образо¬

часть

трещин при конструировании деталей необходимо избе¬
выступов, заостренных углов, резких переходов от
тонких сечений к толстым; следует
производить замедленное
охлаждение в зоне образования мартенсита (закалка в масле,
в двух средах, ступенчатая закалка). В тех случаях, когда на¬
пряжения не вызывают появления трещин, они могут вызвать
вания

гать

резких

деформацию и коробление деталей. Трещины являются неис¬
правимым браком, коробление же можно устранить последую¬
щей рихтовкой или правкой.
§

Отпуском

называется

31.

Отпуск

операция

стали

термической обработки,

со¬

стоящая в нагреве закаленной стали до температуры ниже кри¬
тической
этой температуре и последующем

Аси выдержке при

медленном

ранение
кости и

144

или

или

быстром

охлаждении.

уменьшение напряжений
понижение твердости.

Отпуск
в

имеет

стали,

целью

уст¬

повышение

вяз¬

Ш

стр.
К

(б).

отпуске
при

побежалсти
цвета
и

(а)

нагрев
при

каления
Цвета
56.

Фиг.

Отпуск является заключительной операцией термической об¬
работки. Правильное выполнение отпуска в значительной сте¬
пени определяет качество готовой закаленной детали.
В зависимости от температуры нагрева различают низкий,
средний и высокий отпуск.
Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150
300°, выдержкой при этой температуре

и последующим охлаж¬
дением на воздухе. Как упоминалось ранее, при выдержке во
время отпуска в указанном интервале температур происходит
превращение мартенсита закалки в мартенсит отпуска, сопро¬
вождающееся частичным снятием внутренних напряжений и
превращением остаточного аустенита в мартенсит отпуска. В ре¬

зультате низкого отпуска сталь сохраняет высокую твердость,
счет
остаточного
а иногда твердость повышается за
распада
Такой
закалочная
отпуск
хрупкость.
аустенита; устраняется
применяется для режущего инструмента и изделий, которым
необходима высокая твердость. Превращение мартенсита за¬
калки в мартенсит отпуска способствует стабилизации размеров
детали, что необходимо для измерительного инструмента, изго¬
товляемого

из

инструментальной

стали.

Этому

инструменту

также дают низкий отпуск.

Средний отпуск производится при температурах 300 500°.
Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается.
Средний отпуск применяют для пружин, рессор, а также ин¬
струмента, который должен иметь значительную прочность и
упругость при средней твердости.
Высокий отпуск происходит при температурах 500 600°; его
основное назначение
получить наибольшую вязкость при до¬
статочных пределах прочности и упругости стали. .Применяется
этот вид отпуска для деталей из конструкционных сталей, под¬
вергающихся действию высоких напряжений, особенно при удар¬
ной нагрузке.
Для деталей различных машин и станков обычно применяют

термическую обработку, состоящую в закалке с последующим
высоким отпуском при температуре, обеспечивающей получение
сорбита отпуска и хорошего сочетания прочностных и пластиче¬
ских свойств. Такая термическая обработка в практике полу¬
чила название «улучшения стали».'
Нагрев при отпуске можно производить в тех же печах, ко¬
торые Црименяют для других видов термической обработки, но
он требует более равномерной
температуры и более точного
контроля.

Во время нагрева стали для отпуска в пределах температур
220 320° на чистой поверхности стали пойвляются характер¬
ные цвета побежалости. Это объясняется возникновением тон¬
чайшей пленки, образуемой соединениями железа с кислородом
145

воздуха. Толщина и цвет этой пленки зависят от температуры
и продолжительности нагрева (фиг. 56). При отсутствии пиро¬
метров по цветам побежалости можно
температуру нагрева при отпуске.

§

32. Особенности

примерно

определить

термической обработки легированной

стали

свойства
легированной стали зависят в
условий термической обработки. Отличие тер¬
обработки легированной стали от обработки угле¬
состоит в выборе
температур и скорости нагрева,

Механические
основном

от

мической

родистой
длительности выдержки при этих температурах и способе
охлаждения. Эти различия объясняются следующими обстоя¬
тельствами.

Теплопроводность легированных сталей меньше теплопровод¬
ности углеродистых сталей. Это необходимо учитывать и осо¬
бенно осторожно нагревать детали из стали, содержащей такие
вольфрам.
Критические температуры у одних легированных сталей
ниже; выбор температур термической обра¬
выше, у других
элементы, как

уже известно, производится в зависимости от содер¬
легирующих элементов. Все легирующие эле¬
менты можно разбить на две группы: элементы,
повышающие
критические точки Ас\ и Лс3, а следовательно, и температуры
нагрева при термической обработке (отжиге, нормализации и
закалке), и элементы, понижающие критические точкц. К пер¬
вой группе относятся Си, V, W, Si, Mo, Ti, Nb и др. В связи с этим

ботки,

как

жания

в

отжиг,

нормализация

ленные

стали

элементы,

рах, чем

отжиг,

и

закалка

производятся

нормализация

Ко второй группе

сталей, содержащих перечис¬

при более высоких температу¬
и закалка углеродистых сталей.

элементов относятся

Помимо критических точек, при

Mn, Ni

и

др.

выборе

температуры терми¬
ческой обработки имеет значение склонность аустенитного зерна
к росту. Если в стали имеется тенденция к росту аустенитного
зерна, то во избежание получения крупнозернистой структуры
температура термической обработки должна быть как можно
ближе к критической точке стали. Однако это затрудняет более
полное растворение легированных карбидов в аустените и полу¬
чение после закалки легированного мартенсита, обладающего
лучшими свойствами.
Все легирующие элементы, за исключением Мп, препят¬
ствуют росту аустенитного зерна при нагреве. Особенно сильное
влияние

на

элементы,

карбиды

уменьшение роста

образующие

в

аустенитного

сталях

зерна

оказывают

карбиды (Сг, Mo, W, V, Ti):

располагаются по границам зерна и затрудняют его
рост при нагреве. Таким образом, легированные стали (за ис¬
ключением марганцовистых сталей) при термической обработке
146

перегреву; нагревать их можно до более высоких
температур, чем углеродистые стали.
Время выдержки устанавливается несколько большее, чем
для углеродистых сталей, так как легированная сталь обладает
худшей теплопроводностью и полный .прогрев изделия требует
большего времени. Кроме того, для получения лучших механи¬
не склонны к

ческих свойств необходима выдержка, чтобы полностью раство¬
рились легированные карбиды в аустените..
Скорость охлаждения при термической обработке устанавли¬
вается в соответствии с
нита

и

величиной

устойчивостью переохлажденного аусте¬
критической скорости закалки. Практически

приводит к тому, что многие легированные стали закали¬
мартенсит в масле, т. е. при меньшей скорости охлаж¬
чем
дения,
углеродистая сталь. У высоколегированных сталей,
это

ваются на

Фиг. 62. Зависимость прокаливаемости
гирующих
/

4

если

от

содержания

в

стали

ле¬

элементов:

2
углеродистые стали;
хромистые стали; 3
хромоникелевые стали;
хромомарганцовокремниевые стали и др. (закаленный слой заштрихован).

они

к

способность

тому
к

же

содержат

большое

количество

углерода,

выражена очень сильно, у низ¬
и
слабее. Это объ¬
малоуглеродистых сталей
колегированных
ясняется большой стойкостью аустенитовых зерен против пре¬
вращения их при температуре Аг{ в зерна перлита.
самозакаливанию

Легированная

обладает большей прокаливаемостью,

сталь

углеродистая. Чем выше степень легированности сталей,
тем более глубокой прокаливаемостью они обладают (фиг. 62).
Присутствие легирующих элементов в стали влияет на усло¬
вия проведения отпуска.
чем

W, Mo, V, Сг способствуют
образованию красностойкого мартенсита. Благодаря этому вы¬

Карбидообразующие

элементы

сохраняется до температур 560 600°,
стали мартенсит начинает распадаться
при температуре 200 240°, что вызывает снижение твердости
стали. Высокая красностойкость- весьма ценное свойство ин¬
сокая

тогда

твердость

как в

стали

углеродистой

стали. Инструмент в процессе резания нагре¬
вается, и, если сталь не красностойка, она теряет твердость и
режущие свойства. Поэтому W, Mo, V и Сг широко исполь¬
зуются в инструментальных сталях. Распад мартенсита в таких

струментальной

147

сталях

при 560 600° сопровождается выделением легированных

замедляющих падение твердости, а иногда даже уве¬
личивающих твердость. Лишь при температурах 650 700°, ко¬

карбидов,
гда

легированные

происходит

карбиды

снижение

сильно

твердости

и

в
размерах,
Увеличенная за
температур 500 600°

увеличиваются
прочности.

карбидов твердость в зоне
вторичной твердостью.
Кроме перечисленных особенностей, при

счет выделения

называется

ной

стали

понижение

шение

отпуске легирован¬

наблюдать явление отпускной хрупкости,

можно

ударной

твердости.

т.

е.

вязкости, происходящее несмотря на умень¬
Полностью избежать отпускной хрупкости

можно путем охлаждения такой стали после отпуска не навоздаже в воде), а также
духе, а в масле (крупных же деталей
или
стали
применением хорошо раскисленной
других марок
стали, содержащих молибден или вольфрам.

Отметим наконец еще одну важную
обработки легированной стали. При

особенность

ской

закалке

термиче¬

большинства

сталей

в части каждого зерна аустенита мартенситного превра¬
щения не происходит, и в структуре стали сохраняется некото¬
рое количество остаточного аустенита. Так как аустенит имеет
220), закаленная сталь обла¬
невысокую твердость (НВ 170
дает несколько меньшей твердостью и пониженной износоустой¬
чивостью. Значительного превращения остаточного аустенита в
-г-

мартенсит отпуском не удается добиться. Исследования, прове¬
денные советскими учеными, показали, что превращения оста¬
точного аустенита в мартенсит можно достигнуть не отпуском,
а охлаждением в зонах

глубокого

холода, т. е. при температуре

минус 70°. После выдержки изделий при низких
температурах в течение 1 2 ч в их структуре происходит
полное превращение остаточного
аустенита в мартенсит, и
твердость, а вместе с ней и износоустойчивость изделий, повы¬
минус

65

*.
Из легированных инструментальных сталей особый интерес
представляют быстрорежущие стали. В результате большого
шаются

заводских работников был уста¬
быстрорежущей стали и разрабо¬
таны условия ее термической обработки. В § 25 на стр. ИЗ дан
состав
применяющихся в настоящее время
быстрорежущих

коллективного труда ученых
новлен оптимальный состав

и

сталей.
В быстрорежущей стали содержится Мп
не свыше 0,06% в сумме.
каждого, a S и Р

Углерод
стали,
сталь

в

быстрорежущей

является

важным

стали, как

элементом,

приобретает способность

под

148

Подробно

об обработке холодом см. стр. 157.

Si

не

более 0,4%

и во всякой
влиянием

закаливаться

дость.
1

и

на

другой
которого

высокую

твер¬

Хром

в

количестве

критическую

скорость

каливающейся»,

т.

е.

около

4%

закдлки,

настолько

что

сталь

сильно

понижает

становится

«самоза¬

воздухе. При содержании
хрома выше нормы резко увеличивается количество остаточ¬
ного аустенита в структуре закаленной стали.
основной легирующий
Вольфрам в быстрорежущей стали
элемент. Благодаря высокому содержанию W закаленная сталь
не теряет режущей
способности при температуре 560 -ь 600°.

Вольфрам

придает

Ванадий

закаливается

на

красностойкость быстрорежущей
сильным карбидообразующим

является

стали.
элементом

и создает

прочные карбиды, которые затрудняют рост зерна при
нагреве под закалку и уменьшают склонность стали к перегре¬
ву. Под влиянием ванадия увеличивается красностойкость бы¬
строрежущей стали и повышается эффект вторичной твердости
при отпуске. Высокопрочные карбиды ванадия, равномерно рас¬
пределенные в структуре быстрорежущей стали, повышают со¬
противление инструмента истираемости и улучшают режущие
свойства стали. Для более полного растворения карбидов в
и

аустените

получения красностойкого мартенсита закалку бы¬
близких к
стали производят при температурах,

строрежущей

температуре плавления (1260 1300°).
Оптимальная температура нагрева под закалку быстрорежу¬
щей стали Р18 для тонких деталей (5 8 мм) 1260°, для де¬
талей толщиной более
10 15 мм 1280°, а для инструментов
простой формы, например резцов 1300°. Для стали Р9 темпера¬
тура нагрева под закалку составляет 1230 1250°.

того,

Ввиду
вается

и

очень

что

быстрорежущая сталь медленно прогре¬
к обезуглероживанию
и
образованию

склонна

трещин, изделия из нее нагревают под закалку до 820 850°
медленно, чтобы не вызвать тепловых напряжений, а выше ука¬
занной температуры
быстро. Окончательный нагрев лучше
всего производить в соляных ваннах, так как при этом можно
избежать обезуглероживания стали.
Выдержка при температуре закалки зависит от сечения ин¬
струмента

и

измеряется долями минуты.

обязательно должна
сталь после закалки
подвергаться отпуску. Многочисленными опытами и заводской
практикой установлены оптимальные температуры отпуска: для
560°.
стали Р18
580°, а для стали Р9
В структуре правильно закаленной и отпущенной быстроре¬
жущей стали содержится от 30 до 40% остаточного аустенита;
твердость такой стали значительно ниже, чем при однородной

Быстрорежущая

мартенситной структуре. Поэтому для наиболее полного превра¬
остаточного
аустенита в мартенсит применяют много¬
кратный отпуск (/, if, III... и т. д., фиг. 63). В последнее время
некоторые заводы применяют ускоренный отпуск быстрорежу¬
щей стали. В результате проведения отпуска твердость HRC
щения

инструмента
ленной

Для

становится на

(неотпущенной)

4 единицы выше твердости зака¬

3

стали.

режущих свойств быстрорежущей стали со¬
готовый инструмент после закалки, обработки холо¬

повышения

вершенно

шлифования и заточки подвергают низкотемпера¬
турному цианированию, что повышает его стойкость на 15
20% и более. Цианирование быстрорежущей стали в любой

дом, отпуска,

цианистой среде производится при температуре

Фиг. 63.

20 25°

на

ниже

График термической обработки быстрорежущей
стали:

/

выделение карбидов из
растворение карбидов в аустените; II
остаточного аустенита; III
мартенситное превращение.

температуры отпуска

Продолжительность

инструмента.

циани¬

рования 10 30 мин, с последующим охлаждением на воздухе.
На некоторых заводах вместо низкотемпературного цианирова¬
ния применяется
обработка инструмента из быстрорежущей

атмосфере водяного пара.
Инструмент, обработанный паром, приобретает

стали в

Fes04

покрывается плотной пленкой магнитной
толщиной около 3 мку которая имеет очень

дость

и

цвет

и

прочное сцепление

темно-синий

окиси

железа

высокую

твер¬

с основным металлом.

Практика показывает, что обработка
рорежущей стали в атмосфере водяного

инструмента
пара

вышает его режущие свойства и улучшает

из

быст¬

значительно

устойчивость

по¬

против

коррозии.

§

83.

Практика термической обработки

некоторых инструментов

и деталей

Рассмотрим

некоторые

ботки инструментов

типовые

деталей.
Термическая обработка сверл

ции!
150

примеры

термической обра¬

и

включает

следующие опера¬

в камерной печи до 550 600° и окончательный
соляной
ванне до температуры закалки (мелкие сверла
нагрев
из стали У10 можно нагревать в соляной ванне без предвари¬
тельного подогрева; сверла особо мелких размеров при нагреве
находятся в вертикальном положении);

1) подогрев
в

2)

для

сверл

больше

диаметром

12

изготовленных

мм,

из

масло, а для сверл
12
мм
У10
или
меньше
из
стали
9ХС, X, ХГ, ХВГ
диаметром
закалка в масле (погружать сверла в закалочную жид¬
и др.
кость необходимо в строго вертикальном положении; вынимать
стали

У10,

закалка

в

воде

с

в

переносом

сверла из масла следует при 150 200°, когда масло дымит
поверхности сверл);
3) отпуск в масляной ванне при температуре 150 200° в
чение 1 2 ч;

4) очистка от масла.
Твердость рабочей части

сверл

после

отпуска

должно

на

те¬

быть

HRC 61 63.
Резцы
стали.

изготовляются

главным

Термическая обработка

их

образом

из

быстрорежущей

состоит

из

ряда

операций.
Вначале резцы медленно нагреваются в печи до 820 850°, окон¬
чательный нагрев до 1230 1300° рекомендуется производить в
соляной ванне. При этом в соляной ванне следует нагревать
только рабочую часть резца (на расстоянии 20 30 мм от режу¬
щей кромки). После нагрева при закалке идет охлаждение в
струе воздуха. Отпуск закаленных резцов (трех¬
кратный) производится при температуре 560 580° (фиг. 63).
Твердость резцов после отпуска должна быть HRC 63 66.
Зубила по условиям работы относятся к ударно-рубящему
инструменту. Зубило должно сохранять твердое режущее лезвие
масле

в

или

при ударах и в то же время быть вязким. Материалом для зу¬
бил служит сталь У8А. Термическая обработка их слагается из

следующих операций:
1) нагревают до закалочной температуры 800 830°;
2) охлаждают рабочую часть зубила до 250°, затем
кают

3)

зубило
после

появления

цвета

побежалости

300°) производят окончательное охлаждение.
Технологический процесс изготовления и

ботки рабочих частей
марок Х12

и

извле¬

из ванны и зачищают лезвие от окалины;

Х12М

штампа

матриц

и

(отпуск

термической обра¬
пуансонов из стали

состоит из следующих основных

1)
2) предварительная

при 250

операций:

отжиг заготовок;

3)

механическая

первая предварительная

закалка

обработка;
в

масле

1000°;
4) первый предварительный высокий отпуск

с

температуры

около

при температуре

630 660°;

5)

окончательная механическая

обработка;
151

6)ступенчатый
чала

до

0,5

мин

на

печах

камерных

выдержкой до полного
с выдержкой при этой

с

грев до 1050 1100°
чета

в

нагрев

600 650°

каждый

мм

толщины

под

закалку:

сна¬

прогрева; затем на-

температуре из рас¬

штампа;

охлаждение

в

(части крупных штампов) или на спокойном воздухе (ча¬
сти мелких штампов);
7) отпуск при температуре 450 550° в течение 2 4 ч;
8) шлифование.
Твердость деталей штампов для холодной штамповки долж¬

масле

на быть в среднем

HRC 52 62.

§ 34. Поверхностная термическая обработка
В современной
ментов требуется,

технике для многих

деталей

стали

машин

и инстру¬
твердость, хо¬
рошо сопротивлялись истиранию и в то же время не были
хрупки, не разрушались от ударных нагрузок. Вид термической
обработки, при котором детали закаливаются только с поверх¬
ности, а сердцевина остается вязкой, называется поверхностной

чтобы

закалкой.
Для поверхностной

они

имели

закалки применяют специальные

нагрева, при которых поверхностные
выше точки

Ас3 чрезвычайно быстро,

и после закалки

высокую

получают

слои

способы

деталей нагреваются

но на

небольшую глубину,

только

поверхностную твердость.
способов нагрева деталей при

Существует несколько
верхностной закалке: нагрев

пламенем

газовой

горелки;

по¬

нагрев

частоты по методу В. П. Вологдина; контакт¬
методу Н. В. Гевелинга; нагрев в электролите.
Поверхностный нагрев пламенем газовой горелки. Поверх¬
ностная закалка стали путем пламенного нагрева заключается
в том, что поверхность детали нагревают пламенем ацетилено¬
кислородной горелки до температуры выше критической точки
Ас3 и быстро охлаждают струей холодной воды (фиг. 64). Та¬
кой метод поверхностной закалки основан на том, что ацетилено-кислородное пламя имеет температуру 3100 3200° и благо¬

токами

ный

высокой'
по

нагрев

даря чрезвычайно большому тепловому напору нагревает по¬
верхность изделия до температуры закалки за очень короткий
промежуток времени, в течение которого нижележащие слои
стали не успевают прогреться до критической точки и потому
не закаливаются. Газовая горелка
движется с определенной

скоростью
За

над

горелкой

с

через которую

поверхностью

той

же

стальной

подается

вода для закалки.

горелки ограничивается определенными
калке на глубину 4 6 мм колеблется

150 мм!мин. Расстояние между
леблется от 5 до 40 мм,

162

детали и

скоростью движется

горелкой

нагревает ее.

закалочная

Скорость

условиями
в

пределах
и

водяным

трубка,

движения
и при за¬

от

50

до

душем

ко¬

Пламенная

образом

для

закалка

поверхностная

поверхностного

упрочения

применяется

крупных

главным

стальных

де¬

талей.

Закалку

цилиндрических деталей можно выполнять на обыч¬
токарном станке, в суппорте которого закреплена кислоЗакаливаемый вал устанавли¬
родно-ацетиленовая
горелка.
в
вается
центрах. Имеются также специальные станки для
закалки коленчатых валов, осей, шестерен и т. д. Способом пла¬
менной закалки можно закаливать все стали, принимающие
ном

закалку, серый перлитный чугун, легированные хромо¬
никелевые,
хромомолибде¬

обычную
новые

чугуны

и

Твердость
пламенем

стальных

колеблется
лей

в

пр.
закаленных

изделий

для разных ста¬

пределах

HRC 52

65.
Металлографическое

ис¬

серого чугуна
пламенной
закалки

следование

после

также
показывает
удовле¬
мелкоиголь¬
творительную
чатую мартенситную струк¬
туру и твердость до 49 HRC
закалки
при температуре
820 850°. Легированные чу¬

гуны имеют
HRC 48.

твердость

Фиг. 64.
при

Схема

нагреве

до

поверхностной

закалки

ацетиленокислородным
менем.

пла¬

слоя может быть различна. Она зави¬
движения
горелки, расхода газа, расстояния
скорости
между наконечником горелки и закаливаемой поверхностью,
расстояния между пламенем и охлаждающей струей, а также
от химического состава стали, и может достигать 3 8 мм.
Положительные стороны метода поверхностной закалки при

Глубина

сит

закаленного

от

нагреве ацетилено-кислородным пламенем
вания и несложность технологии.

простота
такой

Операцию

можно

включить

удешевит

в

поток

закалки

производства, что значительно
обработки крупных изделий.

термической
ацетилено-кислородной

стоимость

Недостатком

общий

оборудо¬

закалки

бежность перегрева поверхности закаленного
получения точно заданной глубины закалки.

является

слоя

и

неиз¬

трудность

Поверхностная закалка при контактном нагреве. Этот метод,
предложенный Н. В. Гевелингом в 1931 г., заключается в том,
что ток из сети через понижающий трансформатор подводится
к медным роликам (фиг. 65), которые перекатываются по по¬
верхности изделия и нагревают его. Изделие при этом служит
в
включенным
бы
как
цепь.
Вслед за
сопротивлением,
153

роликами движется душевое устройство; в качестве охлаждаю¬
щей жидкости обычно применяется вода. Для контактного на¬
грева поверхности
ния роликов 5

2 6 в,

ние

по

этому

методу

используются

мощностью от 25 до 200 кет.

трансформаторы

мм/сек при глубине

8

плотность тока

350 550

закалки

а

на

1

сварочные

Скорость

движе¬

2 Змм, напряже¬

мм ширины

ролика

шириной 10 100 мм). Ролики прижи¬
маются к нагреваемой поверхности с силой 10 15 кГ на 1 мм
ширины ролика. При необходимости увеличить глубину закалки
уменьшают скорость движения роликов. Существует два спо¬

(ролики

применяют

соба контактной электрозакалки: закалка широким роликом по
всей
обрабаты¬
ширине

ваемой поверхности и лен¬
точная термическая обра¬
ботка. Закалка по всей

ширине
осуществляется
медным роликом шириной

75 100
зом

мм; таким

закаливаются

обра¬
стыки

рельсов, бандажи парово¬
шейки
коленчатых
зов,
валов,
направляющие
станин станков и т. п. Лен¬
точная
няется

Фиг. 65. Схема контактной
тоду

1

Н.

закалки

по

ме¬

В. Гевелинга:

сварочный трансформатор; 2
лик; 3

контактный ро¬

изделие.

ских

закалка
для

поверхностей

тельной

длины.

контактной
с

сравнению

закалки

имеет

значительно

меньшую

значи*

Метод

закалки

дукционной
тотной

приме¬
цилиндриче¬

методом

по
ин¬

высокочас¬

производитель¬

многие фасонные изделия (например, шестер¬
конфигурации не могут быть закалены этим методом.
Поверхностная закалка токами высокой частоты (т. в. ч.).
Такая закалка дает возможность в короткое время получить на

ность; кроме того,

ни)

по

своей

изделии хорошо сопротивляющийся износу поверхностный слой
при мягкой и вязкой сердцевине. Этот эффективный метод, по¬
лучивший широкое распространение в нашей промышленности,
разработан в 1935 г. В. П. Вологдиным. По разнообразию за¬
каливаемых

изделий

и

глубине теоретической разработки

ме¬

страна опередила все другие страны. При закалке
токами высокой частоты нагреваемое изделие помещают внутрь
медной спирали, по которой пропускается высокочастотный ток
большой силы и низкого напряжения. Этот ток создает вокруг
тода

наша

сильное переменное магнитное поле, поэтому в сталь¬
ном изделии, находящемся в магнитном поле спирали, индукти¬

спирали

руются (возникают) вторичные короткозамкнутые,
154

так называе-

мые

Вследствие поверхностного эффекта индук¬

токи.

вихревые

вихревые токи сосредоточены только на поверхности
изделия и нагревают его на определенную глубину. Чтобы спи¬

ционные

из
делают
медной
Такие
спирали назы¬
трубки, через которую пропускают воду.
тока

первичного

раль

ваются

участков

дельных
д.,

в

тока).
(фиг. 66) или

вторичного

иметь несколько витков

индукторы

зависимости

При достаточной
количество

за

ее

охватывающий нагреваемое изделие;

виток,

т.

нагревалась,

(возбудителями

индукторами

Индукторы могут

и

не

3 5

верхностный

в

при

виде

петель,

от¬

рамок

конфигурации закаливаемого изделия.
индуктируемый ток выделяет такое

силе тока

которое

тепла,

сек

от

делают

один

закалке

нагревает

по¬

до зака¬

слой

лочной

температуры.
следующая
зависимость между глуби¬
ной нагреваемого слоя 6 и
частотой тока 1 гц в сек:

Существует

Для

ч.
и

генераторы.

большую

имеют

т.

Ма¬
генераторы обычно

ламповые
шинные

в.

машинные

получения

применяются

(100 500 кет).

мощность

Такие

Фиг. 66. Многовитковый индуктор.

гене¬

раторы создают ток с ча¬
стотой от 500 до 15 000 гц и,
закалке

крупных

шую мощность

как правило, используются при
деталей. Ламповые генераторы имеют мень¬

и дают ток

частотой

100 000 гц. Такие

свыше

нераторы применяются в основном при закалке
для получения сравнительно тонких закаленных

мелких
слоев.

ге¬

деталей

На прак¬

тике чаще всего используются следующие частоты:

1) для деталей диаметром менее 30 мм при толщине зака¬
ток частотой 300 000 гц с питанием от
ленного слоя до 2 мм
лампового

2)

генератора;

деталей диаметром 150 500

для

ленного слоя выше 2
машинного

3)

для

каленного

мм

ток

мм при толщине зака¬
частотой 2000 гц с питанием от

генератора;

деталей диаметром больше 200
слоя

с питанием от

выше

10 15

промышленной

мм

мм

обычный

при толщине за¬
частотой 50 гц

ток

сети.

В бoльшинcfвe случаев при закалке на глубину слоя 1 мм
деталь перемещают со скоростью 8 10 мм!сек; на глубину
со скоростью 4 5 мм/сек и т. д.
слоя в 2 мм
155

Скорость и температура нагрева зависят также от зазора
между индуктором и нагреваемой деталью: чем меньше этот
тем быстрее деталь нагревается до заданной темпера¬
туры. На практике зазор между индуктором и нагреваемой де¬
талью колеблется в пределах от 2 до 5 мм.

зазор,

в настоящее время методы высокочастотной
разделить на три группы:
одновременные нагрев и закалка всей детали;

Применяемые
закалки

можно

1)
2) -непрерывно-последовательная

закалка
когда
нагреву
подвергается небольшой участок детали, причем индуктор или
деталь перемещается с заданной скоростью; этот метод приме¬
няется для длинных деталей (валы, трубы и др.);

3)

последовательная

закалка,

которой

при

нагрев

производятся отдельными участками; этим
пример, закаливают шейки коленчатых валов.

калка

Для уменьшения внутренних напряжений

и

методом,

за¬

на¬

во многих

детали

подвергают
низкому отпуску в
случаях сразу
масляной ванне или в печи при температуре 150 250°, в зави¬
после

симости

1 3

от

марки

закалки

стали

детали.

Время

выдержки при отпуске

ч.

Индукционный

способ

обладает следующими

закалки

цен¬

ными преимуществами:

а)
метра
чается

можно закаливать

до 8

10 мм,

слой

причем

глубиной

структура

от

сотых

долей

закаленного

милли¬

слоя

полу¬

мелкозернистой;

б) имеется полная возможность регулировать время нагре¬
ва, толщину закаленного слоя и температуру нагрева для дета¬
лей любой конфигурации;
в) возможна автоматизация процесса;
г) малое время нагрева обеспечивает очень большую произ¬
водительность, подобную которой не дает никакой другой ме¬
тод;

д) отсутствует окисление поверхности ввиду небольшой про¬
должительности нагрева, и т. д.
Способ индукционного нагрева т. в. ч. нашел широкое при¬
менение в промышленности СССР. В автотракторной промыш¬
ленности

он

используется,

например,

для

закалки

коленчатых

кулачковых валиков, шестерен и многих других деталей;
станкостроении этим методом закаливают шестерни, валики,

валов,
в

рейки, планки, направляющие станин и др.; в инструмен¬
тальном производстве
метчики, плашки, калибры и др.
оси,

Поверхностная

закалка при нагреве в электролите.

Этот

спо¬

осуществлен И. 3. Ясного¬
родским; он заключается в том, что изделие погружают в ванну
с электролитом
(например, 5-процентным раствором Na2C03),
через который пропускается постоянный ток напряжением 220
380 в. Ванна служит анодом, а деталь
катодом, вокруг ко-

соб

156

закалки

(фиг. 67)

предложен

и

торого образуется плотный слой водорода с очень высоким со¬
противлением, вследствие чего водородная рубашка быстро на¬
гревается до температуры 1800 2000° и в течение нескольких
секунд нагревает поверхность детали до температуры выше

Ас3. Нагретую

точки

деталь закаливают в том

после выключения тока или

сбрасывают

в

же электролите

закалочный бак.

К числу достоинств закалки в электролите относятся воз¬
нагрева отдельных участков и торцов детали, про¬
стота установки и возможность автоматизации процесса. Недо¬
статки этого метода
трудность регулирования температуры
нагреваемой поверхности,
ассорти¬
ограниченный
мент
поддаю¬
деталей,
щихся закалке в электро¬
можность

и
необходимость
предохранения от корро¬

лите,
зии.

Термообработка

при

темпера¬
отрицательных
турах. Сущность данного

(называемого
обработкой холо¬

метода
иначе

дом)
ном

в

заключается

полнительном,

в

превращении

тенсит остаточного

закаленной

нита

до¬

более пол¬

мар¬
аусте¬
Фиг. 67. Схема нагрева

стали.

Метод разработан

совет¬

3

учеными А. П.

Гу¬
ляевым, С. С. Штейнбергом и др. Обработка холодом
скими

жащих не

туре

менее

которых

чество

0,6% С,

после

остаточного

Обработка

и

в

электролит; 2
нагреваемая
водородная оболочка; 4

1

применяется

для

электролите:

деталь
источник

пагод;
тоьа.

сталей, содер¬

легированных сталей, в струк¬
сохраняется значительное коли¬

для

закалки

аустенита.

холодом состоит в том, что закаливаемая деталь

некоторое время погружается в среду, имеющую темпера¬
туру ниже нуля. После этого изделия извлекают на воздух. Вы¬

на

при обработке холодом определяют временем, необхо¬
димым для полного охлаждения всего изделия и выравнивания
температур по сечению. Охлаждение изделия до отрицательных
держку

температур производят в смеси твердой углекислоты (сухой лед
со спиртом, дающий охлаждение до
78°) либо в жидком азоте

( 196°). Кроме того, применяют холодильные установки, позво¬
ляющие изменять температуру рабочей камеры в больших пре¬
делах. В результате
остаточного

обработки

аустенита

носоустойчивость

и

в

холодом

мартенсит

за

счет

повышаются

превращения
из¬

твердость,

стабилизируются размеры деталей.
167

Обработка
ментальном
мента,
чения

в

холодом наиболее широко применяется в инстру¬
повышения
стойкости
инстру¬

производстве для

шарикоподшипниковой

стабилизации

промышленности

шарикоподшипников

и

для

для

увели¬

улучшения

износоустойчивости цементированных деталей.
§ 35. Химико-термическая обработка

Химико-термической обработкой
ния

химического

структуры

состава,

стали

называют
и

процесс

свойств

измене¬

поверхностных

слоев металла.

Такая обработка

применима

к

деталям,

от

которых тре¬

износоустойчивой поверхности при
сохранении вязкой и достаточно прочной сердцевины, высокой
коррозионной .стойкости, высокого сопротивления усталости

буется

наличие

твердой

и

и т. д.

Химико-термическая обработка стали основана на диффузии
(проникновении) в атомно-кристаллическую решетку железа
атомов

различных химических элементов при нагреве стальных
в среде, богатой этими элементами.
Наиболее распространенными видами химико-термической

деталей

обработки

стали

являются:

цементация

насыщение

поверх¬

деталей углеродом; азотирование
насыщение
одно¬
поверхности стальных деталей азотом;
цианирование
временное насыщение поверхности стальных деталей углеродом
ности стальных

и азотом.

Кроме

этих

основных

видов

химико-термической обработки,

в промышленности применяется также поверхностное насыще¬
ние стали металлами: алюминием, хромом, кремнием и др.

Про¬

цесс этот

называется

диффузионной металлизацией

стали.

Цементация. Цементация
процесс поверхностного насыще¬
ния стальных деталей углеродом. Цель цементации
получить
детали с вязкой сердцевиной и твердой поверхностью. Такие
во время работы не разрушаются от ударов и хорошо
сопротивляются истиранию. Цементации подвергают детали
из углеродистой и легированной стали с содержанием углерода
0,1 0,25%. Богатые углеродом смеси, применяемые для цемен¬
тации
могут быть твердыми, жидкими и
карбюризаторы

детали

газообразными.
Основной

составляющей твердого карбюризатора является
уголь (березовый, дубовый и др.), который приме¬
няют в виде зерен размером 3 7 мм. Кроме угля, в состав кар¬
бюризатора вводятся различные добавки: соли углекислого ба¬
рия ВаСОз, углекислого натрия Ыа2СОз, а также кокс, мазут,
патока и пр. Добавка мазута и патоки улучшает связь углекис¬
лого бария и натрия с углем; добавка кокса уменьшает усадку
карбюризатора, что имеет большое значение при цементации на

древесный

158

большую глубину. Состав стандартного карбюризатора (ГОСТ
2407 51) колеблется в пределах: 20 25% ВаС03, 3 5%
СаСОз, остальное
березовый активированный уголь.
Цементация производится путем нагрева деталей, упакован¬
(фиг. 68), вместе с карбюризатором. На
практике температуру цементации принимают на 30 50° выше
ных в железные ящики

Acs. Температура

точки

раза

сократить

ческих

свойств

только

к

до 950 1000° позволяет

стали.

почти

в

два

процесса-без

длительность

Однако

это

ухудшения механи¬
рекомендуется применять

наследственно

мелкозернистой
избежание
роста зерна.

стали

во

чрезмерного

При

этом на¬

стали

углеродом
непо¬
происходит путем
средственного
соприкос¬
новения
частиц
угля с
стальных
поверхностью
деталей в газовой среде,
которая служит передат¬
В
чиком углерода.
це¬
ментационном ящике ме¬
сыщение

жду кусочками угля и в
порах угля всегда имеет¬
ся некоторое
количество

Фиг. 68. Схема цементного
лиями.

высокой

воздуха, кислород которого при
рует с углем и создает газовую

2С +

Оа

фазу

=

ящика

с изде¬

температуре реаги¬
углерода:

окись

2СО.

Окись углерода при контакте с железом оказывается не¬
и разлагается на двуокись и атомарный углерод

устойчивой

2СО

=

Атомарный углерод (Сат)
большой химической

С02 -f- Сат.
в

момент

зарождения обладает

диффундирует в у'Железо.
При правильном подборе карбюризатора содержание углерода
в поверхностном слое не превышает 1,0 1,10%, что можно счи¬
активностью

и

нормальным. Продолжительность цементации зависит от
глубины науглероживания и марки стали и колеблется в преде¬

тать

лах от 5 до 15 и более часов. Для осуществления процесса мо¬
камерные,
гут быть использованы самые разнообразные печи
непрерывного действия, с вращающейся ретортой, обогревае¬

мазутом, газом или электрические.
Жидкостной цементации подвергают мелкие изделия; их по¬
гружают в расплавленные соляные ванны, состоящие из 75
85% Na2C03 (сода), 10 15% NaCl (поваренная соль) и 6
мые

10% SiC (карбид кремния). Насыщение

стали углеродом

при
159

цементации

в

расплавленной

поваренной

смеси

соли

добавкой порошка карбида кремния происходит
ления
по

за

и

соды

счет

с

выде¬

атомарного углерода при разложении карбида кремния

следующей реакции:
2ЫазСОз | SiC

=

Na2Si03 j- NagO j- 2СО -J- Сamt
Шлак

В результате реакции шлак всплывает на поверхность, СО
сгорает, а Сат науглероживает сталь. Процесс ведется при тем¬
пературе

815 860°

в

зависимости

от

марки

цементируемой

Поверхностная твердость цементируемых деталей после
их закалки доходит до HRC 56 62. Для получения науглероженного слоя 0,20 0,25 мм требуется выдержка 50 60 мин.

стали.

Деформация деталей при жидкостной

цементации

значительно

меньше, чем при цементации твердым

цементации

виду
менно

на

карбюризатором. Такому
детали, работающие одновре¬

подвергают

истирание,

удар

или

изгиб

такие,

например,

как

зубья

шестерен, поршневые пальцы и т. д.
Газовая цементация в окиси углерода СО впервые была
применена П. П. Аносовым. Сущность газовой цементации со¬
стоит в том,

что цементируемые изделия нагревают и выдержи¬
при температуре 920 950° в печи, куда в течение всего
процесса непрерывно подается цементирующий газ. Для этой
вают

цели

щий

природный

используют
в

основном

из

метана

(типа саратовского),

газ

СН4,

или

состоя¬

искусственные газы, полу¬

чаемые

в результате разложения (пиролиза) нефтепродуктов
керосина, различных масел, бензола, пиробензола и др. Основ¬
ной составляющей искусственных газов также является ме¬

сн4.
Детали загружают

тан

в муфельные печи, в которые вводят це¬
ментирующие газы. В ходе процесса протекают две реакции

С + 2Н2 и сопутствующая: 2СО
С + СОг.
Активный атомарный углерод, образующийся в результате раз¬
ложения метана и окиси углерода, проникает в решетку у-же'. При газовой
леза, науглероживая поверхностные слои
основная:

CH4

=

=

-

в 2
сокращается
процесса
продолжительность
слоя
цементованного
для
Так,
глубиной
получения

цементации

2,5 раза.
1,0 1,2

мм
требуется затратить 4 5 ч. Кроме того, газо¬
вая цементация создает ряд других преимуществ: возможность
регулировать процесс за счет изменения количества и химиче¬

ского состава подаваемого газа; отсутствие громоздкого обору¬
и угольной пыли; возможность производить закалку

дования

непосредственно

из

экономичен. Расход
газа

и

от

газа

мм

Процесс
для

газовой

цементации

цементации
зависит

от

более

состава

печи. В среднем при глубине цемента¬
расход светильного газа составляет 80 л на 1 кг

используемой

ции 1,0 1,2
160

печи.

деталей; расход природного газа при той же глубине це¬
30 л на 1 кг веса деталей.
Один из видов цементации
скоростная газовая цемента¬

веса

ментации

температуры цементации на 80 110° выше
насыщения стали углеродом возрастает в
3 4 раза. Но такая высокая температура цементации приводит
к росту зерна как в сердцевине изделий, так и в цементованном

При доведении
Ас3 скорость

ция.

точки

что

слое,

снижает

механические

свойства

стали.

Кроме

того,

при очень высокой температуре цементации вследствие недоста¬
точной жаростойкости печной арматуры, муфелей и цемента¬
ящиков срок их
службы значительно сокращаетсяМосковского
автозавода
последнее
металлургами
время
им. Лихачева
(А. Д. Ассонов и др.) разработан и внедрен в
производство способ скоростной высокотемпературной газовой
ционных

В

частоты.,
токами
высокой
нагреве
шестерен при
цементации шестерен из* стали 18ХГТ или ЗОХГТ про¬

цементации

Процесс

текает при температуре

1050 1070°,

науглероженный слой

что

дает

возможность

по¬

40 50 мин
лучить
В уста¬
вместо 7 8 н, как при обычной газовой цементации.
новке
для
скоростной газовой цементации шестерен приме¬
няется частота тока 2000 гц и мощность 60 кет. Внутри муфеля
автоматической установки помещается стопка из 20 шестерен.,

Через

каждые 2

стерня,

а

ментацию;

сверху

1

глубиной

3 мин снизу в

муфель

выталкивается

шестерня,

она охлаждается

мм

за

вталкивается одна
уже

прошедшая

900°, погружается

до

в масло и поднимается из него вверх

для

ше¬
це¬

закалки

конвейером. Процесс

ско¬

ростной газовой цементации при индукционном высокочастот¬
ном нагреве позволяет создавать поточные линии при массовом
деталей.
Азотирование. Азотированием

производстве

ния

поверхности

стали

азотом

с

называется
целью

процесс

повышения

насыще¬

твердости,

износоустойчивости поверхности, усталостной

прочности и кор¬
стойкости
Основоположником
деталей.
азотирования
розионной
стали является русский ученый проф. Н. П. Чижевский, кото¬
рый впервые исследовал и применил этот процесс. Для азоти¬
аммиак NH3. Сущность азотирования за¬
рования испольг\
ключается в том, что аммиак при температуре 500 750° разла¬
гается на азот и водород, и активные атомы азота (атомарный
азот), диффундируя в поверхностный слой, сообщают поверх¬
ности стали большую твердость, не влияя на механические свой¬
ства сердцевины деталей. В промышленности для изготовления
подлежащих азотированию, в настоящее время широко
применяется сталь марки 38ХМЮА или заменитель этой стали
38ХВФЮ. После окончательной механической обработки дета¬

деталей,

ли подвергают закалке от температуры 950° с охлаждением
воде или -в масле и отпуску при 600° также с охлаждением
воде
6

или

в

Технология

масле.
металлов

Затем

детали

азотируют;

в
в

продолжитель-

161

ность

азотирования колеблется

зависимости

требуемой

от

12 до 60

от

толщины

и

даже

азотированного

до

90

слоя

ч

и

в

от

характера процесса.

Длительность выдержки деталей

в

потоке

аммиака

в

печи

В среднем

при 500°
азот за каждые 10 ч диффундирует на глубину 0,1 мм. На прак¬
тике для сокращения времени азотирования процесс ведут пу¬
тем ступенчатого нагрева: вначале в течение 12 15 ч при тем¬
пературе 500 520°; затем температуру поднимают до 550 600°
и дают выдержку в 15 20 ч. При таком режиме длительность
влияет

азотированного слоя.

глубину

на

процесса удается сократить в 2,0 2,5 раза. В результате азо¬
тирования твердость стали достигает 1000 1100 НВ; последую¬
щей термической обработки не требуется.
Азотирование углеродистой конструкционной стали произ¬
водится лишь с целью повышения коррозионной стойкости.

Антикоррозионное

азотирование осуществляют при температуре
0,5 2 ч. За это время на деталях обра¬
зуется защитный слой толщиной 0,03 0,05 мм, обладающий хо¬
рошей устойчивостью против коррозии. Азотированные детали
600 650°

покрыты

в

течение

матово-серебристым

деталей окрашена

в цвета

налетом,

побежалости,

иногда же

поверхность
возникающие в резуль¬

тате подсоса воздуха.

Азотирование
оно

дает

чивает

имеет

более

высокую

преимуществ перед цементацией:
размеров деталей, обеспе¬
твердость и износоустойчивость (при

ряд

незначительное

изменение

нагреве азотированных деталей до температуры 500 550° их
твердость не снижается); сообщает деталям хорошую сопротив¬
действию

ляемость

выносливости.

переменных

Существенный

нагрузок

недостаток

и

высокий предел

азотирования

дли¬

тельность процесса.

Азотирование
высокого

применяют

качества

в

машиностроении для получения

дизельной аппаратуры, измерительного

зубчатых колес и
Цианирование. Процесс

струмента,

ин¬

др.

представляет собой, одновременное
насыщение поверхности стали углеродом и азотом для прида¬
ния ей высокой твердости, сопротивляемости истиранию и кор¬
розионной стойкости.

Одновременное

присутствие в среде углерода и азота уско¬
совместную диффузию в поверхностные слои стали. Та¬
ряет
кими средами могут быть расплавленные цианистые соли
(жид¬
их

цианирование), науглероживающие и азотирующие газы
цианирование), твердые порошки и пасты (твердое
цианирование). Цианированию подвергают углеродистые и ле¬
костное

(газовое

гированные стали.

Существует

два вида цианирования:

низкотемпературное.
162

высокотемпературное и

Высокотемпературное

цианирование применяют для деталей
стали с содержанием углерода
0,3 0,4% с целью получения твердого, хорошо сопротивляю¬
щегося истиранию поверхностного слоя и вязкой сердцевины.
Такое цианирование проводится при температурах 780 930°, т. е.

углеродистой

из

и

легированной

точки Асъ> когда
преобладает процесс

сталь

выше

и

находится

насыщения

в

состоянии

аустенита

углеродом. Этот вид циа¬
автомобильных заводах для

ее

нирования широко применяется на
шестерен и различных мелких деталей.

Низкотемпературное цианирование применяется
мента из

быстрорежущей

500 600°,
сыщения

т.

е.

стали

ниже

стали

проводится при температурах
Ась когда преобладает процесс на¬
последующим медленным охлажде¬

точки

азотом,

для инстру¬

и

с

нием

цианированного инструмента.
Жидкое цианирование производится путем нагрева деталей
в течение 10 60 мин в цианистой ванне из смеси расплавлен¬
ных солей (25% NaCN, 60% NaCl и 15% Na2C03) при 820 850°.
Цианистые соли натрия NaCN при химическом взаимодействии
с поваренной солью NaCl и содой NaC03 разлагаются с выделе¬

(атомарных) углерода и азота, которые диффун¬
на глубину от 0,1 до 0,3 мм. Твердость поверх¬
закаленной цианированной стали, отпущенной при 200°,

активных

нием

дируют
ности

в

сталь

колеблется

в

пределах HRC 48 53.

Содержание углерода в поверхности колеблется
0,7%, содержание азота достигает 0,6 0,8%.
Цианирование
ков;

к

ним

в

расплавленных

относятся

высокая

солях

стоимость

имеет

от

0,5

до

ряд недостат¬

цианистых

солей,

ток¬

затруднительность автоматизации процесса.
В последнее время на заводах вводится новый процесс циа¬
нирования газовое цианирование, или нитроцементация. Га¬
зовое цианирование занимает промежуточное положение между
газовой цементацией и азотированием и поэтому иногда назы¬
сичность,

нитроцементацией.

вается

газовом
цианировании детали нагреваются в смеси
содержащих углерод и азот. Для этой цели используют

При
газов,

смесь окиси углерода

СО и

аммиака

взаимодействии образуются активный

NH3. При

их

(атомарный)

химическом

углерод

и

В последнее время газовое цианирование (нитроцемента¬
цию) производят в печах, оборудованных для газовой цемента¬
ции, путем введения в рабочее пространство этих печей бензола

азот.

пиробензола.
Высокотемпературное

или

газовое

цианирование выполняется
цианирование в расплав¬
ленных солях. Цианирование при температурах 500 600° с по¬
следующим медленным охлаждением применяется взамен азо¬
тирования. Выдержка при цианировании длится от 0,5 до 3 ч.
Цианированные инструменты приобретают темно-серый матовый
при

температуре 830 860°

б*

и

заменяет

163

Цианированная

цвет.

твердость
ставляет

поверхность

очень

получает

высокую

HRC 67-т-70. Толщина цианированного слоя со¬
0,03 0,06 мм. При правильном технологическом про¬
до

цессе цианирования стойкость инструмента повышается на 140
170%. На автотракторных заводах почти весь режущий инстру¬
мент цианируется.
Твердое цианирование конструкционной и инструментальной
стали можно производить в твердых средах или с помощью
паст. Для конструкционной стали наиболее продуктивно циани¬
рование пастами. Эффективный и простой состав пасты: 55%
стандартного карбюризатора для цементации; 24% поташа и

11% желтой кровяной

соли

(синькали),

замешиваемых на жид¬

ком стекле.

Технология
слоя

пасты

дывают

в

ящики

По

900 930°.

состоит

цианирования

толщиной 3 4
с

песком

мм.
и

достижении

в

нанесении

на

изделия

После просушки изделия укла¬

с температурой
требуемой глубины цианирования
в

помещают

печь

осуществляют закалку. При цианировании пастами может быть
получена глубина слоя 0,7 1,2 мм за 1,5 2,5 ч. Смесь для низ¬
котемпературного цианирования закаленных инструментов из
быстрорежущей стали состоит из древесного угля или готового

карбюризатора
состав

той

добавкой желтой кровяной

цианизатора: 60 80% древеснрго угля

кровяной
Ящик

соли.
и

Примерный

20 40%

жел¬

соли.

инструментом, упакованный в смесь, нагревается до
выдерживается при этой температуре от 3 до 6 ч,
зависимости от размеров ящика и инструмента. Глубина циа¬

540 560°
в

с

с

и

нированного слоя составляет

0,03 0,04

мм.

ли в твердых цианизаторах применяется

Цианирование
образом

ста¬

главным

при
ремонте деталей: кулачков, втулок и др.
Операция эта производится обычно кустарным способом.
Диффузионная металлизация. Кроме указанных процессов
насыщения поверхности стали углеродом и азотом, широко при¬
меняется насыщение стали алюминием, хромом, кремнием и др.
Этот процесс применяется главным образом с целью получения
стальных деталей, устойчивых против разъедания щелочами и
кислотами, а также с целью повышения устойчивости стали про¬
тив окисления горячими печными газами, т. е. против окалиновосстановительном

образования.

Алитированием
стальных

и

называется

чугунных деталей

процесс насыщения поверхности
алюминием

с целью повышения

жаростойкости. Алитированию подвергаются главным обра¬
зом
малоуглеродистые стали. Процесс алитирования может
происходить в твердой, жидкой и газообразной средах. Наибо¬
лее распространен способ алитирования в твердой среде. Дета¬
их

ли,

подлежащие

ящики

1£4

со

алитированию, укладываются в железные
смесью, состоящей из 49% порошка алюминия, 49%

окиси

алюминия

и

2% хлористого

аммония.

Укладка деталей

в

при цементации в твердом
карбюризаторе. Ящики плотно закрывают крышками, обмазы¬
вают огнеупорной глиной,
погружают в печь и нагревают в те¬
чение 5 10 ч при
температуре от 900 до 1100°. За это время
при указанной температуре образуется алитированный слой
ящики

так

производится

глубиной 0,3 1,0 мм.
Порошок алюминия
стали

же,

в

окись

как

является

ящике

алюминия

источником

питания

предотвраще¬
ния сплавления и спекания алюминиевого порошка, а хлори¬
стый аммоний служит передатчиком алюминия на поверхности
алитируемых деталей по следующей реакции:
алюминием,

3NH4C1 + А1

=

вводится

для

А1С13 + ЗН +.6Н2.

Треххлористый алюминий на поверхности стальных деталей
взаимодействует с железом, при этом выделяется атомарный
алюминий:
3FeCl + Al.
AlCl + 3Fe
=

в

железо

Хлорное

алюминий,

отлагаясь
в

фундирует

глубь

виде
на

газа уходит
поверхности

из

ящика,

стальных

а

атомарный

деталей, диф¬

образуя алитированный слой. После
подвергаются диффузионному отжигу
1000° с выдержкой 4 6 ч. В результате

металла,

детали

алитирования
при температуре около
отжига содержание алюминия в поверхностном слое снижается,
что уменьшает хрупкость алитированного слоя.
При алитировании в жидкой среде в стальном тигле рас¬
плавляют алюминий, насыщенный 6 8% железа, и в него по¬
гружают детали.

750 800°

получение

в

Алитирование

течение

50 90

мин.

производится при температуре
Такая выдержка обеспечивает

глубиной 0,2 0,35

слоя

мм.

алитировании изделие вместе с порошком фер¬
При
в реторту и пропускают хлористый во¬
погружают
роалюминия
дород. После обменных реакций, протекающих при температуре
850 1000°, атомарный алюминий диффундирует в поверхност¬
газовом

ные слои деталей.

алитирования длится обычно не более 4 ч.
получить алитированный слой глубиной
время
0,4 мм. После окончания процесса как жидкого, так и газового
алитирования рекомендуется производить диффузионный отжиг.
Диффузионным хромированием называют процесс насыще¬
ния поверхности стали хромом с целью получения твердого по¬
верхностного слоя, хорошо сопротивляющегося истиранию, а
также повышения жаростойкости и стойкости против коррозии.
Хромирование может производиться в твердых, газовых и жид¬

Процесс

За

ких

это

газового

можно

средах.
165

хромировании в твердой среде детали укладывают в
цементирующим порошком, состоящим из 60 65% ме¬
таллического хрома или феррохрома, 30 35% глинозема и 5%
хлористого аммония или соляной кислоты. Процесс ведут прй
температуре 1000 1150° в течение 7 12 ч. При хромировании

При

ящик

с

низкоуглеродистой стали на поверхности деталей за это время
образуется хромированный слой толщиной 0,1 0,25 мм.
При хромировании в жидких средах используют смесь фер¬
рохрома с хлористым хромом. Процесс ведется при температуре
980 1000°.

При
ляются

хромировании в газообразной среде цементатором яв¬
хром и феррохром, над которыми пропускают хлор или

хлористый водород.
В малоуглеродистых
В

высокоуглеродистых

хром растворяется в а-железе.
хром образует карбиды. Твер¬

сталях
сталях

стали составляет HV
HV
1150 1200.
260 280, твердость высокоуглеродистой
Хромированию подвергают различные детали и инструменты,

малоуглеродистой хромированной

дость

от

которых требуются высокая
стойкость и жаростойкость,

ная

компрессоров и т.
сталей составляет 800 850°.
клапаны

д.

износоустойчивость, коррозион¬
такие, как сверла, калибры,
Жаростойкость хромированных

Силицированием

называют процесс поверхностного насыще¬
кремнием с целью повышения кислотоупорности, со¬
противления износу и жаростойкости деталей. Силицирование
проводят в твердом, жидком и газообразном цементаторе.
Для твердого силицирования используют смесь ферросили¬
стали

ния

Для ускорения процесса добавляют хлористый
алюминий. Процесс ведут при 1100 1200°. При выдержке
4 10 ч образуется силицированный слой глубиной 0,2 0,7 мм.
ция с шамотом.

При

жидком

бавкой

силицировании

используют

хлористые

соли

с

до¬

ведут при 950 1000°.
имеет наибольшее промышленное

ферросилиция. Процесс

Газовое
значение;

силицирование
проводят аналогично алитированию,

его

с использова¬

идет более интенсивно, чем в пре¬
дыдущих случаях. После выдержки при 1050° в течение 2 ч по¬
лучают слой толщиной 1,0 мм, насыщенный кремнием.
нием

форросилиция. Процесс

особенностью силицированного слоя является
пористость. Если проварить деталь в масле при темпера¬
туре 150 200°, масло, впитываясь в поры, способствует самосмазыванию детали,
повышая ее
стойкость при работе на ис¬

Характерной

его

тирание. Жаростойкость силицированных деталей не превышает
800 850°.
В последние годы разработаны новые процессы повышения

износоустойчивости

стальных

деталей,

которые

называются

сульфидированием и сульфоцианированием. Сущность сульфидирования заключается в насыщении поверхности стальных де166

талей

серой

с

ные

детали

их нагрева в рас¬
температуре 550 600°
В результате поверхность деталей

2 3

в течение

мм

солях

серноазотистых

выдержкой

насыщается

глубину 0,2 0,3

на

плавленных

ч.

серой до 0,5% и
хорошо работают

путем

при

азотом до

износоустойчивость деталей

следованиям

1,0%. Сульфидирован-

трение. По лабораторным

на

после

ис¬

сульфидирова-

2 3 раза.
Сульфоцианирование
процесс

ния повышается в

поверхностного насыщения
Совместное влияние серы и
азота в поверхностном слое металла обеспечивает более высо¬
кие противозадирные свойства и износоустойчивость по сравне¬

серой, углеродом

стали

нию

с

насыщением

и

азотом.

только

серой. Сульфоцианирование про¬
Процесс

в соляных ваннах при температуре 550 600°.

водится

сульфоцианирования
§

36.

можно

проводить

также и в

газовой среде.

Термическая обработка чугуна

Термическая обработка серого и белого чугуна имеет целью
внутренних
напряжений в отливках, придание
уменьшение
сплаву более устойчивой структуры и постоянных размеров в
эксплуатации, повышение твердости и износоустойчивости путем
закалки и отпуска, сообщение белому чугуну повышенной проч¬
ности и пластичности посредством отжига.
Отличительными процессами при некоторых видах терми¬
ческой обработки чугуна являются:
1) разложение цементита для уменьшения количества свя¬
занного углерода
графитизация;
2) растворение графита и обогащение аустенита углеродом,
благодаря чему в его структуре увеличивается количество пер¬
лита.

Термическая обработка
литого

ментита

и

отливок из

ледебурита,
графита. Чугунные отливки

чугуна

состоит

из

серого чугуна. Структура
перлита, вторичного це¬
из серого литейного чу¬

очень часто

подвергаются термической обработке: отжигу,
нормализации, закалке, отпуску, поверхностной закалке, азоти¬

гуна

рованию.
Отжиг

напряжений

чугунных
и

меняется естественное

Более старым
котором

отливок.

Для

снятия

внутренних

стабилизации размеров чугунных изделий при¬
старение

способом

отливка

после

или

является

полного

низкотемпературный

отжиг.

естественное

охлаждения

старение, при
претерпевает дли¬

3 5 месяцев до нескольких
Естественное старение применяется в том случае, когда нет

тельное

вылеживание

буемого оборудования
время

почти

не

затвердения

для

отжига.

применяется;

низкотемпературный
ного

от

отжиг.

способ

производят

Для

укладывают

Этот

в

этого

в

настоящее

главным

отливки

холодную

печь

лет.
тре¬

образом

после

пол¬

(или

печь
167

и вместе с ней медленно, со скоро¬
нагревают до 500 550°; при этой темпера¬
туре их выдерживают 2 5 ч и охлаждают до 200° со скоростью
30 50° в час, а затем на воздухе.
Отжиг для уменьшения твердости. В ряде слу¬
чаев при отливке изделий имеет место частичный отбел серого
чугуна с поверхности или даже по всему сечению. Для устране¬
ния отбела и улучшения обрабатываемости чугуна производится

с

температурой 100 200°)

стью 75 100°

в

час,

высокотемпературный графитизирующий
при температуре 900 950° в течение 3 4
делий
ком

отжиг
ч

и

с

выдержкой

охлаждением

из¬

При

та¬

до 250 300° вместе с печью, а затем на воздухе.

отжиге

в

отбеленных участках происходит распад цемен¬

графит, вследствие чего белый или поло¬
серый.
Нормализация. Нормализации подвергаются отливки
простой формы и небольших сечений. Нормализация проводится
при 850 900° с выдержкой 1 3 ч и последующим охлаждением
отливок на воздухе. При таком нагреве часть углерода-графита
растворяется в аустелите; после охлаждения на воздухе метал¬
тита

Fe3C

на

феррит

и

винчатый чугун переходит в

основа получает структуру трооститовидного перлита
более высокой твердостью и лучшей сопротивляемостью из¬
носу. Нормализация для серого чугуна применяется сравни¬

лическая
с

тельно

редко,

более

широко

применяется

закалка

с

отпус¬

ком.
Закалка деталей из серого чугуна. Повышение
прочностных свойств серого чугуна осуществляется путем его
закалки. Она производится от температуры 850 900° с охлаж¬
дением в воде. Закалке можно подвергать как перлитные, так
и ферритные чугуны. Твердость чугуна после закалки достигает
НВ 450 500. В структуре закаленного чугуна имеются мартен¬
сит со значительным количеством остаточного аустенита и вы¬

графита. Эффективным методом повышения прочности
износоустойчивости серого чугуна является изотермическая

деления

и

закалка, которая производится аналогично закалке стали.
Высокопрочные чугуны с шаровидным графитом можно под¬
вергать пламенной или высокочастотной поверхностной закалке.
Чугунные детали после такой обработки имеют высокую по¬
верхностную твердость, вязкую сердцевину, хорошо сопротив¬
ляются ударным нагрузкам и истиранию.
Легированные серые чугуны и высокопрочные магниевые чу¬
гуны иногда подвергают азотированию. Поверхностная твер¬
дость азотированных чугунных изделий достигает HV 600 800,'
такие детали имеют
высокую износоустойчивость. Хорошие ре¬
зультаты дает сульфидирование чугуна; так, например, сульфидированные поршневые кольца быстро прирабатываются, хо¬
рошо сопротивляются истиранию, и срок их службы повышается
в несколько раз.
№

После

Отпуск.

закалки

для

закалочных

снятия

напряже¬

ний

производят отпуск. Детали, предназначенные для работы
на истирание, проходят низкий
отпуск при температуре 200
250°. Чугунные отливки, не работающие на истирание, подвер¬
гаются высокому отпуску
при 500 600°. При отпуске закален¬
ных

чугунов твердость понижается значительно меньше, чем
при отпуске стали; это объясняется наличием в структуре зака¬
ленного чугуна большого количества остаточного аустенита, а
также высоким содержанием кремния,
который повышает отпу-

скоустойчивость мартенсита.
Получение заготовок из ковкого чугуна. Заготовки

из ковкого

чугуна получают отливкой из белого чугуна с последующим от¬
жигом по специальному режиму в течение длительного времени.

Целью термической обработки белого чугуна

является полу¬

прочности
путем перевода це¬
В результате такого отжига цементит в чу¬
гуне распадается на феррит и графит (углерод отжига) или на
перлит и графит; в первом случае чугун будет ферритным, во
перлитным. Излом 'ферритного ковкого чугуна темный,
втором
поэтому иногда его называют черносердечным. Излом перлит¬
ного ковкого чугуна
светлый, и его иногда называют бело¬
сердечным. Для отжига на ковкий чугун применяется белый чу¬
чение

высокой

ментита

и

пластичности

графит.

в

гун примерно следующего

химического

0,6 0,9% Si; 0,3 0,4 Мп; 0,1 0,2% Р

состава:
и

2,5 3,2% С;

0,06 0,1%

S.

Существуют два способа отжига на ковкий чугун:
1) графитизирующий отжиг в нейтральной среде, основан¬
ный на разложении цементита на феррит и углерод отжига;
2) обезуглероживающий отжиг в окислительной среде, осно¬
ванный на выжигании углерода.
Отжиг на ковкий чугун по второму способу занимает 5 6 су¬
ток, поэтому в настоящее время ковкий чугун получают главным

образом

методом

графитизации. Отливки,

очищенные

от

песка

и литников, упаковывают в металлические ящики либо уклады¬
вают на поддоне, а затем подвергают отжигу в методических,
камерных и других отжигательных печах.

Процесс
вая

отжига

950 1000°

состоит

заключается

стадия
с

в

из

двух стадий

равномерном

выдержкой 10 25

графитизации. Пер¬
нагреве

отливок

до

затем

температура пони¬
охлаждения 70 100° в час.

ч;

жается до 750 720° при скорости
На второй стадии при температуре 750 720° дается выдержка
15 30 чу после чего отливки охлаждаются вместе с печью до

500 400°

при этой температуре извлекаются на воздух, где
с произвольной скоростью. При таком ступенча¬
том отжиге в области температур 950 1000° идет распадение
(графитизация) первичного, т. е. эвтектического (ледебурити

охлаждаются

ного) цементита, а при температуре 750 720° распадаются вто¬
ричный и эвтектоидный (перлитный) цементит. В результате
169

по такому режиму структура ковкого чугуна представ¬
собой зерна феррита с включениями гнезд углерода от¬

отжига
ляет

графита.
Перлитный ковкий

жига

отжига:

первой

после

чугун получается

в

результате неполного

графитизации при 950 1000° чу¬
печью; вторая стадия графитизации

стадии

гун охлаждается вместе с

проводится. Структура перлитного ковкого чугуна состоит
перлита и углерода отжига. Для повышения вязкости пер¬
литный
сфероидизации при температуре
подвергают
чугун
700 750°, что создает структуру зернистого перлита. Для уско¬
рения процесса отжига на ковкий чугун изделия из белого чу¬
не
из

гуна подвергают закалке, затем проводят графитизацию при
1000 1100° в жидкой среде и т. д. Графитизация закаленных
чугунов

с

последующим

отжигом

протекает

значительно

быстрее

вследствие наличия большого количества центров графитизации,
возможность
выпадающих при закалке. Это дает

сократить^

время отжига закаленных отливок до 7 15

ч.

и закалки отливок из бе¬
чугуна разработан металлургами Московского автозавода
Лихачева А. Д. Ассоновым и В. И. Прядиновым и широко

Метод предварительного нагрева
лого
им.

применяется в различных отраслях промышленности.
Термическая обработка ковкого чугуна. Для повышения
прочности и износоустойчивости ковкие чугуны подвергают нор¬
мализации или закалке с отпуском. Нормализация ковкого чу¬
гуна

производится

ратуре 1
после

1,5

отливки

подвергаются

1 2

при

850 900°

ч и охлаждением на

заготовки

имеют

высокому отпуску

с

выдержкой при этой

темпе¬

воздухе. В тех случаях, когда
повышенную твердость, они
при 650 680° с выдержкой

ч.

Иногда ковкий чугун подвергают
ния более

высокой прочности

и

закалке

с

целью

износоустойчивости

за

получе¬

счет сни¬

пластичности. Температура нагрева под закалку та же,
при нормализации; охлаждение в воде или масле, а от¬
пуск в зависимости от требуемой твердости, обычно при тем¬
пературе 650 680°. Быстрое охлаждение может производиться
непосредственно после первой стадии графитизации при дости¬
жении температуры 850 880° с последующим высоким
отпуском.
Для ковкого чугуна применяется закалка токами высокой час¬
жения
что

и

или кислородо-ацетиленовым пламенем; при этом может
достигнута высокая твердость поверхностного слоя при
наличии достаточной пластичности основной массы. Метод та¬
кой закалки тормозных колодок из ферритного ковкого чугуна
заключается
в
нагреве деталей токами высокой частоты до
1000 1100° с выдержкой 1 2 мин и последующим быстрым
тоты

быть

охлаждением.
сита и

170

Структура

углерода

отжига

закаленного

HRC 56 60,

слоя

состоит

из

мартен¬

Ковкий чугун по сравнению со сталью более дешевый
он обладает хорошими механическими свойствами

риал;

сокой

стойкостью

коррозионной

ковкого

чугуна

широко

мате¬

и

вы¬

детали из
сельскохозяйственном

(табл. 3). Поэтому

применяются

в

машиностроений, автотракторной промышленности, станкострое¬

(для изготовления шестерен, звеньев
кронштейнов, тормозных колодок и пр.)
нии

цепей, задних мостов,
и в других отраслях

народного хозяйства.
Таблица 3
Механические свойства

отливок

из

ковкого чугуна
Механические свойства

Марка чугуна

Группа

чугуна
в кГ/ммне менее

КЧ

37 12

КЧ 35 10

Ферритные
чугуны

(черносердечные)

КЧ 33 8
КЧ 30 6
КЧ 40 3
КЧ 35 4

Перлитные

(белосердечные)

чугуны

КЧ 30 3

Примечание. КЧ

твердость
НВ в
кГ/мм2
не более

37

12

149

35

10

149

33

8

149

30

6

163

40

3

201

35

4

201

30

3

201

п[ервые
ковкий чугун,
относительное удлинение.

означает

ности при растяжении, вторые

S в %
(образец
диаметром
16 мм)
не менее

две

цифры

Ценные и интересные результаты достигнуты
время легированием чугуна магнием. Оказалось,

способствует образованию шаровидного графита,

предел проч-

в

последнее

что

магний

и сплав стано¬

более пластичным при значительной прочности
(о*~
и
высоком
относительном
~50 70 кГ/мм2)
удлинении 6

вится

=

=

7 10%. Эти чугуны могут

имущество

как

заменять сталь,

более дешевый

и

удобный

имеют

пре¬
причем
литейный материал.

Глава vi
ТВЕРДЫЕ СПЛАВЫ

Современная
(еще

ранее

техника

30 40

лет

техника

больших

назад) обработка

скоростей.

металла

на

Если

токарном

производилась с максимальной скоростью 15 20 м/мин,
при современном уровне техники скорости резания состав¬
ляют 150 200 м/мин, а в отдельных
случаях повышаются до
500 700 м/мин и больше.
станке
то

Применение
требования

вые

должны

высоких

скоростей при резании предъявляет

но¬

материалам для режущих инструментов: они
обладать более высокими красностойкостью и стойко¬
к

истирание, чем быстрорежущая сталь. Этим требова¬
удовлетворяют твердые сплавы, которые не теряют режу¬
щих свойств при нагреве до температуры 1000° (красностой¬
кость) и хорошо сопротивляются истиранию. Ввиду этого
твердые сплавьь широко используют также для волочильного
инструмента, оборудования, применяемого при бурении почвы,
стью

на

ниям

зубков врубовых машин, электросверл, бурильных молотков и
другого оборудования в нефтяной, угольной и рудной промыш¬
ленности. Применение твердых сплавов для
покрытия рабочих
поверхностей быстроизнашиваемых деталей создает возмож¬
ность значительно повысить их стойкость и тем самым
сокра¬
тить расход металла и объем ремонтных работ. Так,
например,
щеки дробилок, наплавленные твердым сплавом сталинит, слу¬
жат в 5

7 раз дольше, чем ненаплавленные; стойкость
центров
токарных станков, наплавленных сплавом сталинит, повышается
в десятки

раз,

и т. п.

Современные

твердые сплавы делятся
вую группу входят металлокерамические
ченные методом

на две

группы. В пер-

твердые

порошковой металлургии,

сплавы, полу¬

во

вторую группу
наплавочные сплавы. Советские
твердые сплавы впервые были
применены в 1930 г.; они были быстро внедрены в промышлен¬
ность, заменив ранее применявшиеся импортные сплавы.
В настоящее время производство твердых сплавов в СССР
является
крупной отраслью
удовлетворяющей потребности
сплавах,
172

полностью
промышленности,
народного хозяйства в таких

§

37. Краткие сведения

Основной

о

карбидах

металлов

металлокерамических твердых спла¬
вольфрама и
тугоплавких металлов
титана. В качестве
в
состав
твердых
связующего материала
сплавов обычно входит кобальт. Карбиды тугоплавких метал¬
лов вследствие их высокой твердости и износоустойчивости при¬
меняются в качестве основной части твердых сплавов.
вов

частью

всех

карбиды

являются

Карбидами называются химические соединения с углеродом.
Примерами очень устойчивых карбидов могут служит карбиды
железа, вольфрама, титана и других тугоплавких металлов.
Эти карбиды
ни

не

кислотами,

карбидов
ностью

и

разлагаются при обыкновенных температурах
Высокая химическая стойкость
щелочами.

ни

тугоплавких металлов сочетается с высокой проч¬
твердостью. Твердость карбидов таких металлов, как

кремний, вольфрам,

железо,

приближается

к

твердости
твердость

титан,

ниобий, ванадий,

тантал,

(табл. 4). Карбиды железа
прочность. Карбид кремния, иначе

алмаза

и
сообщают стали
называемый карборундом, широко используется

фовального материала

в

виде

самых

в качестве шли¬

разнообразных

заточных

кругов и т. п.

Таблица 4
Свойства карбидов вольфрама

и титана,

входящих в

состав твердых

сплавов

Показатели

Температура

в

плавления

°С

Твердость по минералогической шкале

Содержание углерода
Удельный вес

1

1

°/о

в

Карбид
вольфрама

Карбид
титаыа

2600

3140

Более 9

8 9

5,8-6,1

19,0 20,0

15,5

4,93

Твердость алмаза принята за 10.
*

Сложность

изготовления

карбидов туго¬
карбиды стали по¬
порошковой металлургии в виде

и

использования

плавких металлов привела к тому, что сами

лучать

с

помощью

методов

путем
порошка, а изделия из них
прессования и последующего спекания при температурах значи¬
тельно более низких, чем температуры плавления этих веществ.
Однако спекание прессованных порошков одних лишь карбидов
очень

тонкого

и

также не давало
лись

весьма

мелкого

эффекта, так как спеченные карбиды
Поэтому, как уже отмечалось,

хрупки.

оказыва¬

в

состав
173

вспомогательный материал
карбиды), который в процес¬
се спекания
растекается
между зернами карбида
расплавляется,
и при охлаждении затвердевает, способствуя образованию проч¬

твердых
кобальт

сплавов

начали

вводить

(более легкоплавкий,

чем

ного сплава.

38. Исходные материалы для производства твердых сплавов

§

Основные исходные материалы для производства металло¬
химически чистые окиси ме¬
керамических твердых сплавов
таллов: трехокись вольфрама
(вольфрамовый ангидрид) W03,
окись кобальта С03О4 и двуокись титана ТЮ2. Кроме того, ис¬
как источник угле¬
ходным материалом является чистая сажа
в
состав
сплавов.
входящего
рода,
твердых
Сырьем для произ¬
водства вольфрамового ангидрида
служат следующие мате¬
риалы: вольфрамит
минерал черного или кремово-коричне¬

представляющий собой соединение железа, марганца
вольфрамовой кислоты (Fe, Mn) W04; шеелит
минерал се¬
рого, желтого или бурого цвета, представляющий собой почти
чистый вольфрамит кальция
CaW04. Вольфрамит и шеелит,
как и минералы других редких элементов, никогда не образуют
больших скоплений, подобных, например, железным рудам; они
бывают рассеяны в другой горной породе. Поэтому руду пред¬
варительно обогащают на обогатительных фабриках. Получен¬
ные в результате этого концентраты
вольфрамитовый и шеелитовый
служат обычным сырьем для производства вольфра¬
вого цвета,

и

мового

ангидрида.
Кобальтовые соединения получают в результате переработки
кобальтовых руд или руды других металлов, в которой содер¬
жатся примеси кобальта.

Двуокись титана
Промышленное

лов.
и

особенно

продукт

переработки

титановых

минера¬

значение имеют

титаномагнетит.

минералы: рутил, ильменит
наиболее деше¬
Двуокись титана

сырье по сравнению с вольфрамовым ангидридом и окисью
кобальта. Ламповая сажа представляет собой почти чистый
вое

углерод,

полученный путем

лярового

дистиллята, лигроина и т.

лампах
этом

и

в

камерах

копоть

щения

и

п.)

нефтяных продуктов (со¬
в фитильных
горелках

воздуха. Образующаяся при
сажей. В результате обога¬
кобальтовых и титаномагнетитовых руд

с недостатком

является

вольфрамовых,

получают

сжигания

металлические

ламповой

концентраты, из которых приготовляют
ангидрид, двуокись титана и окись кобальта.
Порошок металлического вольфрама получают с помощью
процесса восстановления вольфрамового ангидрида, т. е. окисла
металла, углеродом либо водородом.
Металлический кобальт, как и многие другие металлы, можно
получить восстановлением окислов водородом. Кроме того, ме-.

вольфрамовый

174

таллический кобальт получают
миачных
кобальта
растворов
цинка.
ниже
шает

реакции водных или ам¬
порошком металлического
кобальта
восстановления
значительно

Температура

температуры
600°.

при
с

восстановления

вольфрама;

она

не

превы¬

Поскольку порошок металлического титана получить чрез¬
вычайно трудно, приготовляют двуокись титана такой чистоты,
которая необходима для производства твердых сплавов. Затем
следуют процессы изготовления порошков карбида вольфрама,
карбида титана и других сложных карбидов, являющиеся частью
технологии производства твердых сплавов.
За последние годы на заводах внедрен прогрессивный метод

вольфрама путем восстановления трехокиси
вольфрама водородом (вместо углеродного способа).
Новый метод позволяет сократить технологический цикл, в
получения порошка

широком диапазоне изменять зернистость порошков, повысить
качество твердых сплавов, вести процесс при более низких тем¬
пературах в более стойкой металлической аппаратуре и автома¬
тизировать процесс.

39. Металлокерамические твердые сплавы

§
Эти
состоят

сплавы
они

из

называются
металлов,

а

металлокерамическими потому,
метод

их

изготовления

что

напоминает

получения керамических (глиняных, фарфоровых и
огнеупорных) изделий. Металлокерамические твердые сплавы по
ГОСТ 3882 61 делятся на три группы (табл. 5): вольфрамоко¬
бальтовые (или вольфрамовые), титановольфрамокобальтовые
(или титановые) и титанотанталовольфрамовые (или титанотанталовые). Первые состоят из карбида вольфрама WC и ко¬
бальта Со, вторые из смеси карбида титана TiC с карбидом
вольфрама WC и кобальта Со. Количество карбида в металло¬
технологию

керамическом твердом сплаве колеблется
составляя основную его часть.
Производство вольфрамовых твердых
можно представить в следующем виде.
1. Тонкий порошок
вой

чистого

сажей; полученную

смесь

1350 1400°

в

атмосфере Н2

фрама WC

в

виде

вольфрама

в

сплавов

схематически

смешивают

прокаливают

или

пределах 81 97%,

в

с

лампо¬

электропечи при

Со; получается карбид

порошка, который размалывают

и

воль¬

просеи¬

вают.
2. Тонкие порошки WC и Со в требуемом соотношении
(табл. 5) перемешивают в течение 24 ч в шаровой мельнице.
Полученную смесь замешивают клеем (раствор синтетического
каучука в бензине) и подсушивают. В таком же порядке при¬
готовляют

смесь

и

для

титановольфрамовых

сплавов.
175

Таблица 5
Механические свойства металлокерамических твердых

сплавов

Основные свойства

Группа сплавов

Вольфрамокобальтовые

Титановольфрамоко¬
бальтовые

Титанотанталоволь¬

Предел проч¬
ности при
изгибе
в кГ/мм2

Средний
удельный вес

ВК2

100

15,2

ВКЗМ

110

15,1

92

ВК4

130

15,0

89,5

ВК4В

135

15,0

88

ВК6М

130

14,9

90

В Кб

135

14,8

89
88

Марка сплавов

Средняя
твердость
HRA

92

В6КВ

140

14,8

ВК8

140

14,7

87,5

ВК8В

155

14,5

86,5

ВК10

150

14,4

87

ВК15

165

14,0

86

ВК20

190

13,6

85

ВК25

200

13,0

84,5

ВКЗО

200

12,6

82,5

Т30К4

90

9,7

92

Т15К6

110

11,3

90

Т14К8

130

12,8

88,5

Т5К10

130

13,0

88,7

Т5К12В

150

13,1

87

ТТ7К12

155

13,2

87

фрамокобальтовые

3. Приготовленную смесь подвергают прессованию в прессформах при давлении 10 40 кГ/мм2 (для титановольфрамовых
сплавов требуется более высокое давление, чем для вольфра¬
мовых).
4. Прессованные пластинки подвергают спеканию в атмо¬
сфере водорода при 1400° в течение 2 н (вольфрамовые сплавы)
и при 1500° в течение 1 3 ч (титановые сплавы). В результате
спекания твердый сплав дает усадку до 25%, становится чрез¬
вычайно твердым (HRA 87 91), и приобретает структуру, а>
176

стоящую из карбидов, прочно связанных кобальтом. Введение
в титановый сплав карбида тантала значительно повышает его
стойкость против окисления, прочность, износостойкость и др.
Основная масса изделий из твердых сплавов выпускается в виде
для оснащения рабочей части металлорежущего ин¬
струмента: резцов, сверл, фрез, разверток и др. путем напайки
или механического крепления к державкам.
Вольфрамовые твердые сплавы В К применяют при обработке
хрупких материалов: чугуна, бронз, фарфора, стекла и др.; ти¬
тановые твердые сплавы ТК
для вязких материалов: стали,
пластинок

латуни и др. Титанотанталовые твердые сплавы ТТК успешно
применяются для черновой обработки материалов, когда сплавы
ВК и ТК непригодны.
Ниже приводятся обычные области применения твердых
вольфрамовых, титановых и титанотанталовых сплавов различ¬
ных

марок.

Твердые
Т15К6

и

сплавы

Т30К4

ВК2, ВК6, ВК8, ВКЮ, ВК15, Т5КЮ, Т14К8,

(см. табл. 5)

промышленностью

и

нашли

длительное

выпускаются

время

'широкое применение

в

машино¬

строении. Они предназначены для оснастки режущего инстру¬
мента при обработке различных материалов.
оснастка резцов и разверток для чистовой обработки
ВК2
цветных
металлов, неметаллических материалов и др.
чугуна,
оснастка резцов чернового и чистового точения, фрез,
ВК6
разверток, зенкеров для получистовой и чистовой обработки
чугуна, цветных металлов и неметаллических материалов.
оснастка инструментов для чернового точения, стро¬
ВК8
гания, фрезерования и сверления чугуна, цветных металлов и
неметаллических материалов. Заменяет титановые сплавы при
обработке сталей по корке и окалине; применяется также для
труднообрабатываемых сталей.
ВКЮ

оснастка

волочильного,

высадочного,

дыропробив¬

инструмента для легких условий работы.
оснастка волочильного инструмента для волочения
ВК15
прутков и труб из стали при повышенных температурах и на¬
пряжениях.
оснастка
Т5КЮ
режущего инструмента для чернового и
ного и

штампового

точения, чернового и чистового строгания углероди¬
стых и легированных сталей (включая стальные поковки, штам¬

фасонного
пованные

Т14К8

заготовки

и

оснастка

фрезерования,

отливки)
режущего

по

корке

и

окалине.

инструмента

для

чернового

то¬

черно¬
отверстий
рассверливания
углеродистых и легированных сталей.
Т15К6
получистовое и чистовое точение, и т. п.
За последнее время освоен промышленный выпуск ряда но¬
вых марок твердых сплавов (ВКЗМ, ВК4, ВК6М, ВК8В, ВК20,
ВК25, ВКЗО, Т5К12В, ТТ7К12), которые в 1961 г, введены в

чения,
вого

литых

и

зенкования

177

ГОСТ 3882 61

и

находят все

более широкое применение в про¬
чугунов, цветных металлов и

При обработке

мышленности.

операциях взамен сплавов ВК6 и ВК8 может
применен новый сплав ВК4. При этом стойкость инстру¬
мента возрастает в 1,5 2 раза.
сплавов на многих

быть

сплав

Мелкозернистый

ВК6М, обладающий высокой твер¬

обработке отбе¬
чугунов, некоторых марок нержавеющих сталей и обес¬
печивает повышение стойкости инструмента в 2 3 раза.
Титанотанталовый сплав ТТ7К12 и крупнозернистый сплав

достью и плотностью,

находит применение при

ленных

Т5К12В успешно применяется при строгании и при черновом
точении, при обработке сварных швов и в других случаях, когда
наиболее высокопрочные стандартные сплавы Т5КЮ и ВК8 ока¬
зываются непригодными из-за пониженной стойкости. Освоение
выпуска мелкозернистых и крупнозернистых высококобальто¬
вых

ВК20, ВК25, ВКЗО и опытных марок ВК15В,
ВК25В, обладающих высокой прочностью и ударной

сплавов

ВК20В

и

вязкостью, обеспечивает широкое внедрение в промышленности
штампов, работающих в условиях больших

твердосплавных

Стойкость твердосплавных
по
штампов,
ударных нагрузок.
сравнению со стальными, возрастает в 30 50 раз, чем обеспечи¬
вается получение большого экономического эффекта.

§

40. Наплавочные

сплавы

и

электроды

Наплавочные материалы изготовляются в виде порошка,
в
и
сталинит и др.)
виде
крупки (зернообразные сплавы
кусков электродной железной проволоки, обма¬
электродов
занных специальными составами, основу которых составляют
различные ферросплавы (феррохром, ферромарганец и др.).
Все компоненты, которые вводятся в шихту обмазки элект¬
рода, можно разделить на четыре группы: легирующие, шлако¬
*

образующие, связующие, стабилизирующие.
Легирующие компоненты (ферросплавы)
Компоненты

ными.

тельными.

электродов

остальных

групп

трех

Технологический процесс
слагается

из подготовки

являются

являются

изготовления

проволоки

основ¬

вспомога¬

наплавочных

(выравнивания),

дробления и классификации компонентов, приготовления шихты,
нанесения обмазки на проволоку, сушки и контроля электродов *.
Существует
сплавов;
и др.

несколько

основные

из

них

видов

(табл. 6).

Сталинит применяют

зубьев

в основном для

наплавки

деталей,

под¬

износу, например щек камнедробилок,
козырьков ковшей экскаваторов, буровых долотьев и т. п.

вергающихся

грубому

i Более
подробно см. § 82 стр. 302,
178

зернообразных наплавочных
боридно-хромистая смесь

сталинит,

Боридно-хромистая
и

восстановления

ных

и

смесь

используется для наплавки новых

изношенных

горнорудных

деталей строительных, дорож¬

машин.

Боридная смесь применяется для
ответственных деталях машин.

тех

же

целей,

но

в

более

Таблица 6
Основной

состав и назначение наплавочных

Название сплава

Сталинит

сплавов

Марка

Основной состав

Улучшен¬

марганец,
Хром,
углерод, кремний, же¬

ный

Твердость
наплавлен¬
ного слоя
HRA

75

лезо

Боридо-хромистая

смесь

КБХ

БХ

Боридная смесь

Хром, бор, кремний,
углерод, железо

78

Хром, бор, углерод,

80

железо

Литые карбиды вольфрама

ТЗ

Зерна
вольфрама
ной

То же

>

3

Технологический

90

желез¬

трубке
карбида

90

Заготовки простой
отлитые из
формы,
карбида вольфрама

92

Зерна
вольфрама

РФ

>

карбида
в

процесс изготовления

зернообразных спла¬
дроблении и размоле шихто¬
вых материалов
(феррохром, ферромарганец, нефтяной кокс,
чугунная стружка) до порошкообразного состояния. Измельчен¬
вов

типа

сталинит

заключается

ные

материалы тщательно

в

смешивают в

следующих пропорциях:

феррохрома, 18 19% ферромарганца,
стружки, 7 8% нефтяного кокса. Полученная

30%

45%

чугунной

смесь

подверга¬
течение 3 4 ч.

прокаливанию при температуре 400 500° в
выливают на противни, а когда она застывает
дробят
на крупку в щековой дробилке. Полученный порошок проходит
контроль и расфасовку.
Сталинит наплавляют только электрической дугой по ме¬
ется

Массу

угольным или графитовым электродом. На¬
производить как постоянным, так и переменным
током, причем постоянный ток обеспечивает более качественную
наплавку из-за большей стабильности дуги.
Стойкость деталей и инструментов, наплавленных литыми
твердыми сплавами, повышается в 8 12 раз и более.
тоду

Бенардоса,

плавку

можно

179

В последние годы советские ученые добились больпГих успе¬
хов в получении новых инструментальных материалов, которые
названы минералокерамическими твердыми сплавами. Исход¬
ными материалами для их изготовления служит минеральное

(породы, содержащие окись алюминия), т. е. доступный
дешевый материал. Режущие инструменты из высокопрочной

сырье
и

керамики изготовляют в виде пластинок термиче¬
путем; отсюда их название термокорундовые.
В результате длительных опытов отобраны три марки кера¬
мического материала, обозначаемые индексами ЦМ-332,
ЦВ-13
и ЦВ-18, которые рекомендуются вместо твердосплавных пла¬
стинок для оснащения резцов. Применение резцов, оснащенных
термокорундом, показало их высокие режущие свойства: крас¬
ностойкость достигает 1300° С, износоустойчивость значительно

минеральной

ским

выше, чем

у твердых сплавов.
настоящее время продолжаются исследовательские ра¬
по совершенствованию минералокерамических инструмен¬
тов
повышению
их
прочности и снижению хрупкости. Эти
работы имеют большое народнохозяйственное значение, так как
применение режущих инструментов, оснащенных пластинками
из минералокерамических твердых сплавов, устраняет необхо¬
димость использования дефицитных и дорогостоящих металло¬
В
боты

керамических

сплавов.

Применение

в

качестве

материала для режущих инструмен¬

высокопрочной минеральной керамики,
высокой
отличающихся
красностойкостью и износоустойчи¬
востью, позволяет повысить скорости резания при обработке
тов

твердых

сплавов

и

%

примерно в 5 8 раз по сравнению со скоростями ре¬
допускаемыми для инструмента из быстрорежущих

металлов

зания,
сталей.

ГЛАВА VII

ЦВЕТНЫЕ МЕТАЛЛЫ И СПЛАВЫ
К

металлам относят все металлы, кроме железа

цветным

сплавов на его основе.

Цветные

и

металлы

получили широкое рас¬
пространение, являясь основными материалами в радиотехнике,
самолетостроении и электротехнике. Важнейшие из них: медь,

алюминий, магний, цинк, никель, свинец, олово и титан. Наи¬
большее применение в промышленности получили медь, алюми¬
ний, магний и за последнее время титан. Применяются цвет¬
ные металлы главным образом в виде сплавов. Предусматри¬
вается

дальнейшее увеличение производства

цветных металлов,

тантала, германия, ниобия и др., выпуск
цветных и редких металлов высокой чистоты для производства
жаропрочных сплавов, а также для нужд радиотехники, элект¬
в том числе и редких

роники, телевидения и др.
В СССР работают крупнейшие
никой

заводы

оснащенные

передовой

тех¬

цветной металлургии.

Содержание цветных
алюминия)

металлов

в

естественных

рудах

(за

обычно 1 5%. Например,
свинца в свинцовых рудах в среднем содержится 3 4%, цинка
в цинковых рудах 4 5%; содержание олова в обычных оловянистых рудах колеблется в пределах ~1%.
В рудах цветных металлов почти всегда присутствует одно¬
временно несколько цветных металлов. Такие руды называются
исключением

составляет

комплексными.

§ 41. Медь
Чистая медь

металл

и

ее

сплавы

красного цвета. Ее кристаллическая

гранецентрированный куб.
Удельный вес меди 8,93 г/см3, температура

решетка

Механические свойства технической меди
нии:

06=25 кГ/мм2, 6

Имея

наименьшее

=

в

1083°.

плавления

отожженном

состоя¬

45%, НВ 60кГ/мм2 (средние значения).
(после серебра) удельное электросопро¬
=

медь широко применяется в электротехнике
проводников электрического тока.
Чистая медь отличается высокой пластичностью и

тивление,

в

каче¬

стве

обрабатывается

давлением

в

холодном

и

горячем

хорошо

состоянии,
181

обладая свойством

вытягиваться в очень тонкие изделия,

толщиной 0,05 0,06
На воздухе медь
том

мм

или

окисляется

фольгу

проволоку диаметром до 0,03 мм.
поверхность покрывается нале¬

меди. В чистом виде медь встречается в незна¬
количествах. Основным источником получения меди

углекислой

чительных

служат медные руды.

Медные руды, содержащие от 0,5 до 5% меди, перед плав¬
кой подвергаются обогащению. После предварительного обжига
медную руду или ее концентраты переплавляют на полупродукт

(штейн) с содержанием около 40% меди.
Последующей обработкой штейна в горизонтальных

конвер¬
торах получают черновую медь, содержащую 99,3 99,5% меди;
ее рафинируют (очищают от примесей) и отливают в виде пря¬
анодов. Последующим электролизом в
моугольных слитков
растворах медного купороса, подкисленного серной кислотой,
осаждают на катоде (отрицательный полюс) листовую электрюлитическую катодную медь в виде весьма чистого металла. Со¬
гласно ГОСТ 859 41, изготовляются пять марок меди: от МО с

содержанием
нее

99,00%

не менее

из

99,5%

меди до М4 с содержанием не ме¬

этих

марок делают проводники тока, а
также прокатываемые и литейные сплавы на медной основе.
В качестве примесей в меди присутствует кислород, висмут,
меди;

сурьма, мышьяк, никель, железо, свинец, сера, цинк и олово,
которые снижают электропроводность меди; поэтому для про¬
водников тока применяют медь марок Ml и М2. Висмут вызы¬
вает красноломкость меди, кислород способствует образованию

трещин в слитке. Сера делает медь хрупкой.
Сплавы меди имеют более высокую прочность,
обрабатываемость и лучшие литейные свойства, чем

лучшую
чистая

медь.

Технические медные
и

бронзы.
Латуни. Латунями

сплавы

делятся

называются

на

сплавы

две

группы: латуни

меди

с

цинком,

со¬

держащие от 25 до 45% цинка.
При содержании цинка менее 39% латунь имеет структуру
однофазного твердого раствора цинка в меди, называемую
а-латунью. Латуни, содержащие 40 43% цинка, имеют струк¬
туру а+ (3-латуни, представляющую собой смесь двух кристал¬
лических твердых растворов.
При содержании цинка более 50% образуется структура
твердого у-раствора с высокой хрупкостью слитка.

Максимальную

пластичность

имеет
латунь, содержащая
ла¬
максимальную прочность
35 кГ/мм2).
цинка (ст*
тунь, содержащая
Если латунь подвергается наклепу, механические свойства
ее меняются: прочность на разрыв повышается (до 60 кГ/мм2),

около 32%

цинка

55%),
около 45%
(6

=

а

относительное удлинение снижается

182

=

(до 1%).

В

технике

применяются только а-латуни

туни хорошо

обрабатываются

Для

внутренних

снятия

в

напряжений

и

а+р-латуни. Ла¬

горячем состоянии.
латунные изделия, полу¬

холодном

и

холодной обработкой давлением, необходимо подверг¬
нуть отжигу при температуре 400°, без чего в деталях получится

ченные

самопроизводное растрескивание и
трескивание латуни связано также с
зерен.

Обработке
нагретом

давлением

состоянии:

соответствующих

размеров. Рас¬
по границам

изменение

коррозией

ее

а+р-латуни подвергаются

при

температурах

однофазному

состоянию

не

ниже

только

в

температур,
со¬

(p-фазы). Латуни,

держащие никель, свинец, олово, кремний и др. (обычно от 2 до
8%), называются специальными латунями. Они имеют повы¬
шенную коррозионную стойкость, лучшие технологические и ме¬
ханические свойства.
Как и все сплавы цветных металлов, латуни принято разде¬
лять на литейные и обрабатываемые давлением.
Маркировка латуней принята следующая: первая буква Л
указывает название сплава (латунь). Следующие за ней цифры
обозначают содержание меди в сплаве: например, маркой Л62
обозначена латунь, содержащая 62% меди. У специальных ла¬
туней принято следующее обозначение легирующих элементов:
А
алюминий, Мц
свинец, О
марганец, К
кремний, С
Н

олово,

никель.

Первые

две

цифры,

стоящие за

буквенными

обозначениями,

указывают среднее содержание меди в процен¬
тах, а последующие цифры
содержание других элементов;
остальное
(до 100%) составляет цинк. Например, марка
ЛМцЖ52-4-1 обозначает марганцевожелезистую латунь, содер¬
цинк. Ла¬
жащую около 52% Си, 4% Мп и 1% Fe, остальное
тунь марки

3%

ЛАЖМц66-6-3-2 содержит

около

66%

меди,

6%

алю¬

2%

цинк. Буква Л в
марганца, остальное
конце наименования указывает, что латунь литейная; отсутствие
этой буквы (например, ЛКС80-3-3) указывает, что латунь при¬
меняется для обработки давлением. Согласно ГОСТ 1019 47,
миния,

железа,

литейные латуни применяют

для

изготовления

втулок

подшип-

например ЛАЖ60-1-1Л), литой арматуры, деталей судо¬
вой арматуры, подвергающейся действию морской воды, корро¬
зионностойкие
детали
общего
машиностроения
(например,
ЛК80-ЗЛ, ЛА77-2) и др. Из латуней, обрабатываемых давле¬

ников(

и
гофрированные трубки (Л96,
трубы, проволоку (Л62, Л68) и др.
Литейные латуни хорошо обрабатываются и являются кор¬
розионностойкими в морской воде и влажной атмосфере.
Латуни марок Л96, Л90, Л85 (содержащие наибольший про¬
нием,

получают

Л85),

полосы, ленты, листы,

цент меди)

радиаторные

называются

Бронзы. Бронзами
минием,

никелем

и

томпаками.

называются

сплавы

меди

с

оловом,

алю¬

другими элементами,
183

(

В зависимости

безоловянные
том

же

от

состава

бронзы

делятся

на

оловянные

(специальные). Маркировка бронз
что

принципе,

и

маркировка латуней.

основана

Впереди

и
на

стоят

буквенные обозначения эле¬
ментов, входящих в состав сплава, и за ними
цифры, указываю¬
в
щие среднее содержание элементов
процентах. Например,
Бр.С)Ф6,5-0,15
марка оловянистофосфористой бронзы, содер¬
жащей 6 7% олова и около 0,15% фосфора, остальное
медь;

буквы Бр. (бронза),

далее следуют

Бр.АЖМцЮ-3-1,5
марка
алюминиево-железистомарганцови¬
стой бронзы, содержащей 9,5 10,5% алюминия, 2,5 3,5% же¬
леза

и

1 2% марганца. Важнейшими

из

бронз

являются

оло¬

вянные и алюминиевые.

оловянные бронзы бывают однофазные, с со¬
7% Sn, состоящие из твердого раствора олова и
с содержанием 10 22% Sn, представляю¬
двухфазные

По структуре
держанием до
меди, и

щие

смесь

кристаллов указанного твердого раствора

лов химического соединения меди

с

оловом

и

кристал¬

С

(Cu3Sn).

повы¬

содержания олова увеличивается хрупкость оловянной
бронзы; поэтому бронзы, обрабатываемые давлением, содержат
олова не более 5 6%.

шением

Деформируемые

бронзы (ГОСТ 5017 49) изго¬
ленты, прутков, трубок
и
главным
штамповкой
и
др.
образом
прессованием
(Бр.ОФ6,5-0,15: Бр.ОЦ4-3; Бр.ОФ4-0,25; Бр.ОЦС4-4-2,5).
Литейные оловянные бронзы (ГОСТ 613 50) в виде отли¬
вок применяются для деталей машин,
работающих в условиях
товляются

пара

с

в

виде

давлением

оловянные

листа,

до

проволоки,

25 ат,

а

также

в

условиях морской воды

(Бр.ОЦЮ-2), для изготовления вкладышей подшипников, анти¬
фрикционных деталей (Бр.ОФЮ-1; Бр.ОЦС5-5-5; Бр.ОЦС6-6-3);
тракторных деталей (Бр.ОЦС4-4-17; Бр.ОЦСЗ,5-6-5). Бронзы,
содержащие более 22% Sn, становятся очень хрупкими
этому не применяются.
Оловянные бронзы обладают высокими механическими

и

по¬

и

ан¬

обраба¬
тываются резанием, но имеют ограниченное применение (глав¬
ным образом для ответственных деталей) вследствие дефицит¬
тикоррозионными

свойствами, хорошо

отливаются

и

ности олова.

Для улучшения

качества

оловянных

бронз

в

повышающий антифрикционные свойства

них

вводятся:

способствую¬
щий лучшей обрабатываемости; цинк, улучшающий литейные
свойства; фосфор, повышающий литейные, механические и анти¬
фрикционные свойства.
Бронзы специальные (не содержащие олова) имеют широкое
применение. Они обладают высокими механическими свойствами,
отличаются высокой пластичностью, коррозионной стойкостью и
свинец,

хорошими технологическими свойствами,
184

в

связи

и

с

чем

не

толь-

ко полностью заменяют оловянистые

качествам

по

К

превосходят

специальным

ниевые,

относятся

свинцовистые,

бронзы,

в

но

ряде случаев

их.

бронзы: марганцовистые,
бериллиевые и др.

алюми¬

кремниевые,

имеют сравнительно невысокие ме¬
обладают хорогдей сопротивляемостью

Марганцовистые бронзы
ханические

но

высокой пластичностью,

и

коррозии
нические

свойства,

свойства

при

повышенных

пример, при температуре до

сохраняют меха¬
температурах (Бр.Мцб, на¬
также

а

400 450°).

Алюминиевые бронзы превосходят оловянистые по механиче¬
ским свойствам и сопротивлению коррозии, но имеют более низ¬
литейные свойства. Добавка никеля, марганца и железа по¬
сопротивление коррозии и улучшает механические свой¬
ства бронзы: железо измельчает структуру и повышает проч¬
ность, марганец увеличивает жаропрочность. Для повышения

кие

вышает

пластичности
вают

в

воде

бронзы
при

закалки в воде с

650°

имеет

типа

Бр.АЖ9-4 нормализуют или закали¬
Бр.АЖН10-4-4 в результате

t°=650°. Бронза

температуры 920° и последующего отпуска при
и НВ 200 250.

ов=70 кГ/мм2

Свинцовистая бронза

имеет высокие

антифрикционные свой¬

применяется для высоконагруженных подшипников с
большими удельными давлениями (например коренных подшип¬
ников турбин и других быстроходных машин), заменяя не только
оловянистую бронзу, но и дорогой высокооловянистый баббит,
и

ства

применяемый для вкладышей подшипников скольжения.
Кременистая бронза при содержании кремния до 3%
хорошие литейные свойства. Для
шения коррозионной стойкости в нее вводятся марганец,
свинец.
улучшения антифрикционных свойств
высокую

пластичность и

имеет
повы¬
а

для

Бериллиевая бронза имеет высокую прочность после терми¬
ческой обработки, в результате закалки при 800 830° приобре¬
тает высокую пластичность (6
20-^30%), но сравнительно не¬
большую прочность (а* =50 60 кГ/мм2).
После отпуска закаленной бронзы при 300 350° в течение
сильно
повышается
ч
2 3
предел
(сгв=120-гпрочности
150 кГ/мм2), но одновременно снижается пластичность (6
2-5-4%). После закалки и старения при 300° твердость стано¬
вится НВ 400. Бериллиевая бронза имеет высокий предел упру¬
=

=

=

гости и значительный предел усталости, большую твердость и
высокая
износоустойчивость. Недостаток бериллиевой бронзы

стоимость.

для

Согласно ГОСТ 493 54, бронзы Бр.Б2 применяют

изготовления пружин,

бронзы Бр.А5

для

лент,

Бр.АЖ9-4, Бр.АЖН 10-4-4
нов, выхлопных клапанов;
ков;
ском

Бр.КМцЗ-1

для

машиностроении

деталей, работающих
полос,

на

износ, и

др.;

монетного

производства;
для шестерен, втулок, седел клапа¬

Бр.СЗО

пружин,
и

для

для

вкладышей
и деталей

арматуры

подшипни¬
в

химиче¬

судостроении.
185

Медноникелевые сплавы. Никель
твердый и вязкий металл
8,9 г/см3 и температурой плавления 1452°, имеет

с удельным весом

высокую коррозионную стойкость. В чистом виде применяется
для покрытия других металлов (никелирование). МедноьДжелевые сплавы отличаются большим удельным электросопротивле¬
нием, высокой коррозионной стойкостью, а некоторые также вы¬
и жаростойкостью. Они при¬
для
термопар и нагревательных
промышленности
элементов, реостатов и измерительных приборов, для изготовле¬

сокими

механическими

меняются

ния деталей

этих

строении;
него обихода

сплавов

в

химическом

изготовляются

(например посуда

и

и

машино¬

предметы

домаш¬

др.).

принята следующая: первая буква Н
принадлежность сплава к никелевым. Последую¬
обозначают содержащиеся в сплаве элементы: М
железо. Содержание этих
цинк, Ж
марганец, Ц

Маркировка
щие

назначения

ответственного

из

указывает

свойствами

в

сплавов

на

буквы

медь, Мц

в
процентах указывают
следующие за буквами
цифры. Например, сплав манганин НММц85-12 содержит около
85% меди, 12% марганца, остальное
никель; сплав монель
НМЖМц28-2,5-1,5 содержит около 28% меди, 2,5% железа, 1,5%
марганца, остальное никель. Согласно ГОСТ 492 52, монель
НМЖМц28-2,5-1,5 применяют для изготовления изделий высо¬
элементов

кой прочности и

коррозионной стойкости;

НМцАК

изготовления

хромель НХ9,5

и

алю-

нейзильбер
НМц65-20
для коррозионностойких изделий, мельхиор НМ81
для бытовых деталей и коррозионностойких изделий, манганин
мель

НММц85-12

для

для реостатов.

§
Алюминий

лубоватым
плавления

термопар,

42. Алюминий

легкий

оттенком.

его

сплавы

серебристо-белого

металл

Удельный

658,7°, температура

и

вес

его

кипения

цвета

с

го¬

2,7 г/см3, температура
2500°. Алюминий

кристаллическую решетку гранецентрированного куба.
алюминия
Удельное
электросопротивление

0,030 ом-мм2м. В отожженном состоянии
малой прочностью
(а* =8 12 кГ/мм2)

алюминий

имеет

0,028
обладает

и
твердостью
(НВ
большой
пластичностью
(6 35 45%). Имеет
кГ/мм2),
высокую коррозионную стойкость в пресной воде, атмосфере и
в некоторых других условиях, так как образующаяся на поверх¬

25

но

=

ности алюминия пленка защищает металл от

дальнейшего

окис¬

ления.

Благодаря высокой электропроводности и пластичности алю¬
миний широко применяется в электропромышленности для изго¬
товления шин, проводов, кабелей.
В авиапромышленности алюминий используется для изго¬
товления труб, маслопроводов и бензопроводов, в пищевой про186

изготовления фольги; широко применяется
посуды. Алюминий используется также в ка¬
честве раскислителя
при
производстве стали. Металлический
алюминий получают путем электролиза смеси кристаллического
глинозема А1203 и криолита Na3AlF6 при температуре 950 970°
в специальных печах-ваннах, работающих при силе тока 130
150 тыс. а и напряжении 4 4,5 в. Кристаллический глинозем
мышленности

для

для

изготовления

получают химической

содержащих до

70%

обработкой

глинозема.

бокситов

Алюминий

алюминиевых

нием получают также электротермическим способом в
электрических печах с проводящим подом. Этим путем
ляется

70% Si

сплав,
и

называемый

30 60% А1,

руд,

и его сплавы с

силикоалюминием,

крем¬
дуговых
выплав¬

содержащий 40

которого изготовляют применяемые в
силумины. Силикоалюминий приме¬
няется также для получения чистого алюминия и для раскис¬
ления стали. Алюминий и кремний восстанавливают в электро¬
машиностроении

из

сплавы

и древесного угля.
реакции Si02 + 2C->Si + 2C0.
Алюминий восстанавливается по реакции А1203 + ЗС->2А1 +
-1-ЗСО; на 1 тсиликоалюминия расходуется 10000 12ОООас0т*<*.
Ниже приводятся некоторые марки алюминия и их пример¬
ное назначение согласно ГОСТ 3549 55.
АВ1 (99,90% А1) для электротехнических конденсаторов;
АВ2 (99,85% А1) для химической аппаратуры;
А00, АО (99,7 99,6% А1) для
фольги и проводников
печи

с

применением торфяного

Кремний

восстанавливается

электрического тока;
Al, А2 (99,5 99,0%

посуды для варки пищи;
АЗ (98,0% А1) для
Алюминиевые

кокса

по

А1) для

кабельных изделий,

фольги,

сплавов, лигатур и др.
имеют
небольшой

сплавы

удельный вес
(до 3 г/сж3), высокие механические свойства после термической
обработки, обладают коррозионной стойкостью, хорошей обра¬
батываемостью
Они делятся

и

хорошими литейными свойствами.
и
две группы: литейные
деформируемые

на

сплавы. Литейные алюминиевые сплавы применяются для полу¬
чения деталей путем отливки в земляные
металлические

формы,

формы

и

под

давлением.

Деформируемые

алюминиевые сплавы

применяют для получения листов, проволки, ленты, фасонных
профилей и различных деталей ковкой, штамповкой или прес¬
сованием.
Литейные алюминиевые сплавы. Важнейшими литейными
алюминиевыми сплавами являются сплавы алюминия с крем¬
нием, содержащие кремния от 6 до 13% и известные под общим
названием силуминов. Они содержат также и другие элементы
(медь, магний, цинк). Силумины обладают высокой жидкотекучестью и малой усадкой. Для получения плотной мелкозерни¬
стой структуры и повышенных механических свойств эти сплавы
187

подвергают модифицированию, которое заключается в обра¬
ботке расплавленного силумина металлическим натрием (0,1%)
или смесью фтористых солей натрия и калия в количестве около

2% (по весу)

от веса расплавленного металла.
Алюминиевые литейные сплавы согласно ГОСТ

2685 53
следующую маркировку: АЛ 1, АЛ2 и т. д., до АЛ 18В.
Для изготовления отливок простой и сложной конфигурации
широко применяется сплав АЛ2 (11 13% Si), упрочняемый мо¬
дифицированием без последующей термической обработки.
Сплавы АЛ4иАЛ5, содержащие кроме кремния (4,5 10,5% Si)
имеют

(0,17 0,6% Mg),

еще магний

(0,25 0,5%),

(0,3 1% Си)
модифицирования

медь

упрочняются путем

щей термической обработки.
Сплавы алюминия с магнием АЛ8
и

прочностью

только

Сплавы
Си).

0,5%

марганец

Mg)

имеют

литейные свойства, но обладают высокой
пластичностью
(а* =28 кГ/мм2, 6 9%). Приме¬

низкие

сравнительно
няются

(0,5 11%

и

и последую¬

=

после

термической обработки.

алюминия

с

Сплав АЛ7

медью
имеет

сплавы

АЛ7

сравнительно

АЛ 12

и

низкие

(4,0

литейные

но после термообработки приобретает высокую меха¬
ническую прочность. Сплав АЛ 12 имеет хорошие литейные свой¬
ства, тверд и хрупок; применяется без термической обработки.
Сплав алюминия с кремнием и цинком АЛ 11 имеет высокие
литейные свойства; для упрочнения подвергается модифици¬

свойства,

рованию.

Применяется

гурации.
Сплавы
в

литья
сплав

алйэминия

с

металлические

АЛ6).

крупных

для

получения

кремнием

и

формы

под

Сплавы АЛ4

и

сильнонагружаемых

и

до f 525±5° и
сплава

АЛ7

медью

для

применяются

давлением

(например,

АЛ5 применяют для изготовления
деталей. Термообработка этих

сплавов заключается в закалке t

±5°, для АЛ5
5 ч. Из
АЛ5

деталей сложной конфи¬

нагревом: для АЛ4 до t° 535±

выдержкой

для АЛ4

изготовляют детали,

15 ч, для

требующие

вы¬

предела текучести и твердости. Закалка сплава заклю¬
515±5° с выдержкой 10 15 ч. Темпе¬
чается в нагреве до *°
для
старения Г=150±5° с выдержкой 2 4 ч.
ратура нагрева

сокого

=

Из

сплава

АЛ8

ные

изготовляют

детали

приборов,

детали

машин,

условиях коррозии и несущих значительные удар¬
нагрузки. Закалка сплава АЛ8 ведется с нагревом до t°

работающих

в

и выдержкой 15 20 ч.1 Старению он не подвергается.
Деформируемые алюминиевые сплавы (обрабатываемые
давлением). Среди них различают сплавы, не упрочняемые термической обработкой, и сплавы, подвергаемые для упрочнения

435±5°

термической обработке. К группе
1

Закалка во всех случаях производится в горячей воде

ждение

188

сплавов, не упрочняемых тер¬

(после старения)

на воздухе.

(50 100°),

охла¬

мической

обработкой,

относятся

сплавы

алюминия

с

марганцем

марганцем. Они обладают умеренной
прочностью, имеют повышенную сопротивляемость коррозии,
высокую пластичность, хорошо свариваются. Применяются для
изготовления деталей, работающих в коррозионной среде, свар¬
ных деталей и деталей, получаемых глубокой штамповкой.
И

с

алюминия

магнием

Деформируемые

и

сплавы,

термообработкой,

упрочняемые

небольшой удельный вес (около 3 г/смг), обладают вы¬
сокой прочностью (ав до 70 кГ/мм2); широко применяются в ма¬
шиностроении и особенно в самолетостроении для изготовления
имеют

деталей.
Наиболее распространенным

ответственных

сплавом

этой группы

является

дюралюминий. В состав дюралюминия входят: медь (2,2 5,2%),
магний (0,2 1,6%), марганец (0,3 11%), кремний (0,4 1,3%),
железо (не более 0,7%). Средний химический состав дюралю¬
миния: Си 3 5%, Mg 0,5 1,8%, Мп 0,3 0,8%, Si 0,5 1,2%,
Fe до 0,1%, А1
остальное.
В соответствии с ГОСТ 4784 49, буква Д обозначает назва¬
ние
сплава
условный порядковый
(дюралюминий), цифра
номер сплава.
Основными
так как

они

компонентами

сплава

являются

и

медь

обработке увеличивают
СиА12 и Al2CuMg.

при термической

магний,

его

проч¬

образуя соединения
Термическая обработка дюралюминиевых сплавов (Д1, Д6,
Д16), после которой они приобретают наилучшие механические
ность,

свойства,

заключается в закалке их в воде с нагревом до тем¬
и последующем естественном старении при ком¬
500°
пературы
натной температуре в течение 4 7 суток. Для некоторых спла¬
вов старение ускоряют, применяя искусственное старение
на¬

грев до 100 150°. После закалки сплав приобретает максималь¬
ную пластичность, и в этом состоянии его обрабатывают давле¬
нием.

Данное

состояние

сплава

сохраняется

3

4

ч,

после чего

возрастает
(а0 =30
кГ/мм2), пластичность падает (6=17 24%).
Для защиты от коррозии листовой дюралюминий подвергают
покрывают слоем чистого алюминия путем со¬
плакированию
вместной горячей прокатки дюралюминиевой заготовки и накры¬
вающих ее листов чистого алюминия. Получается плакирован¬
ный дюралюминий.
Дюралюминий подвергается механической обработке в горя¬
чем (440 480°) и холодном состоянии; обработку в холодном

он

начинает

стареть:

прочность

сплава

47

состоянии

рекомендуется делать до старения.

Деформируемые
К

алюминиевые

сплавы

для

ковки

и

штам¬

марок АК2, АК4 и др. Цифра
назначение его
обозначает порядковый номер сплава, а буквы
повки.

ним

относятся

сплавы

(алюминиевый для поковок).
средний химический состав

В соответствии
этих

с

сплавов:

ГОСТ 4784 49,
Си
1,8 4,5%;

189

Mg 0,4-0,8%;
1,2%;
6 4
=

ния
для

остальное

Mn 0,4 0,8%; Ni 1,8 2,3%; Fe0,5 1,0%; Si0,5
Al. Механические свойства; ae=34 38 кГ/мм2\

8%. Ni

вводится в небольших количествах для увеличе¬
Эти
сплавы применяются
прочности сплава.
ло¬
изготовления
поршней авиационных моторов

вязкости

и

(АК2),

пастей

винтов,

двигателей

картеров

и

(АК6)

других деталей

машин.

Для увеличения прочности

обработке

закалке

старению при 150 160°

самый легкий

таллов; его

удельный

Кристаллическая
прочности в
удлинение 6

вес

из

и

его

всех

сплавы

магния

состоянии

Ов

в

применяемых

1,74 г/см3, температура

решетка

литом

до

течение

43. Магний

§
Магний

в

подвергают термической
510 530° и последующему
15 17 ч.

поковки

с нагревом

технике

илавления

гексагональная.

=10 13 кГ/мм2,

ме¬

650°.

Предел

относительное

3,6%.
Чистый магний имеет малую устойчивость против коррозии,
=

обладает высокой активностью при взаимодействии с кислоро¬
дом, при высокой температуре легко окисляется и горит ярко¬
белым пламенем; он находит применение в фотографии, в пиро¬

(для

технике

материал
зуется в

не

осветительных

применяется. В

виде

сплавов с

эффектов). Как конструкционный
промышленности магний исполь¬
марганцем, цинком и дру¬

алюминием,

гими элементами.

Все
имеют

магниевые

сплавы

хорошо

обрабатываются резанием и
(ав до 20 кГ/мм2). Лег¬

сравнительно высокую прочность

кая окисляемость

необходимость
слоем

флюса

ниже,

чем

ниевых

и

самовоспламеняемость при плавке вызывают
и
разливать магниевые сплавы под
вакууме. Литейные свойства сплавов магния

плавить

или в

алюминиевых

сплавав

в

них

Для улучшения свойств маг¬
количества бериллия,

сплавов.

вводят

небольшие

и других элементов.
Все магниевые сплавы делятся

титана

на

литейные

и

деформируе¬

мые.

Литейные

магниевые

значаются марками
значают магниевые

ковый

номер

сплавы

МЛ1, МЛ2

согласно

и т. д., до

литейные сплавы;

ГОСТ 2856 55 обо¬
МЛ6. Буквы МЛ обо¬

цифры

показывают поряд¬

сплава.

Сплав MJI2 применяется для изготовления горловин бензо¬
баков и несложной бензомасляной арматуры. Содержание
основных
элементов
(в %): А1<0,1; Zn<0,5; Mn 1 2;
Si^0,10. Сплавы МЛ4 и МЛ5 применяют для изготовления
корпусов приборов, деталей самолетов, двигателей, корпусов
фотоаппаратов и др. Сплав МЛ4 содержит основных элементов
(в %): А1 5,0 7,0; Zn 2,0 3,0; Mn 0,15 0,5; Si^0,25. Сплав

190

(в%):

MJT5 содержит основных элементов
0,8; Мп 0,15 0,5; Si ^0,25.

А1 7,5 9,3; Zn 0,2

Деформируемые магниевые сплавы (обрабатываемые дав¬
по химическому составу незначительно отличаются от
литейных. Обозначаются марками MAI, МА2 и т. д., до МА6.
Обработке давлением подвергаются в нагретом состоянии.
Сплав МА1 имеет высокую пластичность в горячем состоянии и

лением)

удовлетворительную в холодном, хорошо сваривается и имеет
более высокую коррозионную стойкость по сравнению с другими
магниевыми сплавами.

термической обработки является наиболее
сравнению с другими (ав=30 кГ/мм2), (6 8%,

Сплав МА6
по

прочным

после

=

НВ 56) и применяется для изготовления кованых и штампован¬
ных деталей, несущих повышенные нагрузки. Его окончательная
термообработка заключается в закалке при температуре 410
425°

с охлаждением на воздухе.
Для повышения механических свойств сплавов MJ14, MJ15
также применяется термическая обработка, заключающаяся в
нагреве до температуры 380° (MJI4) или 420° (MJ15), охлажде¬
нии на воздухе и последующем старении при температуре 180°
в

течение

14 16

ч.

Благодаря

малому удельному весу магниевые
роко применяются в машиностроении, несмотря на

деталей

изготовления

нология

товления

деталей

из

§

из

и

ши¬

что

тех¬

них сложнее технологии

алюминиевых

44. Титан

сплавы
то,

изго¬

сплавов.

его

сплавы

Новым металлическим материалом, занимающим видное
место в машиностроении, являются титан и сплавы на его ос¬
нове. Это серебристо-белый металл с температурой плавления
1660° и удельным весом 4,5 г/см3. Технический титан высокой
чистоты содержит не более 0,1% примесей (Fe; Mn; А1; С; Si; Ni),
имеет невысокую прочность, хорошую пластичность, по свойствам
чистому железу; с углеродом образует очень
твердые карбиды титана. Титан удовлетворительно обрабаты¬
вается давлением
(ковкой, прессованием, прокаткой), свари¬

приближаясь

вается

к

дуговой сваркой

в

атмосфере

защитных газов. Имеет вы¬

сокую стойкость против коррозии в пресной, морской воде и в
некоторых кислотах. Примеси резко повышают прочность, одно¬

временно снижая пластичность титана. Изготовляемый
технический титан, содержащий до 0,5% примесей

Ьв =55 75 кГ/мм2\
риалы

в

6

=

в

20 25%. Как конструкционные

машиностроении применяются сплавы

СССР
имеет:
мате¬

титана с ванадием,

молибденом, хромом, марганцем, вольфрамом, танталом, нио¬
бием, углеродом, алюминием, оловом. Наибольшее применение
191

сплавы титана с алюминием, хромом, ванадием и угле¬
родом.
Эти сплавы имеют высокие механические свойства: вв =
=
100 110 кГ/мм2; 6= 10 15%, которые можно повысить еще
более термической обработкой и наклепом. Помимо высокой
имеют

и

прочности
сплавы
ных

малого

и

средах

жаропрочностью.

щий 3% хрома
400°.

удельного

веса

(4,5 5,2 г/см3)

обладают высокой коррозионной стойкостью

Высокая

и

5%

Например,

сплав

титановые
в

агрессив¬

ВТЗ, содержа¬

алюминия, обладает жаропрочностью до
сплавов в сочетании с коррозионной

прочность

стойкостью,

жаропрочностью и малым удельным весом делает
материалом для машиностроения. Сплавы на основе
титана применяются в авиастроении, судостроении, в реактив¬
ной технике и других отраслях современной техники.
их ценным

§

45. Подшипниковые

(антифрикционные)

сплавы

Для уменьшения трения вращающихся частей (валы, оси)
в

машинах

части

из

непосредственно соприкасающиеся

вкладыши

подшипников

с

скольжения

антифрикционных материалов.
Материал вкладышей подшипников должен

ними

трущиеся

изготовляются

специальных

дующими

1)

обладать

сле¬

основными свойствами:

иметь достаточную

пластичность

для

лучшей прирабаты-

поверхности вращающегося вала и твердость, не вы¬
зывающую сильного истирания вала, но достаточную для вкла¬
ваемости к

дыша как для опоры вала;

2) придавать рабочей
лярность,

3)

т.

иметь

поверхности вкладыша микрокапил¬
способность удерживать смазку;
малый коэффициент трения с материалом вращаю¬
е.

щегося вала.
Чтобы антифрикционные

сплавы

удовлетворяли

этим

требо¬

ваниям, они должны состоять из пластичной основы с 'равно¬
мерно рассеянными в ней более твердыми частицами, воспри¬
нимающими давление вала и работу трения. Во время работы

более

мягкая

вения

с

пластичная

основа

на

поверхности соприкосно¬
чего ее поверхность
относительно
понижается
ко¬
постепенно
частиц,
твердых
торые оказываются выступающими на поверхности. Результа¬
том этого является уменьшение трущейся поверхности, а сле¬
самого
довательно, и
трения; образуется сеть каналов, по
валом

изнашивается,

вследствие

которой циркулирует

смазка, охлаждающая трущиеся поверх¬
ности, а также уносящая продукты истирания подшипникового
сплава.
В качестве подшипниковых сплавов, в зависимости от скоро¬
сти вращения и удельного давления вала применяются следую¬
щие сплавы.
192

1. Антифрикционный серый чугун марок АСЧ-1, АВЧ-1 и др.
(ГОСТ 1585 57).
2. Подшипниковые сплавы на медной основе
бронзы. Ши¬
роко применяются бронзы Бр. ОСЦ 4-4-4, Бр. ОФ 6,5-1,5. Оловянистые
бронзы допускают большие удельные давления и
используются для тяжелых условий работы в ответственных под¬
шипниках.
Широкое применение имеет свинцовистая бронза
Бр. СЗО. У этих сплавов основная масса в затвердевшем состоя¬
нии представляет собой
твердую составляющую с расположен¬
ными в ней включениями мягкой составляющей. Они труднее
прирабатываются, но способны выдерживать высокие удельные
давления.
баббиты оловянные,
3. Белые антифрикционные сплавы
и
кальциевые
свинцовые,
др. Применяются для заливки вклады¬

1320 55, установ¬
антифрикционных сплавов: Б83,

шей подшипников. Согласно ГОСТ 1209 53 и
лены

следующие марки белых

Б16, Б6, БН, БС, БК, БК2. Буква Б указывает

(баббит),

название сплава

среднее содержание в
следующая за ней цифра
нем олова в процентах. Буквы Т, Н, С, К обозначают наличие в
баббите теллура, никеля, свинца, кальция.
Баббит Б16 применяют для электродвигателей, прокатных
для нефтяных двигателей метал¬
станов, дробилок и др., Б6
а

лообрабатывающих
и т. д., БК

станков,

вентиляторов,

шаровых

мельниц

вагонных подшипников, БН
для подшипни¬
ков тракторных и автомобильных моторов центробежных насо¬
сов,

гидротурбин

Наиболее
лых

для

и

др.

качественным

условий работы»

баббитом, применяемым

является

баббит

на

оловянной

для

тяже¬

основе

Б83. Его применяют для паровых

турбонасосов,

мощных

турбин, турбокомпрессоров,
электродвигателей и др.

Низкая температура плавления баббитов (420 540°) облег¬
применение для заливки подшипников.
В качестве подшипниковых применяются также пористые

чает их

металлокерамические сплавы,
рошков бронзы и графита или

изготовляемые
железа

и

прессованием по¬
графита. В порах этих

сплавов постоянно имеется запас масла, что снижает износ под¬
шипников и вала.

Для замены дефицитных подшипников из металлических
сплавов применяются неметаллические материалы: пластмассы,

пластифицированная

7

Технология металлов

древесина

и

др.

ГЛАВА VIII
КОРРОЗИЯ

Коррозией
мического

1

называется

МЕТАЛЛОВ

и

сплавов

действия

их

коррозии

металлов и сплавов являются

с

кислот

могут служить ржавление
на

электрохи¬
взаимо¬

вследствие

окружающей средой. Разрушающей средой при

водные растворы солей,
налета

или

химического

процесс

металлов

разрушения

алюминиевых

и

стали или

сплавах

кислород воздуха, газы,

щелочей. Примером коррозии
и

чугуна,

образование белого

зеленого

налета

на

медных

результате коррозии выводится из
строя громадное количество металлических изделий, механизмов
и

и

бронзовых

машин,

что

изделиях.

наносит

§

В

большой

ущерб

хозяйству.

народному

46. Разновидности коррозии

Различают два основных вида коррозии: химическую и
электрохимическую.
Химическая коррозия возникает в результате действия на
поверхность металлов и сплавов атмосферы воздуха, сухих газов
и жидкостей, не проводящих электрического тока (бензин, масла
и др.). Пример химической коррозии
окисление выхлопных

двигателей, работающих

клапанов

на жидком и газообразном
внутренней арматуры механизи¬
термической обработки. Металлические из¬

топливе, колосниковых решеток,

рованных печей для

делия, находящиеся в цехах и

на складах,

пературе также покрываются пленкой
ствия кислорода воздуха).

Коррозия,
металла

возникающая

газовой

зывается

образуются

содержится

при

влага,

няется

ее

цвет:

появляются

на

быстро. Так

как в

коррозия

обычно

пленка

С

повышением

становится

все

уже

цвета

на

газов,

на¬

поверхности

атмосфере

всегда

сопровождается

температуры

окис¬

при этом ме¬
стальных изделий

побежалости.

разъедание.

воздей¬

счет

толще,

поверхности, например,

известные

(за

металл

очень

1 От латинского слова
коррозио

194

на

газовая

электрохимической коррозией.
ление усиливается,

действии

Окисные, пленки

коррозией.

тем¬

при нормальной

окислов

При

высоких

температурах

окисление

образуются

окислы

в

На искусственном
основаны

получении
способы

некоторые

особенно

протекает

интенсивно,

и

виде окалины.

и

сплошных

защиты

прочных

металлов

от

пленок

химической

коррозии.
Электрохимическая коррозия развивается при действии на
металл электролитов, т. е. жидкостей, проводящих электриче¬
ский ток. Такими жидкостями являются водные растворы солей,
кислот

сфере,

или

касаются
на

щелочей. Сюда

относится также коррозия в атмо¬
воздухе находятся водные пары, которые сопри¬
поверхностью металлических изделий и действуют
электролит, что и вызывает электрохимическую кор¬

так как в
с

них как

розию.
Во всех

таких случаях явление

коррозии связано не только с
процессами, но сопровождается также элек¬
трическими явлениями, для которых большое значение имеет так
называемый электродный потенциал металла. Если металл,
чисто химическими

например кусок
его атомов

железа,

перейдет

тодов),

а

сам

в

металл

погрузить

в

воду,

небольшая

часть

раствор в виде положительных ионов (ка¬
обогатится электронами. Разность потен¬

поверхности соприкосновения металла
и характеризующая способность
металла к растворению, называется электродным потенциалом.
Величина его для данного металла зависит от состава электро¬
лита; если погрузить металл в нормальный раствор его соли,
получится нормальный электрический потенциал. Электродные
циалов, создающаяся

с

жидкостью

на

(электролитом)

потенциалы металлов определяются экспериментально, по отно¬
к водородному потенциалу, значение которого принято
за нуль. В соответствии с этим все металлы по их нормальному

шению

потенциалу можно расположить примерно в следующем порядке:

Калий
Кальций

Магний
Алюминий
Марганец
Цинк
Хром

Железо
0,44
Кадмий
0,40
Кобальт
0,29
Никель
0,23
Олово
0,16
Свинец
0,122
Водород ± 0

2,92

2,76
1,55
1,33
1,10
0,76
0,56

Металлы, расположенные
ряются

потенциал.

металлические ионы
из

Если,

(раствор
7*

Ртуть
Серебро
Золото

+
+
+
+

0,334
0,799
0,80
1,36

этой системе до водорода, раство¬

больше, чем больше отрицательное значение их по¬
Металлы, следующие после водорода, имеют положи¬

тельный
них

Медь

тем

тенциала.

на

в

Сурьма +0,1
Висмут + 0,221

Они

слабой

отличаются

(катионы)

другого
нормального раствора соли.

например,
соляной

цинк

кислоты)

и

медь
и

растворимостью;

металла откладываются

помещены

соединены

в

электролит

проводником,

т.

е.
195

создан

гальванический

элемент

(фиг. 69),

за счет перехода
электролит разру¬
шается тот металл, который имеет более низкий
(отрицатель¬
ный) электродный потенциал и из которого ток выходит в элек¬
тролит, в данном случае цинк. Освободившиеся в цинке элек¬
троны текут по внешнему проводнику к меди. Металл с более

положительно заряженных

ионов

то

металла

в

(положительным) электродным потенциалом, в дан¬
случае медь, притягивает к себе положительно заряжен¬
ионы водорода электролита. Электроны меди соединяются

высоким
ном

ные

с

Поток электронов

ионами

Таким
менте

образом,

металл,

шается,

и

водорода

а

в

нейтрализуют

гальваническом

их.
эле¬

являющийся анодом, разру¬
являющийся катодом,

металл,

нетронутым и служит только ме¬
разряда
(нейтрализации) положи¬
тельно заряженных ионов электролита.
Коррозия металлов и сплавов в электро¬
лите протекает по тому же принципу, по
какому работает гальванический элемент.
Это объясняется тем, что металлы и спла¬
остается

стом

вы

неоднородны по химическому составу и
представляют собой совокупность различ¬
ных составляющих (фаз): твердого раство¬
ра, эвтектики, химических соединений. Раз¬
личные
структурные составляющие обла¬

Фиг. 69. Схемы рабо¬

дают

ты

При

разным электродным потенциалом.
погружении сплава в электролит одни
участки сплава, обладающие низким потен¬

гальванического
элемента.

циалом,

шаться,

а

тодами и

с

явятся
высоким

другие участки,
сохранятся неизменными.

анодами

и

будут разру¬
будут ка¬

потенциалом

Поэтому сплавы, в структуре которых имеется несколько фаз,
обладающих различными потенциалами, представляют собой
многоэлектродный микроэлемент и легко поддаются коррозии.
Состояние

среды

может

металла

по

отношению

быть активным

характеризует его
активно железо в

к

действию определенной
Активное состояние

или пассивным.

разрушение

в

коррозионной среде; например

окислительной среде при высокой, темпера¬
называется такое состояние металла,
Пассивностью
туре.
при ко¬
тором он не корродирует в определенной среде. Это объясняется
образованием на поверхности металла защитной пленки из окис¬
лов металла

(например,
А120з

цвет побежалости на поверхности стали

поверхности алюминия), предохраняющей
его от коррозии. По внешним признакам коррозионные
разру¬
шения можно разделить на три вида: поверхностную
(равномер¬
ную), местную и межкристаллитную (интеркристаллитную) кор¬
или

пленка

розию.
196

на

Поверхностная коррозия характеризуется равномерным раз¬
рушением металла или сплава по всей поверхности (фиг. 70, а).
Этот вид коррозии наиболее часто наблюдается у чистых метал¬
лов
в
сильнодействующих средах, препятствующих образова¬
нию защитной
пленки, и у
однородных твердых
рас¬
творов.
Местная
ха¬
коррозия
рактерна разрушением ме¬
талла на
отдельных
участ¬
ках поверхности
(фиг. 70, б).
При частичном разрушении
защитной пленки, при на¬
личии в сплаве местной не¬
и
однородности,
царапин
других дефектов поверхно¬
сти, обычно возникает мест¬

ная

коррозия.

Межкристаллитная

кор¬

розия

характеризуется раз¬
рушением металла по гра¬
ницам зерен (фиг. 70, в).

Такой вид коррозии
ся

самым

опасным,

разрушение,
метных

являет¬
так

не вызывая

изменений

на

как
за¬
по¬

верхности металла, распро¬
Фиг. 70. Виды коррозионных разруше¬
страняется глубоко внутрь,
ний металла: а
явиться
что может
равномерная корро¬
причи¬
местная
в
меж¬
зия; б
коррозия;
ной серьезных аварий. В ре¬
кристаллитная коррозия.
зультате нарушения связи
металлы
зернами
между
теряют металлический блеск, покрываются слоем продуктов
коррозии и выходят из строя. Наиболее подвержены межкрии
сталлитной коррозии алюминиевые сплавы
нержавеющие
2Х18Н9
в
частности
из-за
наличия
стали,
хромоникелевые

карбидных выделений на
Перечисленные виды

границе зерен.

коррозионных

разрушений

не

всегда

встречаются порознь. Бывают случаи, когда одновременно
стной наблюдается межкристаллитная коррозия.

§

47. Методы защиты

металлов от

с ме¬

коррозии

Насколько

разнообразны причины, вызывающие коррозию
металла, настолько должны быть разнообразны и методы борь¬
бы за сохранение металла и продление срока службы металли¬
ческих

изделий.
197

В Советском Союзе проведены большие работы по изучению
коррозионных явлений и разработаны методы защиты металлов
от коррозии.

Акад. В. А. Кистяковский, например, впервые об¬

от
коррозии может предохранить сам продукт
коррозии. Тончайшая пленка окислов, которая образуется на
стали или алюминии в результате действия воздуха, может пре¬
дохранить металл от дальнейшего окисления. Нанесение таких

наружил,

что

оксидирование

пленок

металлов

применяется для защиты
металлов
и

по

идет

только

не

их

замены

пути

относятся:

торым

мические

и

изделия из

В

в

стальных
по

защиты

пути

время широко

настоящее

изделий. Борьба
самих

с

коррозией

металлов,

коррозионностойкими материалами,

пластмассы,

к

но
ко¬

кварцевое стекло, каменно-кера¬

фарфоровые изделия,
угля и графита, резины,

кислотоупорные

эбониты

и

цементы,

другие матери¬

случаях, когда металл нельзя заменить неметалли¬
материалами, изготовляются металлические сплавы,
которые не подвергаются коррозионным разрушениям. Такого
рода сплавы, помимо коррозионной стойкости, обладают и ря¬
большой прочностью, износоустой¬
дом других пенных качеств
чивостью и др.
алы.

тех

ческими

Современные
делены

1)
2)

методы

защиты

от

коррозии

могут

быть

раз¬

на следующие группы:

покрытия

неметаллическими

металлические

веществами;

покрытия;

3) покрытия пленками окиси;
протекторная защита металлических конструкций;
получение, химически стойких сплавов.

4)
5)

Каждый из перечисленных методов имеет свои особенности,
технологию и область применения, обусловленную технологи¬
ческой и экономической целесообразностью выбранного метода,
а также назначением

конструкций

и

изделий,

подлежащих за¬

щите от коррозии.

Покрытия

неметаллическими веществами.

неметаллических

покрытий

относятся:

К разновидностям

краски

и

лаки,

эмали,

гуммирование.
Лакокрасочные покрытия по составу можно разделить на
три вида: масляные краски, лаки и эмалевые краски. Область
применения лакокрасочных покрытий весьма велика; она соста¬
вляет 65 80% всех способов защиты от коррозии.
Эмали по своим физическим свойствам и химическому соста¬
смазки,

ву

нерастворимые

силикаты

ло, эмали отличаются

типа

стекла.

высокой стойкостью

Как

и

всякое

стек¬

в

условиях атмосфер¬
ной коррозии, воздействия воды, растворов солей, минеральных
и органических кислот, газов и переменного действия высоких
и

низких

температур.

Эмалирование

для защиты стальных и чугунных
ности
№

и

чаще

всего

применяется

изделий пищевой промышлен¬

химической аппаратуры. Эмалевая

масса

наносится

на

покрываемое изделие

в тестообразном виде, либо нагретые из¬
припудриваются сухим порошком. Покрытые изделия
в печь, где эмаль оплавляется при температуре
помещают

делия

1200 1300°, после чего им дают медленно
покрытий
хрупкость слоя.

остыть.

Недостаток

эмалевых

Смазки применяют
зии

главным

образом

изделий, инструмента

готовых

для защиты от корро¬

различного оборудования
при хранении на складах, транспортировке и в тех случаях,
когда защищаемые изделия не эксплуатируются, не подвер¬
гаются механическим и
температурным воздействиям и должны
сохраняться в течение длительного срока в условиях, обычно
вызывающих
атмосферную коррозию. Широкое применение
имеют

следующие

смазки:

ная смазка для стальных

и

цилиндрового

масел

и

технический

вазелин,

антикоррозион¬

изделий, содержащая 75%

машинного

(в равных долях), 5% канифоли

и

20%

Для получения хороших результатов
поверхности изделий перед покрытием смазкой должны быть
технического

вазелина.

тщательно очищены от

загрязнений.

металла резиной или эбонитом
широко применяется во многих отраслях химической промыш¬
ленности для предохранения от коррозии аппаратуры, для за¬

Гуммирование

покрытие

внутренней поверхности железнодорожных цистерн при
транспортировке кислот и т. п.

щиты

Металлические покрытия. Защита металлов от коррозии по¬
один из старей¬
средством покрытия слоем другого металла
ших способов. Нанесение металла на поверхности изделий мо¬
жет

производиться различными путями: горячим способом,

ваническим

галь¬

(в электролитах), диффузионным, металлизацией

и

плакированием.
Горячий способ

заключается в том, что изделие погружают
ванну с расплавленным металлом. Практическое применение
имеют горячие покрытия цинком
(цинкование), оловом (луже¬

в

ние)

и

свинцом

(свинцевание),

а

также

их

сплавами.

Цинкование применяется

для покрытия кровельного железа,
д. Процесс цинкования выполняется

водопроводных труб и т.
в металлических ваннах с огневым или электрическим подогре-.
Ванны
вом.
теплоизолированы
кирпичной кладкой. Рабочая

температура расплавленного цинка должна быть 450 480°.
Толщина цинкового покрова зависит от состава ванны, приме¬
няемого режима работы и формы изделий и колеблется от 0,06
до 0,13 мм. Этот способ очень простой и производительный, но
неприменим, например, для закаленных изделий, нагрев кото¬
рых при нанесении покрытия будет сопровождаться отпуском.
также
невозможность
является
Недостатком
регулирования
толщины слоя покрытия.
Лужение представляет собой процесс нанесения на металли¬
ческие изделия слоя олова. Оно производится путем погруже¬
199

ванну, где температура расплавленного олова
поддерживается 270 300°, или нанесения расплавленного олова
на подогретую поверхность изделия.
Наибольшее применение
получило лужение в пищевой промышленности (белая жесть
для консервной тары, котлы для варки пищи и т. п.). Олово,
предназначенное для лужения, должно быть очень чистым и со¬
держать не более 0,14% примесей.
ния

в

изделия

Свинцевание применяется для предохранения от коррозии
труб и другой аппаратуры химической промышленно¬

реторт,
сти.
цом

Рабочая температура ванны при покрытии чистым свин¬
350°. Толщина защитного слоя свинца должна
около

составлять

0,5 0,7

мм.

Для устранения пористости

освинцован¬

ные листы прокатывают между стальными валками. Часто при¬
сплавами.
Такое
меняют
свинцово-оловянистыми
покрытия
покрытие в отношении прочности сцепления
уступает оловянному.
Гальванические покрытия

металлами

в

и

пластичности

целях

защиты

не

от

коррозии получили в настоящее время широкое применение, так
как дают возможность легко регулировать толщину слоя за¬
щитного

металла,

требуют

нагрева

шего

металлы,

не

покрытия хоро¬
применяются цинкование,

защитные

дают

широко
омеднение,

лужение,

цветные

расходовать

и

ванны

Наиболее

качества.

кадмирование,
вание и др.

экономно

никелирование, хромиро¬

Сущность гальванических покрытий основана на электро¬
лизе водных растворов солей того металла, который служит для
защищаемый металл завешивается в
покрытия. Прй этом
ванну в качестве катода, а анодами являются либо пластины
из

который используется

металла,

растворимого

в

данном

покрытия, либо из не¬
металла
(чаще всего из

для

электролите

или стали) так называемые нерастворимые аноды.
Технология покрытия в электролитах предусматривает ряд
травление, обез¬
операций по подготовке поверхности деталей
жиривание, тщательность проведения которых в значительной
степени обусловливает качество сцепления покрытия с основным

свинца

металлом.

Примером

гальванического

рование. Чтобы покрыть
таль

из

ток

слоем

служить хроми¬
хрома, готовую де¬

в

кислота

раствора хром осаждается

ким

может

подогретый хромовый раствор (хромовый
и вода), и через раствор пропускают
низкого напряжения (10 12 в). Выделяющийся

помещают

ангидрид, серная
постоянный

покрытия

сталь тонким слоем

на

и покрывает его тон¬
покрытие обладает высокой

изделии

(до 0,07 мм). Хромовое

твердостью, износоустойчивостью, жаростойкостью и создает
зеркальную поверхность. В атмосферных условиях хром не туск¬
неет.
Хромирование применяется как защитно-декоративное
покрытие (с подслоем меди или никеля вследствие пористости
200

а

хромового осадка),
покрытие

стойкое

также

для

там,

где

штампов,

требуется

весьма

измерительного

износо¬

инструмента

и др.

Диффузионный
деталей

способ состоит

в поверхностном насыщении
веществами, вступающими с металлом в

различными

химические

соединения,

устойчивые против коррозии. Промыш¬

получили следующие виды диффузионной за¬
щиты: азотирование, алитирование, хромирование и силицирование, описание которых дано в гл. V.
Металлизация (набрызгивание) является процессом нанесе¬
на
ния
поверхности изделий расплавленного и распыленного
Этим методом
металла.
значение

ленное

можно

крытие

производить
алюминием,

лезом,

цинком,

по¬
же¬

медью

Распыленный
др. Наносимый металл металл
в
подается
виде проволо¬
и

в
металлизационный
рас¬
аппарат-пистолет,

ки

плавляется
или

менем

дугой

газовым

электрической

и

распыляется
воздухом (фиг.

тым

Вылетающие
та

ность

изделий

на
и

71).

частицы

наносятся

чайшим слоем

сжа¬

пистоле¬

из

мельчайшие

металла

пла¬

тон¬

'

Воздух
Ацетилен
Кислород

поверх¬

образуют

Фиг. 71. Металлизационный пистолет
целе¬
сообразно применять для покрытия крупных изделий, которые
трудно обрабатывать другими методами. Потери металла при
покрытии вследствие угара и плохого приставания частиц к по¬
покрытие.
Металлизацию

крываемой
ходуемого

поверхности

Покрытие способом

среднем 25%

от веса

рас¬

плакирования,

или получение

биметалла,

заготовки

наложенными

на

производится прокаткой
стами

составляют в

металла.

другого

металла.

Наиболее

с

часто

ние железа медью, алюминием, никелем и

дюралюминия

от

коррозии

его часто

нее

ли¬

применяют плакирова¬
латунью. Для защиты

плакируют

чистым

алюми¬

того, плакирование широко применяется с защитно¬
декоративными целями и для экономии цветных металлов; при¬
мером может служить плакирование железа и меди мельхиором,
нием.

Кроме

а также меди и латуни

серебром

и золотом.

Средняя

толщина

защитного слоя при плакировании в целях защиты от коррозии
колеблется от 0,04 до 0,10 мм,
201

Защита

окиси.

пленками

обработанных деталей

Для

получения

неметаллических

няются оксидирование и

на

пленок

поверхности

широко

приме¬

фосфатирование.

наиболее распространенный вид защиты от
Оксидирование
коррозии для черных металлов, алюминия, магния и их спла¬
вов. Оно применяется для покрытия деталей точных приборов,
станков, в

оружейном

деле и для

изделий, работающих

атмо¬

в

условиях, в тех случаях, когда другие виды покрытия
неприменимы.
Для оксидирования применяются ванны с электроподогре¬
Наиболее распространенный состав, дающий оксидную
вом.
пленку высокого качества: сода каустическая 700 800 г/л, се¬
литра натриевая 200 250 г/л, нитрид натрия 50 70 г/л. Рабо¬

сферных

130 140°. Продолжительность про¬
температура ванны
цесса 1 2 ч. В результате оксидирования изделия приобретают
красивый внешний вид и сине-черный цвет, в связи с чем этот
процесс иногда называется воронением. Коррозионная стойкость
чая

оксидной

пленки

невысока,

поэтому

требуется

покрытие смазками или минеральными
чить стойкость покрытия.

Фосфатирование
ром
в

на

воде

является

дополнительное
чтобы

маслами,

химическим

увели¬

процессом, при

кото¬

образуется пленка нерастворимых
фосфорнокислых соединений марганца и железа. Изде¬
поверхности

стали

загружаются в ванну, содержащую раствор
Рабочая температура раствора 95 99°, про¬
1 1,5 ч.
После фосфатирования
должительность
процесса
пленка светло-серого или
на поверхности изделия образуется
темно-серого цвета. Заключительная стадия процесса
погру¬
после

лия

очистки

фосфористой

соли.
.

жение
с

изделий

в

расплавленную смазку

или

покрытие лаками
с лакирова¬

последующей горячей сушкой. Фосфатирование

нием

считается

венных

одним

покрытий

из

самых

экономичных

и

высококачест¬

для стали; оно получило широкое распростра¬

нение во всех отраслях промышленности.

Получение
сплавы

химически

стойких сплавов.

Химически

стойкие

путем легирования элементами, повышаю¬
щими их стойкость против коррозии. Такими элементами яв¬
ляются: хром, никель, титан, вольфрам и др. В настоящее время
отечественная металлургическая промышленность выплавляет
нержавеющие, высокохромистые и хромистые стали, специаль¬
ные чугуны и т. п. Использование специальных сплавов дает
возможность обеспечить длительный
срок службы изделий и
получают

машин в условиях высоких температур и в других интенсивно
разрушающих металл средах.
Анодирование, или электрохимическое оксидирование, яв¬
ляется в настоящее время широко распространенным способом
защиты металлов от коррозии. Так, например, анодированные
изделия из алюминия и его сплавов обладают повышенной'твер-

202

достью,

износоустойчивостью

и

высокими

декоративными

каче¬

ствами.

анодирование алюминия и его сплавов чаще
производится в сернокислотных, хромовокислотных и ща¬
велевокислотных электролитах, в зоне постоянного или перемен¬
ного тока. Наибольшее распространение получило анодирова¬
ние в сернокислотном электролите. Оксидные пленки, получен¬

Промышленное

всего

ные

из

высокой
обладают
электролита,
этом расход электроэнергии
меньше, чем при анодировании в других электро¬

сернокислотного

.

стойкостью против коррозии, при
на

30 50%

Хромовокислотные электролиты анодирования рекомен¬
дуются для получения антикоррозионных пленок на изделиях
сложной конфигурации. Анодное оксидирование в щавеловой
литах.

кислоте

применяется

изоляционных,

а

Для анодирования
жащий 180 200 г/л

образом для получения
износоустойчивых пленок.

главным

также

алюминия

серной

используется

кислоты.

электро¬

раствор,

содер¬

Температура ванны должна
Процесс ведется при анод¬

пределах 15 23°.
1,5 2 а/дм2 с напряжением на ванне 13
20 в. Продолжительность анодирования 40 50 мин. Затем ано¬
дированные изделия (оксидные пленки) подвергают дополни¬
тельной обработке: уплотнению с целью повышения коррозион¬
ной стойкости и электроизоляционных свойств или декоратив¬
ной отделке
окрашиванию в различные цвета.
При декоративной отделке (окраске в любой цвет) изделия
тщательно промывают в теплой воде и подвергают дальнейшей
обработке в соляных растворах, причем выбор неорганических
и органических солей зависит от цвета окраски изделия. Про¬
должительность обработки в растворе составляет примерно 7
10 мин\ температура раствора 18 23°.
поддерживаться

в

ной плотности тока

РАЗДЕЛ ВТОРОЙ
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ГЛАВА

IX

ПЛАСТМАССЫ
Пластмассы

высокомолекулярные материалы,
из полимеров, получаемых

частично

полностью или

путем
ством

обладающих

и

на

некоторой

стадии

состоящие
химическим

переработки

свой¬

пластичности.

Полимеры

это

из нескольких
ческого

слова

одинаковых

«полимерес»

ряющийся).
Характерной

молекулы которых составлены
небольших молекул (от гре¬
многообразный, много раз повто¬

соединения,

тысяч

особенностью

пластмасс

является

их

способ¬

при определенных, температуре и давлении хорошо фор¬
моваться в изделия и сохранять полученную форму.
Применение пластмасс дает большие выгоды народному хо¬
зяйству. Так, 1 г пластмассы заменяет 3 т цветных металлов, а
детали из пластмассы в 10 раз дешевле бронзовых и в 15 раз
дешевле баббитовых. Пластмассовые детали снижают трудоем¬
ность

кость

обработки

в

7,5 10 раз

по

сравнению

с

обработкой

метал¬

лов

резанием.
Особое значение

приобретают

сокой

пластмассы, обладающие вы¬
свой¬

прочностью, легкостью, хорошими изолирующими
ствами, прозрачностью и другими ценными качествами.

или пластики, относятся к числу важнейших и
техники.
современной
прогрессивных
материалов
и масштабах развития этой отрасли химии свидетель¬
ствуют такие данные. Если в 1960 г. в СССР было получено
332 тыс. т пластиков, то к 1970 г. выпуск пластмасс должен со¬
около 20 млн. т.
ставить 5,3 млн. т, а в 1980 г.

Пластмассы,

наиболее
О темпах

§

48. Исходные материалы для производства пластмасс

Источниками

для изготовления пластмасс служат:
уголь, воздух. Эти источники доступны,
дешевы и практически неисчерпаемы.
Составными частями пластмасс, как правило, являются свя¬
зующее вещество, наполнитель, часто пластификатор и краси¬
тель.

природный

204

газ,

сырья

нефть,

Пластмассы
веществ

и

состоять

могут

в

зависимости

из

одного

этого

от

или
на

делятся

нескольких

простые

и

сложные.

Простые
например

из

пластмассы состоят в основном из одного вещества,

связующих смол, без наполнителя. К про¬
акрилат (органическое стекло), по¬

чистых

стым пластмассам относятся

листирол и др.
В состав сложных

пластмасс,

кроме связующих веществ,

пространенными

пластмассами

вхо¬

вещества, ста¬

пластификаторы, смазывающие
билизаторы, красители и специальные вещества.

дят наполнители,

Наиболее рас¬
этой группы являются фенопла¬

на
основе фенолформальдегидной смолы,
получаемые
этролы из эфиров целлюлозы и др. Основными составляющими

сты,

этих пластмасс являются связующие смолы, наполнитель и пла¬

стификатор.
Связующие

смолы

делятся

К искусственным связующим

на

искусственные

смолам

относятся

и

природные.

фенолформаль-

мочевиноформальдегидная и др., связующими смо¬
природного происхождения являются янтарь, шеллак, асфальты, канифоль и др.
Наполнители разделяются на органические и минеральные,
на порошкообразные, волокнистые и слоистые.
а по строению
Наиболее широко применяется в качестве наполнителя древес¬
ная мука.
Пластификаторы придают пластмассе пластичность и гиб¬
кость и
уменьшают ее хрупкость. Наиболее распространен¬
дегидная,
лами

пластификаторами

ными
и

др.
Смазывающие

являются

камфара, дибутилфталат

облегчают прессование пластиков
к
пластмасс
прилипание
горячим стенкам
предотвращают
пресс-формы во время прессования. К ним относятся стеарин,
воск и др.
Стабилизаторы способствуют сохранению всех первоначаль¬
ных свойств пластмассы.
вещества

и

Красители придают пластмассам необходимую окраску.
Соотношение основных составных частей пластмасс обычно
изменяется в следующих пределах: связующая смола состав¬
от 40 до 70%, смазывающие
ляет от 30 до 60%, наполнитель
от 1 до 1,5%; пластифика¬
от 1 до 2%, краситель
вещества
торы

и

составляют менее 1%.
(высокомолекулярные) вещества полу¬
низкомолекулярных с помощью реакций уплотнения:

другие вещества

Высокополимерные
чают

из

полимеризации

или

поликонденсации.

процесс соединения большого числа моле¬
кул низкомолекулярных веществ в одну молекулу. При этом не
происходит выделения какого-либо низкомолекулярного соеди¬
нения.

Полимеризация

205

Поликонденсация

процесс образования высокомолекуляр¬
результате соединения большого числа моле¬
кул низкомолекулярных веществ, происходящий с одновремен¬
ным
выделением
воды,
спирта, аммиака, хлороводорода или
других низкомолекулярных продуктов.
В зависимости от химических свойств применяемых смол
пластмассы, получаемые на их основе, подразделяются на две
основные группы: термопластичные и термореактивные.
Термопластичные массы. Термопластичные массы получают
на основе полимеризационных смол. Они не переходят в неплав¬
кое и нерастворимое состояние, поэтому их снова можно исполь¬
зовать для прессования. Термопласты обладают высокими элек¬
ного

вещества

в

троизоляционными

свойствами.

Пластические массы на основе полимериза¬
ционных смол. Наиболее распространенными полимеризационными смолами и пластиками являются полихлорвинил, орг¬
стекло, полистирол и др.

Полихлорвинил,

или
полихлорвиниловая смола, представ¬
собой продукт, получаемый в результате полимеризации
хлористого винила. Полихлорвинил обладает высокой химиче¬
ской стойкостью и стойкостью против истирания, что позволяет
употреблять его в производстве кожзаменителей и линолеума,
а также заменителей каучука и некоторых типов резины. Под
действием температуры и давления обладает способностью

ляет

свариваться.
Оргстекло
лимеризации
стекло

пластмасса, представляющая собой продукт по¬
метилового эфира метакриловой кислоты. Орг¬

совершенно прозрачно

бьющимся

и

потому

его

называют также не-

стеклом, или «плексигласом».

Полистирол

продукт

исключительно высокой

полимеризации

обладает

стирола,

водостойкостью, электроизоляционными

и оптическими
свойствами. Из него готовят детали радио- и
электроаппаратуры, оболочки высокочастотного кабеля и т. д.
Основной метод переработки полистирола в изделия
литье под

давлением.

Фторопласт,

или

политрафторэтилен,

имеет весьма

практическое применение в народном хозяйстве.

стойкости с ним не может сравниться
даже золото и платина. Он обладает

ни

одно

самым

широкое

По химической

другое вещество,

низким

коэффици¬

ентом

трения, что позволяет создавать машины, не требующие
смазки. Из фторопласта получают изделия любых
размеров и
форм, в том числе такие, как тончайшее волокно, трубки с вну¬
тренним диаметром 0,3 мм, пленки толщиной 3 5 мк, стекло¬
ткань, пропитанная фторопластом, и др. Особой популярностью
пользуется фторопласт-3 и фторопласт-4. Из фторсодержащих
каучуков изготовляют самые теплостойкие, самые химически
стойкие и самые износостойкие резины и т, п.
206

Пластические массы на основе эфиров цел¬
люлозы. В основе этих термопластов лежат простые и слож¬
ные эфиры
целлюлозы:
нитроцеллюлоза, ацетилцеллюлоза и
этилцеллюлоза.

Из нитроцеллюлозы

различные лаки, эмали и
этролы
др. Целлулоид представляет
собой твердый раствор нитроцеллюлозы в камфаре, которая
придает материалу эластичность. Целлулоид используется для
пластмассы:

изготовляют
и

целлулоид,

фотопленок, безосколочного стекла трип¬
лекс, изделий ширпотреба и т. п.
Ацетилцеллюлозу сложный эфир целлюлозы и уксусной
кислоты
применяют для изготовления светостойких, прозрач¬
ных и негорючих пленок: кинопленки, светофильтров, лаков, ис¬

изготовления кинолент,

кусственного шелка и др.

Этилцеллюлоза
шей

химической

является простым эфиром
стабильностью. Пластмасса

и

отличается
на

основе

луч¬
этил-

обладает хорошими электроизолирующими свой¬
ствами, высокой атмосфероустойчивостью, стабильностью раз¬
меров и стойкостью к ударным нагрузкам при низких темпера¬
целлюлозы

турах.
Слоистые пластмассы

из

изготовляются

веществами:
истые

фенолформальдегидными
тканевой

на

материалы

и

основе

волокни¬

листовых

наполнителей, пропитанных различными

стых

связывающими

другими смолами. Сло¬
называют

текстолитом,

гетинаксом; используются асбест (ас¬
бумажной основе
ботекстолит), стеклянная ткань (стеклотекстолит), древесный
шпон (древеснослоистый пластик или дельтадревесина).
Асфальто-пековые пластмассы представляют собой компози¬
ционные пластики, в состав которых входят природные асфальто-битумные материалы, или пеки, и различные наполнители
а

на

хлопковые

ратурой
кость

и

очесы,

асбест

и

т.

размягчения (около
к

стойкость

товляют

п.

Они

70°С),

действию

кислот

низкой темпе¬
высокую водостой¬

отличаются

но имеют

и

щелочей. Из

аккумуляторные баки, кислотоупорные

них

трубы,

изго¬

изделия

для химической промышленности и т. д.
За последнее время советские ученые и инженеры в содру¬
жестве с новаторами разработали и внедрили в производство

среди них в первую очередь сле¬
гидропластмассу, пенопласты и капрон.
дует
Гидропластмасса МАТИ 1-4 состоит из полихлорвиниловой
эмульсионной смолы, дибутилфталата, вакуумного масла марки
ВМ-4 и стеората кальция. Гидропласт с большим успехом при¬
много новых видов

пластмасс;

отметить

меняется

в

станочных

зажимного усилия.
Пенопласты, или
ляют

на

основе

приспособлениях

в

газонаполнительные

качестве

передатчика

пластмассы,

изготов¬

полихлорвинила, мочевиноформальдегидных смол и др. Расплавленную смолу при высоком
207
полистирола,

давлении насыщают газами, в результате чего

образуется

снежная ячеистая пена. Она может быть твердой,

бело¬

как стекло,

и

мягкой, как резина. Пенопласты имеют объемный вес от 0,02 до
0,8 г/см3, высокие тепло- и электроизолирующие свойства, яв¬

Применяются

прекрасным звукопоглотителем.
частотной технике, для изготовления

ляются

климата

и

т.

Капрон

камер

в

высоко¬

искусственного

п.

синтетическое

волокно,

получаемое

из

высокомо¬

лекулярного продукта полимеризации капролактона путем продавливания расплавленной массы через отверстия
фильеры с
последующим охлаждением. Капрон отличается высокой проч¬
ценными свой¬
водопоглощением и другими
ностью, малым
ствами.

Термореактивные

Термореактивные

массы получают
Они отличаются тем, что
в процессе прессования при действии повышенных температур
(150 175°) претерпевают ряд внутренних химических измене¬
ний и становятся необратимыми к перепрессованию.
смолами
являются
Важнейшими
поликонденсационными
на

массы.

основе поликонденсационных смол.

фенолформальдегидные, мочевиноформальдегидные, грифталевые, кремнийорганические и др. В сочетании с различными
наполнителями и другими добавками эти смолы перерабаты¬
ваются в пластические массы, называемые фенопластами.
Фенопласты
весьма
распространенные
термореактивные
на основе фенолоальдегидных смол,
изготовляемые
пластики,
часто называемых бакелитами. Основным сырьем для производ¬

фенолоальдегидных смол служит фенол (карболовая кис¬
лота). Фенол выделяют из каменноугольной смолы, а также по¬
лучают синтетическим путем из бензола. Кроме фенола приме¬
ства

няют

родственное ему соединение

также

каменноугольной

из

смолы.

крезол, который получается

Другое

вещество,

образую¬

получают путем окисления метилового
спирта. Прессовочные порошки изготовляют путем смешивания
фенолоальдегидных смол с наполнителем, представляющим со¬
бой порошкообразное или волокнистое вещество. В качестве
порошкообразных наполнителей используют древесную муку,
тальк, мел или асбест, измельченный в порошок. Волокнистым

щее смолу

альдегид,

наполнителем служат
изготовлении

При

наполнителя,

вводятся

асбестовые волокна,

пресс-порошков

в

пластификаторы,

бавки.
Аминопласты изготовляются

на

очесы

хлопка

и

др.

кроме смолы и
красители и другие до¬
смесь,

основе

мочевиноформальде-

Они обладают более
высокой, чем фенопласты, водопоглощаемостью, пониженной
теплостойкостью и высокой стойкостью к поверхностным элек¬
трическим разрядам. Прессуются аминопласты в порошкообраз¬

гидных и

208

меламино-формальдегидных

омол.

таблетированном виде при температуре
удельном давлении от 150 до 450 кГ/см2.
ном

или

в

130 165° и

Грифталь
широкоиспользуемая в электропромышленности
пластмасса, исходными продуктами для получения которой яв¬
ляются глицерин и фталевая кислота. Грифталевые смолы при¬
меняются главным
образом в производстве лаков и красок.
В машиностроении грифталевые лаки и эмали используются в
качестве защитных покрытий и
пр.
Кремнийорганические смолы отличаются высокими электро¬
изоляционными свойствами и большой термостойкостью. Они
способны без разрушения выдерживать температуры 200 350°
и выше. На их основе можно получать смазки, лаки, высокока¬
чественные прессованные изделия и т. п.
49. Классификация

§
В

пластмасс

от химической природы применяемой смолы
для ее производства, пластмассы раз¬
используемого
сырья,
деляются на четыре класса. В свою очередь, классы подразде¬
ляются на группы применительно к химической структуре этих
смол
полимеров. Каждая группа, в свою очередь, распреде¬
зависимости

и

ляется

на

виды

в

зависимости

от

химических

и

технических

Согласно ГОСТ 5752 51, пластмассы
классифицируются в такой последовательности.
Класс А. Пластмассы на основе высокомолекулярных
соединений, получаемых цепной полимеризацией. Пластмассы
класса А подразделяются на 9 групп: полимеры этилена, поли¬
меры галоилопроизводных этилена, полимеры алкилпроизводных
этилена и т. д. Указанные 9 групп, в свою очередь, разделяются
на 35 видов (этиленолоид, этиленолит, хлорвинилоид, хлорвинилит, изобутиленопласт и др.)*
Класс Б. Пластмассы на основе высокомолекулярных
наименований пластмасс.

соединений, получаемых поликонденсацией

меризацией. Пластмассы
32

класса

и

ступенчатой

Б подразделяются

на

поли¬

7

групп,
фенодреволит, ре-

(фенолит,
гифталь-слюдослой и др.)*
зорципоасболит,
Класс В. Пластмассы на основе природных химических
модифицированных полимеров. В класс В входит 3 группы поли¬
меров: пластмассы на основе простых, сложных эфиров целлю¬
включающих

вида

пластмасс

осминоцеллолит,

лозы

и

белковых

веществ.

Данные группы полимеров разде¬

7 видов
метилцеллопленка, этилцеллолит и др.
Класс Г. Пластмассы на основе природных и нефтяных

ляются

на

асфальтов, а также смол, получаемых переработкой различных
органических веществ. Этот класс состоит всего из 3 видов
пластмасс:

В

битумоцеллолит, пекоасбослой, битуминолит.

зависимости от

деляют

на

применяемого

чистые смолы

наполнителя пластмассы

(без наполнителя);

раз¬

композиционные и
209

слоистые.

Композиционные

локнистые

и

и наполнителя, как

на

делятся

порошкообразные,

крошки. Система
самой смолы.
прочнее
правило,

с наполнителем

в

виде

из

во¬

смолы

50. Свойства пластмасс

§

применение пластмасс в современной технике объ¬
характерными физико-химическими и механиче¬
свойствами.
Сравнительно небольшой удельный вес

Широкое
ясняется
скими

их

(0,5 1,8 г/см3), значительная механическая
фрикционные качества способствуют в

кие

применению

пластмасс в качестве

и

прочность

высо¬

случаях

отдельных

заменителей металлов

и спла¬

Пластики, например, используются как заменители бронзы,
олова и баббита, применяемых для изготовления подшипников.
вов.

Высокие электроизоляционные свойства позволили применять
пластмассы в электротехнической и слаботочной промышленно¬
в качестве диэлектриков. Они отличаются низкой
теплопро¬
водностью и хорошей химической стойкостью, растворяют кра¬
сители, и поэтому изделиям можно придать любой цвет.
К большим преимуществам пластмасс по сравнению с дру¬
сти

материалами относится простота получения из них деталей.
Из некоторых пластмасс, поступающих в производство в виде
порошков, путем прессования можно изготовлять изделия слож¬
ной конфигурации; к тому же пластики хорошо
обрабатываются
резанием.
Красивый внешний вид, светостойкость и блестящая поверх¬
ность способствуют широкому применению пластмасс для де¬
коративных целей в быту.

гими

§

51. Способы получения изделий

Основные способы
лия

штамповка

и

переработки

литье

прессование,

пластмасс

пластических

давлением,

масс

отливка

в

изде¬

формах,

в

др.

Прессование

позволяет

получать готовые изделия
ного

под

из

оборудования

за

одну

сложного

технологическую операцию
В качестве основ¬

профиля.

прессования пластмасс обычно
или механические прессы и

для

няют гидравлические

приме¬

пресс-формы.

В зависимости
вание

либо

с

от свойств применяемых пресспорошков
прессо¬
производится в нагретых или холодных пресс-формах
периодическим подогревом и охлаждением. Частными

случаями прессования

являются:

горячая

штамповка

(выдав¬

сравнительно несложных изделий из листо¬
вых
термопластичных материалов
(целлулоид, ограническое
стекло, ацетат целлюлозы и др.); выдувание или вакуумированиё
ливание,

в

вытяжка)

специальных

пластичных

формах

струбцин изделий
210

для получения полых

материалов;
из

формование

термореактивных

с

изделий из термо¬
шаблонов и

помощью

пластмасс типа

фаолита.

материла.

термопласичнг
6

материла;

термоакивнг
а

пресования:
процес в
Схема
72.

Фиг.
211

Общая

процесса прессования изделий из термопла¬
термореактивных материалов состоит в следующем
Подготовленные прессматериалы помещаются в
(фиг. 72).
полость пресс-формы. Затем пресс-форма закрывается; создает¬
ся давление, и изделие выдерживают при заданных температу¬
рах. Во время выдержки происходит отвердевание, т. е. переход
прессматериала в твердое, практически нерастворимое состояние.
После этого пресс-форма раскрывается и готовое изделие вытал¬
стичных

схема

и

вручную или с помощью
воздуха. Особенность процесса получения изделий из
термопластичных материалов методом прессования состоит в
том, что отвердевание отформованного изделия происходит с по¬
кивается специальным выталкивателем,
сжатого

нижением

температуры. Для этих
охлаждается.

це¬

лей пресс-форма

Фиг.

73.

Пресс-форма

за¬

крытого типа:
1

пуансон;

вставка;

4

2

Фиг.

обойма;

изделие;

5

рица;

6

шпилька

теля;

7

выталкиватель;

шпилька

мат¬

выталкива

1
4

8

74.

Схема литья под давлением термо¬
пластичных материалов:
2
3
бункер;
рабочий
цилиндр;
поршень;
из¬
5
выходное
отверстие;
пресс-форма; 6

3

вставки.

Основными

делие.

большинства пресс-форм

элементами

являются: пуансон
няя
часть,

(фиг. 73)

подвижная верхняя часть, матрица

ниж¬

внешняя часть
оформляющая изделие, и обойма
снабжаются
Обычно
выталкива¬
еще
пресс-формы
пресс-формы.
телем, который служит для выгрузки готового изделия.

По устройству пресс-формы разделяются на открытые, закры¬
тые, для литья под давлением, для вытяжки и выдувания.
Сложные пресс-формы изготовляются из инструментальных
сталей марок ХВГ, Х12М и др., а несложные
из углеродистой

инструментальной

стали

Литье под давлением

марок

от

У7А до У10А.

(пресс-литье)

для пресс-литья производят
ность

212

пресс-литья

15

заключается

важный

промышлен¬
прессования с
Современные машины
20 тыс. изделий за смену. Сущ¬
в следующем: исходный пресс-

ный способ, сочетающий достоинства
весьма большой
производительностью.

метода

в

материал

Отсюда

требуемом

в

количестве

бункер / (фиг. 74).

в

порошка загружается

виде

масса

попадает

в

полость

ци¬

линдра 2 при возвратном ходе поршня. В цилиндре происходит
нагрев массы до требуемой температуры; затем силой давления
поршня 3 через выходное отверстие 4 масса впрыскивается в
пресс-форму 5, охлаждаемую проточной водой. Отформованное
изделие быстро отвердевает и извлекается при раскрытии прессформы. Удельное давление, применяемое при литье под давлени¬
ем термопластичных масс, составляет в среднем 500 800 кГ/см2.

способом

Этим

можно

изготовлять

конфигурации,

сложной
с

резьбой,

и

др.
Частным

тья

под

изделия

тонкостенные

случаем

давлением

ли¬

явля¬

непрерывное выдав¬
( шприцевание )
через мундштуки с целью
получения изделий оди¬

ется

ливание

поперечного се¬
при значительной

накового
чения

(фиг. 75).
отливки
Способ
формах применяют
длине

можно

пластмассы

для

смол,

как,

производить
на

основе

например,

Схема

75.

винтового

(червячного)

пресса:

в

из
изделий
получения
без
вещества
связующего
наполнителя. Этим мето¬
дом

Фиг.

1
ра¬
бункер для загрузки прессматериала; 2
бочий
винт
3
цилиндр
(червяк);
пресса,
4
5
выходное отверстие, соединяе¬
мундштук;
мое с мундштуком;
или

различные

трубка для подвода пара

6

охлаждающей воды.

литые

термореактивные

феноло- и мочевиноформальдегидных
литой карболит, неолейкорит, резит, а

также

некоторые термопластичные материалы
органическое
стекло, полистирол и др.
Механическая обработка пластмасс резанием с целью полу¬
чения изделий мало отличается от обработки металлов. Недо¬

обработки резанием является трудоемкость
образование большого количества отходов. Меха¬
обработка применяется в основном для получения

статками

метода

операций

и

ническая
изделий

из

текстолита,

гетинакса,

органического стекла

и

ли¬

тых смол.

52. Выбор

§

и

применение пластмасс

в

машиностроении

Основными

техническими требованиями, которые опреде¬
выбор пластмасс, являются: рабочая среда; температура,
которой работает деталь; воспринимаемые или передавае¬
этой деталью нагрузки; необходимый коэффициент трения,

ляют

при
мые

213

если он
ческие

имеет значение;

специфические требования (диэлектри¬

и

теплозвукоизоляционные свойства, прозрачность, спо¬
собность пропускать ультрафиолетовые лучи и др.).
В зависимости от области применения пластмассы разде¬
ляются

на

следующие

древесной мукой,

наполненные

Из

др.

группы.
назначения:

Пластмассы общего

1.

этих

типа

фенольные пресспорошки,
К-15-2, К-18-ЦС, монолит и

материалов изготовляются рукоятки, маховички,
аппараты, корпуса небольших радиоприемников и

телефонные
проигрывателей, электроустановочная арматура (патроны, ро¬
зетки, выключатели, цоколи радиоламп) и др.
2. Пластмассы

диэлектрическими свойствами:
фенольные пресспорошки марок К-21-22 и К-211-2, применяе¬
мые для изготовления деталей зажигания автотракторных дви¬
гателей; К-211-3 и К-211-34 для радиотехнических деталей,
работающих на установках токов высокой частоты; прессматериалы К-77-51 и К-78-51 для дугостойких деталей-/электротех¬
нический текстолит и гетинакс; поливинилхлоридный пластикат
с

высокими

(кабельный);

полистирол, полиэтилен и др.
3. Пластмассы
с
высокими
механическими
свойствами:
слоистые материалы, изготовляемые на основе хлопчатобумаж¬
ной ткани (текстолит), стеклоткани стеклянных матов и стеклошпона
(стеклотекстолит), асбестовой ткани (асботекстолит),
древесного шпона (различные марки ДСП), бумаги (гетинакс).
Из этих материалов изготовляют шестерни, подшипники сколь¬
жения

и

зеляжи.

другие' детали машин, лодки, кузовы автомашин, фю¬
К этой же группе следует отнести волокнит, применяе¬

мый для изготовления лестниц эскалаторов метрополитена и
других деталей, работающих на истирание, и пр.
4. Пластмассы,
обладающие
фрикционными свойствами:
прессматериалы КФ-3, КФ-ЗМ и асботекстолит ЭТ, применяю¬
щиеся

изготовления

для

и

метрополитена,

и

машин.

тормозных

автомашин,

колодок

лебедок

и

вагонов

другого

трамвая

оборудования

.

5. Пластмассы, обладающие антифрикционными свойствами:
текстолит, древеснослоистые пластики и волокнит, полиамиды
и
фторопласт-4, из которых делают вкладыши подшипников,
втулки и другие антифрикционные детали.
6. Химически
той

или

иной

стойкие

степени

пластмассы:

стойкие

к

все

виды

различным

К наиболее стойким, применяемым

пластмасс,

агрессивным

в

сре¬

работы в сильно¬
агрессивных средах,
следует отнести фторопласт-4, фторо¬
пласт-3, полиэтилен, полипропилен, винипласт, асбовинил,
фенолит, асфальто-пековую массу, а также специальные кисло¬
дам.

для

тостойкие древеснослоистые пластмассы. Указанные материалы
используются для изготовления и футеровки аппаратов и емко214

стей, трубопроводов и фитингов к ним, различных деталей для
химической, нефтеперерабатывающей, лесохимической, текстиль¬
ной и других отраслей промышленности.
7. Пластмассы для деталей машин пищевой промышленно¬
сти: карбомидные пластмассы, органическое стекло, полиэтилен,
полипропилен, полистирол и др.
8. Прозрачные пластмассы: органическое стекло, применяе¬
мое для замены

бьющегося

часовых

стекол;

(остекление ка¬
и т. п.); поли¬
основе
ацетилцеллюлозы) для
прозрачный целлулоид, на базе

силикатного стекла

бин различных машин, линзы
стирол; целон (материал на
бесцветный

очков,

биноклей

безосколочное многослойное стекло;
которого изготовляется
стеклонаполненные полиэфиры для замены силикатного стекла.
9.
вым

Пластмассы специального назначения:
наполнителем

для

монолит с

барито¬

деталей, задерживающих рентгеновские

марки АКР-8 для изготовления светящихся
др.
10. Теплоизоляционные пластмассы:
пенопласта,
мипора,

лучи,

пластмасса

знаков и

пористые материалы на основе полиэфирных смол и изоциана¬
поропласты на основе полистирола, поливинилхлорида
и др.
на
основе
11. Пленочные
материалы
поливинилхлорида,
полиэтилена, полиамидов и др.
12. Пластмассы для производства крупногабаритных изде¬

тов,

лий:

стеклонаполненные

формальдегидные

смолы

и

полиэфирные, эпоксидные,
их модификации.

феноло-

ГЛАВА X
АБРАЗИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Абразивные материалы применяются

И

ИЗДЕЛИЯ

для

шлифования

дета¬

лей с целью придания им точности, повышения чистоты поверх¬

ностей,

а

также для

заточки

инструментов.

При работе абразивами достигается очень высокая точность:
при обработке металла до 0,001 мм,, а при обработке стекла
до 0,0001 мм. Шлифование является очень распространенным
видом обработки металлов резанием. Шлифовальные станки со¬
от всех металлорежущих станков. Абразивами
ставляют 20%
можно обрабатывать любые материалы: стекло, камень, мра¬
металлы и т. д.

мор,

Абразивы

состоят

которых срезают
териала.

Абразивы
щими

из

мелких

режущих зерен, острые

обрабатываемых деталей

с

имеют

ряд преимуществ
Особенностью

тонкий

перед

другими

абразивов

инструментами.

лезвия

слой

ма¬

режу¬

является

то,

что они не нуждаются в заточке, так как
ния

выламываются

зерна. Таким

и

в

образом,

зерна по мере затупле¬
работу вступают обнажившиеся острые
абразивный инструмент ярляется само¬

затачивающимся.

Абразивные
товление

§

53.

их

материалы получают

также

из

дешевого

сырья,

изго¬

несложно.

Абразивные

материалы,

их виды и

характеристика

Абразивные материалы, применяемые в промышленности,
делятся на две группы: естественные и искусственные.
Ниже приводится описание важнейших естественных абра¬
зивов.

Песчаник
известковых

(желтого цвета) состоит из кварца,
соединений. Твердость его невысока,

глинистых

содержит
применяются

много посторонних примесей. Круги из песчаника
для заточки инструментов.
Наждак (серого цвета) содержит до 60% окиси

А1203,
216

остальное

Fe203

и

Si02. Наждак тверже

и

он

алюминия

песчаника, од-

нако

большого

наличие

снижает его

резко

Для резания

количества

твердость

металлов

и

примесей

посторонних

режущую способность.
и

наждак

почти

песчаник

не

приме¬

няются.

Корунд (коричневого цвета)
зивным

Он

материалом.

Si02. Зерна корунда

является весьма

состоит

из

твердым абра¬

90 95% А1203, Fe203

и

имеют

острые режущие кромки, хрупкость
их меньше, чем у наждака.
Корунд применяется для приготов¬
ления абразивных порошков и
шкурок.
Алмаз
самый твердый из всех абразивных материалов.

Алмазным инструментом обрабатывают детали из самых
твердых сплавов, керамики, стекла, полупроводниковых мате¬
риалов. Алмазные инструменты в СССР получают очень широ¬
кое применение. Уже сейчас около 60% технических алмазов
используется
гом

в

шлифовании. Если обычным абразивным кру¬

заточить

можно

тысячу

то

резцов,

алмазным

75

ты¬

сяч.

Алмаз применяется для изготовления фильеров при волоче¬
проволоки. При этом процесс волочения ускоряется в 30 раз.
Алмаз применяется в виде кругов, порошков и пыли.
Естественные абразивы нестандартны по составу. Они содер¬
жат
большое
количество
посторонних примесей, снижающих

нии

твердость.

К искусственным абразивам

относятся

следующие.

Электрокорунд (искусственный корунд)

получается плавле¬
электропечах при темпера¬
туре 1700 2000°. Он представляет собой кристаллическую окись
алюминия (99% А1203). Это абразив высокой твердости. Изве¬
нием окиси

стны

алюминия или

боксита

в

три разновидности электрокорунда:

1) нормальный электрокорунд (коричневого

и серого цвета)
содержит до 94% А1203;
2) белый (белого или розового цвета) электрокорунд очень
тверже нормального, но менее прочен, содержит до
тверд
99% А1203;
3) монокорунд (красного цвета) получается из более деше¬
вого сырья, содержит 97% А1203. Он тверже и прочнее нормаль¬
ного, но уступает по этим качествам белому.
Электрокорунды наряду с большой твердостью обладают
значительной вязкостью. Благодаря хорошим
механическим
свойствам электрокорунды широко применяются при обработке
как твердых, так и мягких сталей и других вязких материалов.

Поэтому электрокорунд
ружного

и

внутреннего

ботки быстрорежущей

идет для

изготовления

шлифования,

стали

и

кругов для на¬
отделочных работ, обра¬

т. д.

сплавлением
Карбид кремния (карборунд)
получается
кварцевого песка Si с угольным порошком С. Формула его SiC.

Температура

плавления

2000°.

Плавится

в

электропечах,
217

очень

обладает

большей,

чем

режущей способностью,

высокой

но более

электрокорунд,

хрупок.

значительно

Поэтому,

если элек¬

материалов, то
твердых и
хрупких металлов, Известны две разновидности карбида крем¬
ния: черный
КЧ (содержит не менее 95% SiC) и зеленый КЗ
(содержит не менее 97% SiC). Зеленый карбид кремния тверже
очень

трокорунд

карбид кремния

удобен при обработке
при обработке

вязких

незаменим

черного, но несколько
ботки весьма твердых
струментов,

стекла,

самых

более хрупок. Он применяется для
и

идет

хрупких

изготовления

для

обра¬

металлов, твердосплавных ин¬

шлифовальных кру¬

шлифовальных

шкурок и порошков.
Черный карбид кремния применяется для шлифования чу¬
гуна, бронзы, алюминия и неметаллических материалов.
Карбид бора В4С получается сплавлением кристаллической
борной кислоты с углеродом, содержит бора 70 78%, а угле¬
рода 20 24%. Карбид бора черного цвета, отличается исклю¬
чительно
высокой
значительно
твердостью,
превосходящей
твердость карбида кремния. Стоимость его очень высока. При¬
гов,

меняется
очень

главным

образом

твердых материалов

в
и

порошка

виде

при шлифовании

стекла.

Искусственные алмазы, или, как их называют, синтетические
алмазы, были созданы в СССР. Искусственные алмазы по своим
качествам

значительно

превосходят естественные, а стоимость
2 5 раз меньше, чем порошков и инструментов
из естественных
алмазов.
Область применения искусственных
алмазов исключительно велика. Они применяются при заточке
их

и

уже сейчас

доводке

нического

в

твердбсплавного металлорежущего инструмента,
и

художественного

стекла,

полупроводниковых

тех¬
ма¬

териалов, ферритов, огнеупоров, фарфора,
обра¬
ботки природных алмазов и различных самоцветов. Переход на
заточку инструментами из синтетического алмаза взамен кру¬
из
гов
карбида кремния повышает производительность в
2 4 раза и в несколько раз увеличивает срок службы инстру¬
мента.
По сравнению с естественными алмазами производи¬
тельность искусственных выше на 50%. Это объясняется тем,
а

что

искусственные

Поверхность

алмазы

имеют

менее

для

правильное

строение.

потому что зерна их
неровная,
лучше удерживаются связкой.
Искусственные абразивы стандартны по своему составу. Ми¬
нералогическая твердость абразивов (она определяется мето¬
дом царапания одного абразива другим) характеризуется сле¬
данными:
дующими
твердость наждака составляет 7 8, ко¬

рунда

и

их

электрокорунда

9,75, алмаза 10.
бора
Твердость абразивных
веллу.
21Ь

они

также

крепче,

9, карбида кремния
материалов

9,5, карбида

определяется

по

Рок¬

54.

§

Абразивные

инструменты

К абразивным инструментам относятся шлифовальные круги,
бруски, сегменты, шлифовальные головки, шкурки, порошки и
пасты. Важнейшим абразивным инструментом являются шли¬
фовальные круги. Они различаются по абразивным материалам,
связке, зернистости, твердости, структуре и форме.
Связка служит для связывания шлифующих зерен в моно¬
лит и удержания зерен в абразивном инструменте.
Связка должна прочно удерживать зерна в круге, но при
обеспечивать

этом

одновременно

выкрашивание
и

прочность

зерен,

затупившихся

(засалится). Следовательно,

круг затупится

иначе

связка обеспечивает

самозатачиваемость

круга.

Разли¬

двух видов: неорганические и органические.
Неорганическая связка бывает керамическая, магнезиаль¬
и силикатная.
ная
Керамическая связка (К) получается из
глины, полевого шпата и талька. Она достаточно прочна, отли¬
чается
теплостойкостью, водостойкостью и химической стой¬
костью. Эта связка обеспечивает высокую производительность
чают

связки

шлифовании, поэтому она получила широкое применение.
Скорость вращения кругов на керамической связке достигает
50 м/сек. Такие круги применяются для всех видов шлифования,
кроме разрезания металла и прорезания пазов. Магнезиальная
связка (М) состоит из окиси магния MgO и хлористого магния
MgCb. Она значительно дешевле керамической, но не обеспе¬
при

производительности и прочности круга. На
круги для неответственных ручных
точил. Силикатная связка (С) получается из кварцевого песка,
соды и глины с окисью цинка. Круги на силикатной связке
имеют высокие механические свойства, но невысокую водостой¬
высокой

чивает

этой

связке

и

кость

изготовляют

применяются

преимущественно

для

заточки

инстру¬

мента.

Недостатком

неорганической

и

Вулканитовая
ный,

и

так

зываемая

серы

и

высокой

их до

хрупкость
связке

неорганической

связке

(из

шеллаковая

нагревании

на

относятся:
вулканитовая, бакелито¬
искусственных смол).
связка (В) получается из каучука и серы при

К органической
вая

является

связки

Поэтому

кругов, низкая их упругость.
нельзя изготовлять тонкие круги.

150 170°. Каучук применяется

искусственный. К

вулканитовым
эбонитовая связка, состоящая из

примесей. Круги

на

как

относится

вулканитовой

естествен¬

и

так

на¬

43% каучука, 30%
связке

отличаются

изготовляются

толщиной до
1,5 мм. Недостатком их является разрушение при охлаждении
щелочной жидкостью, а также невысокая окружная скорость
(при больших скоростях вращения круг нагревается и связка

упругостью

ослабевает). Круги

и

на

поэтому

вулканитовой

связке

применяются при
219

шлифовании
линдров,

закаленной стали, при доводке

и

шлифовании

резьбовых изделий, при фасонном шлифовании

и

ци¬
для

заточки

инструментов.
Бакелитовая связка

(Б) получается из фенолоа^ьдегидных
при соединении фенола с формалином. Эта связка менее
упруга, чем вулканитовая, но дешевле ее. Шеллаковая связка
смол

применяется

по

мало,

качеству

она

не

лучше

бакелитовой,

но

ее.

дороже

Зернистость

круга характеризует размеры зерен круга
зерен зависят чистота поверхности и
точность обработки. Определяется
зернистость просеиванием зе¬
рен через ряд сит с разным числом отверстий, приходящихся
на 1 пог. дюйм сита или на 1 см2.
Согласно ГОСТ 3647 59 определены три группы зерни¬
стости:
в

поперечнике. От

величины

1) шлифовальные
2) шлифовальные

зерна: 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80, 90;
порошки: 100, 120, 150, 180, 220, 240, 280,

320;

3) микропорошки: М5, М7, М10, М14, М28, М40.
Размеры ячеек, через которые просеивают шлифовальные
2000 2300 мк, для № 60
зерна, составляют для № 10
250 300 мк, для № 100 125 150 мк, для № 320
20 40 мк.
Величина зерна микропорошков характеризуется наиболь¬
шим поперечным
сечением зерна: так, для № 40
от 40 до
28 мк, для № 10 от 10 до 7 мк, а для № 5
от 7 до 5 мк.

Выбор величины зерна, или зернистости абразивного ин¬
струмента зависит от того, какой материал подвергается обра¬
ботке и какая требуется чистота обработанной поверхности.
Так, для

обдирки

чугунных

16 20, для
изделий
20 25, для
стостью

для

чистового

50 125,

для

отливок

выбирают круги
шлифования

предварительного
заточки крупных

инструментов

с

зерни¬

стальных

32 50,

шлифования и заточки мелких инструментов
шлифования резьбовых калибров и шаблонов

160 200.
Для предварительных доводочных работ,
готовления

порошки,

а

а

также

для

из¬

шлифовальных шкурок применяют шлифовальные
для доводочных работ
микропорошки.

Закаленная

инструментальная

сталь

обрабатывается

кру¬

средней зернистости, мягкие и вязкие металлы (медь,
алюминий) крупнозернистыми. При чистовом шлифовании
круги должны быть более мелкозернистыми, чем при предвари¬
тельном шлифовании.
Твердость шлифовального к р у г а определяется не
гами

твердостью
абразивного
удерживать зерна в круге
прочно удерживает зерна,
слабо

220

мягким»

способностью связки
процессе работы. Если связка очень

материала,
в

в

круге, круг

а

считается

твердым,

если

Установлены следующие характеристики твердости кругов:
ЧМ
весьма мягкий
чрезвычайно мягкий, ВМ
(ВМ1, ВМ2),
М
мягкий (Ml, М2, М3), СМ
среднемягкий (СМ 1, СМ2),
С
средний (Cl, С2), СТ среднетвердый (СТ1, СТ2,СТЗ),

Т
весьма твердый (ВТ 1, ВТ2),ЧТ
твердый (Tl, Т2), ВТ
чрезвычайно твердый (ЧТ1, ЧТ2).
Выбор твердости круга имеет очень большое значение при
шлифовании и зависит от обрабатываемого материала (глав¬
ным образом от его
твердости).
При выборе круга руководствуются следующими сообра¬

При обработке твердых сталей и чугунов применяют
при обработке мягкой стали
твердые круги.
образом, твердость круга находится в обратной зави¬

жениями.
мягкие

Таким

симости
мягкие

круги,
от

твердости

цветные

обрабатываемого

металлы

материала.

Вязкие

и

(медь, алюминий, латунь) обрабаты¬

мягкими

кругами с крупными зернами, так как твердые
забиваются
«засаливаются», затруд¬
круги быстрее
стружкой
няя дальнейшее шлифование.
На выбор твердости круга в известной степени влияет и
скорость резания: при большой скорости резания должен быть
выбран более мягкий круг. Твердость круга зависит и от ма¬
териала связки: на керамической и бакелитовой связках изго¬
ваются

круги всех марок твердости, а на вулканитовой
марок СМ, С, СТ и Т.
Структура круга определяется его пористостью.
Поры являются приемниками стружки, снимаемой кругом.
Если бы не было пор, то образование стружки было бы невоз¬
можно. Пористость кругов различна, она в некоторых случаях
составляет 50% объема круга. В зависимости от пористости
различают круги с тремя видами структур: плотной, средне¬
плотной и открытой. Тот или иной вид структуры выбирают
от
в зависимости
характера обработки. Круги с плотными
структурами применяются при отделочных работах и при фа¬
сонном шлифовании, круги со среднеплотными структурами
при шлифовании твердых и хрупких материалов, а круги с
при обработке вязких материалов
открытыми Структурами
и
при грубых обдирочных работах. Для круглого наружного
и плоского шлифования применяются преимущественно круги
со
среднеплотными структурами, для круглого внутреннего
и
с
прорезания
шлифования, для отрезания
открытыми
структурами.
Форма и размеры шлифовальных кругов различны. Вы¬
бор формы и размеров круга зависит от выполняемой работы,
от формы обрабатываемого изделия. На фиг. 76 приведены не¬
Плоские
которые виды наиболее распространенных
кругов.
круги (фиг. 76, а) применяются для наружного и внутреннего
тавливают
только

шлифования,

чашечные

(фиг. 76, б)

для

шлифования

плоско¬
221

стей, тарельчатые (фиг. 76, в) для

шлифования

ментов, для

заточки

режущих

инстру¬

пазов, впадин и т. п., дисковые круги

(фиг. 76, г) для отрезки деталей и прорезки пазов. Для
обработки сварных соединений применяют шлифовальные го¬
ловки.

Круги бывают диаметром от 3 до 2500 мм.
Изготовление кругов. Шлифовальные круги изготовляют
дующим образом:

Фиг. 76. Шлифовальные круги: а
пло¬
ский; б
чашечный; в
тарельчатый;
г
дисковый.

Фиг. 77.

сле¬

Маркировка шлифоваль¬
ных

кругов.

1)

размалывают и измельчают абразивные материалы;
сортируют, по номерам (просеиванием через сито);
3) смешивают со связкой и увлажняют;
4) формуют для получения определенной формы и размеров;
5) подвергают сушке, обжигу (при неорганической связке)
или прессованию (при органической связке).
Маркировка кругов. Шлифовальные круги принято снаб¬

2)

обозначениями, характеризующими абразивный материал,
связку, зернистость, твердость и предельно допустимую окруж¬

жать

ную скорость. По
иной

этим

технологической

данным

и

операции.

выбирают круг для той или
Маркировка проставляется

круге (фиг. 77).
скорость шлифовальных кругов не должна пре¬
вышать при заточке инструментов 25 м/сек, при
предваритель¬
30 м/сек, при окончательной отделке
ном
шлифовании
50 м/сек.

краской

на

самом

Окружная

§

55. Материалы для притирки

Шлифовальные

шкурки применяются для зачистки

поверхностей. Шкурки получают путем
ных зерен на полотно или бумагу. Чем

ки

вальной шкурки, тем чище

222

и доводки
и

отдел¬

абразив¬
зерна шлифо¬

наклеивания

мельче

обрабатываемая поверхность. Шли-

так же, как и абразивные круги, различа¬
зернистости и имеют те же номера величины зерен, на¬
чиная от № 16 и кончая № 320. В зависимости от абразивного
материала шкурки бывают наждачные, корундовые, электрокорундовые, карбидокремниевые и т. д. Для обработки стали при¬
меняют
наждачные,
корундовые, электрокорундовые, для об¬

фовальные шкурки

ются

по

работки

чугуна, латуни, бронзы, алюминия и других мягких вяз¬
хрупких металлов
карбидокремниевые шкурки.
Для придания изделиям особо высокой точности применяют
притирочные порошки и пасты. Притирка применяется для по¬
ких

и

плотных

лучения

краны,

клапаны,

или герметических соединений.
Притирают
измерительный инструмент и другие детали и

инструменты. Для притирки используют корунд, наждак,

элек¬

трокорунд, карбид кремния, крокус (окись железа), алмазную
пыль, пыль карбида бора, пасты и другие материалы. Зерни¬
стость притирочных
порошков определяется просеиванием их
а
сита,
отмучивачерез
зернистость самых мелких порошков
нием. При отмучивании в сосуд с водой высотой 1 м опускают
абразивный порошок, и по времени осаждения зерен на дно
(в мин) определяют номер порошка. Полученные порошки, на¬
зываемые «минутниками», сортируют по номерам: № 1 пятипятнадцатиминутник,
минутник, № 2
десятиминутник, N° 3
№ 4
шестидесятиминутник и т. д.
тридцатиминутник, № 5

Притирка

производится с помощью приспособлений из мяг¬
меди, латуни, чугуна, мягкой стали, называемых
притирами. Форма притиров зависит от формы притираемой де¬
ких

металлов:

тали: притиры бывают в виде плит, брусков, колец, цилиндров
И т. д.
Пасты применяются для получения особо качественной по¬
верхности. В процессе притирки пастами осуществляется одно¬
временно механическое и химическое снятие слоя металла. По¬

верхностный слой, окисляющийся
рода
паста

воздуха, легко
ГОИ (зеленого

удаляется.

цвета)

под действием насты и кисло¬
Наиболее

состоит

из

распространенная

74 81%

окиси хрома,
силикагеля
и рас¬
олеиновой
кислот,
керосина,
стеариновой
щепленных жиров.
Паста ГОИ бывает трех сортов: грубая, средняя, тонкая.
Они различаются по величине зерен окиси хрома и по составу.
Паста ГОИ, называемая грубой, дает матовую поверхность.
и

Она

неровностей после опилива¬
ния, грубого шабрения, строгания, шлифования.
Среднюю пасту ГОИ применяют после обработки грубой
пастой, чтобы получить блестящую поверхность.
применяется

для

устранения

Тонкой пастой ГОИ пользуются при выполнении точных ле¬
работ и для придания поверхности изделий зеркаль¬

кальных

ного

блеска.

ГЛАВА XI

ОХЛАЖДАЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

СМАЗОЧНЫЕ И

§ 56. Смазочные

вещества и их применение в промышленности

Смазочные

материалы применяются для уменьшения тре¬
возникающего на поверхности соприкасающихся тел при
движении их относительно друг друга. Большое трение приво¬
дит к нагреву изделий, уменьшает точность обработки, увели¬
ния,

чивает износ металла, понижает

производительность

обработки,

уменьшает срок службы изделий и увеличивает расход электро¬
энергии. Смазка покрывает тонким слоем поверхность металла.

Эта

пленка

благодаря

молекулярному сцеплению

с

металлом

образом предотвра¬
щает трение металла о металл (сухое трение), заменяя его
жидким трением
(трением смазки). Коэффициент трения сма¬
занных поверхностей в 50 и более раз ниже, чем несмазанных;
не вытесняется высоким давлением

и таким

кроме того, смазка предохраняет металл от коррозии. Благо¬
даря этому уменьшается износ поверхности и увеличивается
срок службы изделия.
Требования, предъявляемые к смазочным материалам. Тре¬
бования эти заключаются в следующем:
1) вязкость смазки должна быть такова, чтобы масло удер¬
живалось на поверхности и в то же время не создавало допол¬
нительного трения, при повышении или понижении температуры
вязкость

жна

не

стекать

значительно

должна

с вала

2) температура

и

вспышки

шее

(смазка

3)

4)

смазка
влаги

смазка

Виды

не
и

должна

кислот,

масла

должна

быть

не должна

испаряться

исхождению делятся
ные и животные.

Минеральные

на

масла

возможно
ниже

механических

содержать

способствующих

смазочных материалов.

не

дол¬

густеть);

возможно
температура его застывания
масло имеет высокий коэффициент трения);

также

224

изменяться

а

ше,

в

не должна

и

вы¬

(застыв¬

примесей,

а

коррозии;

высыхать.

Смазочные материалы

три группы:
являются

по про¬
минеральные, раститель¬

самыми

промышленности. Они получаются

из

распространенными

нефти

или

каменного

угля. Эти
с

масла

вязкостью

Масла

Энглеру.

стывания,

имеют

1,7 2,2

различную

вязкость:

от

самых

жидких

26 по

самых густых с вязкостью 20

до

имеют

вспышки

различную температуру
поэтому могут применяться в механизмах,

и

за¬

работаю¬

щих в различных температурных условиях. Эти масла наиболее
дешевы и экономичны из всех видов смазки. К минеральным
маслам

относятся

вазелиновое,

веретенное, машинное, цилинд¬

Кроме жидких масел при¬
из минеральных масел,
состоящие
смазки,
твердые
смешанных с мылом; они имеют вид мазей (например, солидол,
ровое, автол, вапор

и

авиационное.

меняются

тавот, технический

Растительные

вазелин).
хлопковое, касторовое, льняное и ре¬

масла

пейное.
К животным маслам относятся жиры:

товый,

рыбий,

тюлений

и

ки¬

различных животных и др.
смазочного
материала зависит от величины давления
Выбор
на трущиеся части, от величины трения, температурных усло¬
вий, скорости вращения и от материала.
Применение смазочных материалов в промышленности. Ва¬
сало

зелиновое масло,

имеющее

высокую температуру
мелких

двигателей,

невысокую

вспышки

вязкость

(125°),

(1,4 1,7)

применяется для

и

не¬

смазки

подшипников, легких механизмов, швейных

приборов.
Веретенное масло (его вязкость 2 3,2) применяется для
смазки быстроходных двигателей малой мощности, шарико- и
роликоподшипников, шпинделей шлифовальных станков.
машин, контрольно-измерительных

Машинное

бывает различных марок: A, JI, С, СУ. Вяз¬
от 4 до 7,5, температура вспышки 180
200°, температура застывания 15 20°. Применяется для смазки
кость

его

масло

колеблется

металлообрабатывающих станков, червячных передач, цилинд¬
ров паровых машин, электродвигателей, для механизмов, рабо¬
тающих с большой нагрузкой и малой скоростью, молотов,
прессов.

Цилиндровое масло применяется для смазки механизмов,
работающих с высокой нагрузкой.
Вапор имеет высокую температуру вспышки (300°) и вяз¬
кость

5 7,5; применяется

для смазки частей паровых молотов,

машин.
Автол

различных

двигателей. В

различной

марок

зимних

вязкостью и

и

идет

летних

для

смазки

автомобильных

условиях применяется автол с

различной температурой

вспышки

и

за¬

стывания.

Авиационные масла применяются для смазки авиадвигате¬
лей. Они получаются из лучших видов нефти, характеризуются
высокими температурами вспышки (200 240°) и низкими тем¬
14 до 30°).
пературами застывания (от
8

Технология

металлов

225

Твердые
личных

грузкой и малой
на и неудобна).

§

(мази) применяются для смазывания раз¬
механизмов, работающих с большой на¬
скоростью (жидкая смазка при этом невыгод¬

смазки

передач,

для

57. Охлаждающе-смазочные материалы

Охлаждающе-смазочные материалы применяются для отвода
с целью повышения стойкости инструментов. Охлаждаю¬

тепла

щие жидкости играют важную роль в процессе обработки ме¬
резанием. Они способствуют повышению стойкости режу¬
щего инструмента, предотвращают появление температурных
деформаций деталей, а также улучшают качество обрабо¬
танной поверхности; как смазочные материалы они уменьшают
трение стружки о рабочую поверхность, позволяют увеличить
скорость резания и уменьшают величину усилия резания. Очень
таллов

важное значение имеют охлаждающе-смазочные

материалы при
шлифовании деталей с очень большой скоростью, так как обра¬
зующаяся мелкая стружка, нагреваясь до 2000°, спекается, на¬
на деталь и на режущий инструмент.
Охлаждающе-смазочные материалы должны

липает

шей смачиваемостью, высокой теплоемкостью

и

обладать хоро¬
не должны

вы¬

зывать

коррозии.
К смазочно-охлаждающим материалам
ные растворы, мыла, соды, буры (главным

относятся

образом,

вода,

вод¬

охлаждаю¬

масла, керосин. Вода и водные растворы имеют
способность, но их применение не всегда
охлаждающую
высокую

щие), эмульсии,

эффективно, так как
поверхностей. Поэтому

смазывания
трущихся
широкое применение получили
эмульсии, масла и керосин. Из минеральных масел больше все¬
го применяют веретенное, иногда машинное и осерненные мас¬
не

достигается

самое

сульфофрезолы. Сульфофрезолы оказывают значительное
на мощность, потребляемую при резании, понижая ее
на 20%, в то время как эмульсии понижают мощность всего
лишь на 5 10%.
Растительные и животные масла применяются реже. Более

ла

влияние

высокими

смазочными

компаундированные
ных,

растительных

и

охлаждающими

и

представляющие
животных жиров. Эти

уменьшить силу резания на

В

свойствами обладают

масла,

смесь
масла

минераль¬
способны

40 50%.

время эмульсии обладают достаточными смазываю¬
щими свойствами и одновременно хорошо охлаждают металл,
они значительно дешевле различных масел.
масло, в
Эмульсии представляют сложную систему вода
которой минеральное масло находится в воде во взвешенном
то же

состоянии

в

виде

мельчайших

вводятся мыло и сода.
2.6

капель.

Эмульсии

Кроме

оказывают

того,

хорошее

в эмульсии
смазываю-

щее и охлаждающее действие
в промышленности.

и

поэтому широко

применяются

При обработке на станках-автоматах, полуавтоматах, на зу¬
борезных станках, при нарезании резьбы и пр. применяются
осерненные масла
сульфофрезолы, содержащие 1,7% серы и
смолу. Однако при обработке стали с высокой скоростью реза¬
ния и обычными для автоматов сечениями стружки сульфофрезол

дымит,

выделяет

вредные сернистые

газы

и

потому

не

при¬

меняется.

Большое значение имеют охлаждающие жидкости при шли¬
В этом случае широко применяют различные водные

фовании.

растворы, эмульсии

Некоторые
батываться и

и

керосин.

металлы, как чугун,

бронза, латунь, могут обра¬

всухую, без охлаждающих жидкостей. Выбор и
применение охлаждающе-смазочных материалов зависит от об¬

рабатываемого металла, от характера технологической операции,
вида оборудования и инструмента. Например, при обточке угле¬
родистой стали применяют эмульсию, водный раствор соды, при
эмульсию и осерненные масла. При обточке
нарезании резьб
легированной стали применяют водный раствор мыла или соды
и
эмульсии, керосин и
эмульсию, а при нарезании резьбы
осерненные масла.
При обточке бронзы

работка

и латуни применяют эмульсии, или об¬
производится всухую.

РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО

ГЛАВА XII
ПОЛУЧЕНИЕ

МЕТАЛЛОВ

И

СПЛАВОВ

Литейное производство представляет собой процесс полу¬
чения отливок, т. е. фасонных изделий и заготовок различной
веса. Сущность литейного процесса
расплавленным металлом литейных
в которых металл затвердевает; в результате получаются
отливки. Последующей механической обработ¬
детали

конфигурации,

размеров

заключается

заполнении

форм,
литые

в

и

кой, если это требуется,
и форму.
Литейное производство
ся

одним

деталей

из

основных

отливкам

как

точные

размеры

технологический процесс являет¬
в машиностроении. Вес литых

процессов

50 75%

составляет

придают

тейного производства

на

шихты, состоящей из

30 50%

веса

от

машин.

Задача

ли¬

современном уровне его развития за¬
ключается в приближении конфигурации и размеров литых де¬
талей к форме и размерам готового изделия при максимальном
уменьшении припуска на механическую обработку.
Для изготовления отливок применяются металлические спла¬
вы: серый и белый чугун, сталь, а также сплавы цветных ме¬
таллов: медные, алюминиевые, магниевые и др. Преимущест¬
венно используются серый чугун и сталь. Отливки из серого чу¬
гуна получают переплавкой (главным образом в вагранках)
чугунов,

40 50%

водства, 5 20%
Изготовляют

доменных, чушковых, литейных

машинного лома
стали

как

и

и

отходов

ферросплавов

простые,

так

и

по

литейного произ¬

расчету.

сложные

по

форме

отливки

весом от десятков граммов до десятков тонн.

§ 58. Плавильные агрегаты
Плавку литейных металлов производят в вагранках, кон¬
верторах, пламенных печах, электропечах и тиглях.
Плавка чугуна в вагранке. Плавка чугуна для получения
отливок производится главным образом в вагранках, являю¬
щихся высокопроизводительными, простыми по конструкции и
экономичными
плавильными
агрегатами. Вагранка представ¬
ляет собой печь шахтного типа круглого сечения (фиг. 78). Она
228

состоит из шахты, выложенной шамотным кирпичом 6, заклю¬
ченной в железный кожух 7. Шахта опирается на подовую пли¬
ту 3, подпираемую стальными колонками 2, установленными на
фундаментной плите. Нижнее отверстие шахты закрыто откид¬
ным днищем, опирающимся на домкрат 1. На днище набивает¬
ся подина (лещадь) 4 из тощей формовочной смеси. На подину

вагранки загружается
вень кокса

кокс

быть на

должен

(холостая колоша) 5. Верхний
500 700

мм

выше

уро¬
уровня располо¬

жения фурм 13, через ко¬
в
торые
вентилятором
воз¬
подается
вагранку
дух,

необходимый

горения кокса.
В верхней части
ты

имеется

для

шах¬

завалочное

9, через которое
(колошами)
порциями
загружается топливо 10,
окно

металлическая

шихта

11

флюсы 12

до уровня за¬
валочного окна. Загрузка
и

в
шихты
современных
вагранках механизирова¬
и
на
осуществляется с
помощью

бадьи 8

с

опу¬

конусным
или откидным дном. Зо¬
над
на,
расположенная
верхней частью холостой

скающимся

колоши,

где

горение

кокса

происходит
и

Фиг

78.

Схема вагранки

с

копильником.

создает¬

высокая температура, является зоной
зываемой плавильным поясом вагранки.

ся

плавления

чугуна,

на¬

Плавящийся в зоне плавления чугун стекает между раска¬
ленными кусками кокса холостой колоши на подину вагранки,
лётке, и через нее
имеющую наклон к выходному отверстию

мере накопления вытекает по желобу в ковш. Плавающий
поверхности жидкого чугуна шлак выпускается из вагранки
шлаковую летку. Продукты го¬
через специальное отверстие
рения поднимаются вверх по шахте, подогревая при этом выше¬
лежащие слои шихты, и уходят в трубу.
по

на

Для

накопления

большого

количества

жидкого

чугуна

ваг¬

ранки снабжаются копильником 16; такая конструкция вагра¬
нок в настоящее время наиболее распространена. В этих ваг¬
ранках жидкий чугун непрерывно перетекает с лещади через
переходную летку 15 в копильник, который представляет со¬
бой сосуд
цилиндрической формы, выложенный шамотным
229

кирпичом. Копильник имеет летку 17 с желобом для выпуска
чугуна в ковш и специальную летку 14 для выпуска шлака. На¬
личие копильника дает возможность накапливать чугун для за¬
ливки крупных форм и получать металл более равномерного
химического состава. Для текущего ремонта набивки подины и

розжига вагранки имеется рабочее окно.
В настоящее время находят применение вагранки с водяным
охлаждением кожуха, имеющего двойные стенки, в полости ме¬
жду которыми циркулирует вода, и с наружным водяным охла¬
ждением его. Для экономии топлива, получения большой про¬
изводительности и более высокой температуры жидкого чугуна
с подогревом дутья, для чего с помощью
устройств используется тепло отходящих из шах¬
газов. Подогрев дутья производится также и за

применяются вагранки
специальных
ты

вагранки

счет использования

природного газа.
вагранки, в которых
плавка чугуна
идет как за счет горения кокса, так и за счет
горения подаваемого в шахту вагранки природного газа. В кок¬
согазовых вагранках значительно снижается расход кокса для
плавки чугуна, увеличивается производительность и повышает¬
ся температура жидкого чугуна. На некоторых вагранках про¬
изводят кислородное обогащение дутья. Ведутся работы по пе¬
реводу вагранок на газовое топливо.
Производительность вагранки в основном зависит от ее внут¬
реннего диаметра (он бывает практически в пределах 600
2000 мм) и колеблется в пределах 3 25 т/ч.
После текущего ремонта вагранки и копильника и набивки
подины производится розжиг вагранки дровами, загружаемыми
ка подину. Затем загружается холостая колоша кокса. После
заполнения вагранки шихтой до уровня завалочного окна по¬

Применяются

для этой

также

цели

коксогазовые

дутье для ведения плавки; идет расплавление металла в
поясе. В конце плавки прекращают
завалку колош,
дают проплавиться тем колошам, которые были загружены; за¬
тем
производят выбивку вагранки, открыв для этого днище.
После выбивки и охлаждения вагранки производится ее ремонт,
после чего днища закрывают, набивают новую подину, произ¬
водят розжиг и приступают к новой плавке. Продолжительность
плавки в вагранке 6 15 ч.
Конверторы с боковым дутьем. Конверторы применяются в
дается

плавильном

сталелитейных цехах для получения стали процессом малого
бессемерования. Чугун предварительно плавят в вагранке и за¬
ковшом
тем
в
крановым
переливают
конвертор с боковым
дутьем* к которому воздух подводится не через днище, а че¬
рез боковую стенку. Емкость конвертора обычно равна 1,5
2,5 г.
Пламенные печи. Для плавки металлов применяются стаци¬
онарные и вращающиеся (барабанные) пламенные печи. Они

m

используются

образом

главным

плавки

для

сплавов

медной

на

бронз.

основе, например

литейных цехах электрические печи
углеродистых и легированных сталей,
сплавов цветных металлов, ковкого чугуна и специальных ма¬
рок серого чугуна. Их преимущества перед другими печами:
возможность получения высококачественного металла; достиже¬

Электрические

печи.

применяются для

максимальной

ние

температуры

возможность очистки

ный угар
става

Дуговые

и

металла от

и

легкость

вредных

ее

регулирования;

примесей;

минималь¬

незначительность изменений химического со¬

металла;

металла

В

плавки

удобство обслуживания.

и

индукционные электропечи. Дуговые трехфазные
электропечи (гл. IV) применяются главным образом для плавки
стали; в чугунолитейном производстве их используют при плав¬
ке дуплекс-процессом и реже
при плавке на твердой завалке.
Индукционные электропечи используются главным образом для
стали

получения

и

для

плавки

цветных

также

производстве применяются
жательные электропечи для
Тигельные

плавки

Простейший

печи.

печи

тип

сплавов. В литейном

сопротивления и отра¬
сплавов.

цветных
печи

для

плавки

цветных

Она представляет собой
неглубокую шахту чаще всего круглого сечения. Топливом мо¬
жет служить кокс, нефть или газ, от чего зависит конструкция
печи.
Металлическую шихту, подлежащую переплавке, поме¬
щают в графитовый или шамотный тигель, шахту закрывают
металлов

и

сплавов

тигельная

печь.

сверху крышкой. Продукты горения отводятся через дымоход.
Тигли бывают также чугунные (для плавки легкоплавких спла¬

вов).
В тиглях можно плавить сталь и чугун. Качество металла
получается хорошее, но ввиду низкой производительности и ма¬
лой стойкости тиглей эту плавку применяют редко. Положи¬
тельная сторона тигельной плавки
незначительность измене¬
химического

ния

состава

расплавленного

металла

во

время

объясняется изолированностью металла от атмос¬
ферного воздуха, топлива и продуктов горения. Тигли чаще все¬
го
применяются для плавки медных и алюминиевых спла¬
плавки,

что

вов.

§

59. Требования, предъявляемые

к

литейным

сплавам

Применяемые для производства литья металлические сплавы
должны иметь определенные технологические свойства и давать
отливки с нужными механическими свойствами. Важнейшее из
этих

свойств

рошо заполнять
состава

жидкотекучесть металла, его способность хо¬
литейную форму. Она зависит от химического

металла

и

температуры заливки,
231

Усадка
свойство металлов уменьшаться в линейных и
объемных размерах при затвердевании и дальнейшем остыва¬
нии.
В литейной

практике

усадкой подразумевают уменьше¬

под

линейных размеров отливки по сравнению с соответствую¬
щими размерами моделей. Величина усадки для различных ме¬
ние

таллов
ческого

и

сплавов

состава

и

неодинакова

и

не только

зависит

температуры нагрева,

но

и

от

их хими¬

от

сопротивления
конструкции от¬

усадке форм и стержней, от толщины стенок и
ливок. Линейная усадка чугуна в среднем составляет 1%,

2%,

ли

цветных

сплавов 1,5%. Температура

висит от химического состава

и

сплава:

ста¬

плавления
чем

за¬

ниже тем¬

природы
пература плавления металла или сплава, тем легче получить из
него отливку.
В период затвердевания отливки из металла выделяются
газы, которые растворены в жидком металле. Во время заливки

формы

выделяются также газы из

и

стержней. При пониженной

температуре

жидкого металла, когда выход газа из него затруд¬
также при малой газопроницаемости формовочных и

а

нен,

стержневых смесей, повышенной их влажности и т. д. обра¬
зуются газовые раковины, являющиеся одним из распростра¬
ненных

видов

брака

отливок.

§

60.

Чугунное

литье

самый распространенный материал для изготовле¬
что объясняется его хорошими литейными свойст¬
невысокой стоимостью. Химический состав отливок за¬

Чугун
ния

отливок,

вами

и

висит от их

назначения.

Прочность серого чугуна определяется формой и величиной
графитовых включений и строением основной металлической
массы.

Наибольшее применение для изготовления чугунных отли¬
имеет пер лито-графитовый чугун, .структура металлической
основы которого включает перлит (содержание связанного уг¬
лерода в нем 0,83%). Этот чугун имеет наибольшую механиче¬
скую прочность и достаточно хорошо обрабатывается.

вок

§

61.

Получение

высококачественного

чугуна

Высококачественным чугуном называют чугун повышенной
прочности. Металлическая основа высококачественного чугу¬
на
перлит, содержащий мелкие равномерно распределенные
графитовые включений; этот чугун получается большей частью

модифицированием.
Модифицирование
чаще

232

всего

заключается в

легированного,

обработке

специальными

жидкого чугуна,

модификаторами

Фиг.
а

79.
Микроструктура высокопрочного чугуна:
чер¬
термообработки: феррит светлый, графит
после термообработки: феррит + гра¬
перлит; б
фит; перлит разрушен.

до

ный,

233

добавками,

которые

даются

либо

на

вагранки, либо
или высокопро¬

желоб

в

ковш, в виде размельченного силикокальция
центного ферросилиция в количестве 0,1 0,6%

веса

чугуна.
структуры чугуна, в том
графита, придавая ему форму мелких чешуек. Плот¬

Модификаторы
числе

от

и

вызывают измельчение

чугуна и его механические свойства повышаются; проис¬
ходит выравнивание структуры в толстых и тонких сечениях от¬
ность

ливки.

Для получения высокопрочного чугуна (ВЧ)

(глобулярным)

со

сфероидаль¬

графитом

чугун модифицируют магнием
или его сплавами (с никелем или высокопроцентным ферросили¬
цием). Глобулярный графит снижает концентрацию напряжений
в чугуне и сильно повышает его механические свойства. Коли¬
ным

чество

магния,

ленчатые

слитков
На

жидкий чугун

поршневые кольца,

валы,

и

в

виде

лигатуры,

со¬

изготовляют ко¬

изложницы

для

стальных

др.

фиг.

ванного

вводимого в

0,3 0,5%. Из высокопрочного чугуна

ставляет

79

показана

магнием

(а

до

работки). Высокопрочные

микроструктура чугуна, модифициро¬
термообработки, б после термооб¬
магниевые чугуны

классифицируются

ГОСТ 7293 54, в соответствии с которым марка ВЧ60-2
имеет
наибольший
60 кГ/мм2 и марка
предел прочности,
наибольшее относительное удлинение, не менее 10%.
ВЧ40-10
В связи с высокими механическими свойствами высокопроч¬
ные чугуны находят все большее применение в качестве заме¬
нителей стали, серого и ковкого чугуна.
по

ГЛАВА XIII
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ОТЛИВОК

§
Чтобы

62. Модели

и

стержневые ящики

литейную форму, необходимы модель и
Форма модели соответствует внешней фор¬

изготовить

стержневой ящик.

ме будущей отливки. В стержневом ящике изготовляется стер¬
женьслужащий для образования внутренних полостей отливки.

Конструкция

модельного комплекта, включающего модель и все

стержневые ящики, обусловлена, не только конфигурацией дан¬
ной отливки, но и способом формовки. Модели и стержневые

Фиг. 80. Модельный

комплект для

изготовления

отливок.

двух и более частей
выемку их из формы.
Модельный комплект изготовляется по чертежу отливки. На
фиг. 80 показаны отливка-патрубок 1 и служащая для его из¬
готовления разъемная модель 2; у модели имеются специаль¬
ные выступы К, называемые знаками модели; они служат для
создания в форме опорных отпечатков, необходимых при уста¬
ящики

и

с

делаются

отъемными

цельными,

частями,

новке

стержня.

имеет

соответствующие

при

его

разъемными
облегчает

из

что

Разъемный

стержневой

полости для

ящик

получения

3

для

знаков

патрубка
стержня

изготовлении.

При конструировании модельного комплекта необходимо
стремиться к минимально необходимому числу разъемов мо¬
и
к
дели
стержневых ящиков,
минимальному количеству
235

стержней, так как при излишних разъемах усложняется изготов¬
ление модельного комплекта и литейной формы, получается ме¬
нее точная отливка с большим количеством заливов и заусенцев.
Для

облегчения

выемку

из

формы вертикальным стенкам мо¬
формовочным

дели придают некоторую конусность, называемую

Величина

уклона зависит от высоты стенки модели,
колеблется в пределах 0,5 3°. Размеры
моделей делаются большими, чем размеры отливок, на величину
усадки. Припуски на усадку даются в зависимости от величины
линейной усадки сплава, измеряемой в процентах по отноше¬

уклоном.
способа

нию

к

формовки

размерам

и

Для этого пользуются усадочным
метром, каждое деление которого боль¬
ше деления на нормальном метре на со¬
ответствующую величину усадки.

отливок.

При

моделей

изготовлении

меха¬

изготовления

моде¬

припуски

обработку
Материалом для

отливок.

ническую

лей

и

стержневых

преду¬
на

также

сматриваются

ящиков

обычно

слу¬

дерево, чаще всего сосна, а при
металл.
крупносерийном производстве
жит

используемое для изготовления
должно быть предварительно
высушено, чтобы содержание влаги в

Дерево,
Фиг. 81. Модельные пли¬
а и б
односторон¬
ние; в
двухсторонняя;
г
реверсивная.

ты:

моделей,

нем

превышало 10%. Металлические

не

модели

изготовляются

из

алюминиевых

Изготовление моделей произво¬
Заготовки для деревянной модели

сплавов.

дится

по

чертежу отливки.
стержневого ящика в целях предохранения от коробления
из
с учетом направления волокон. После
склеиваются
кусков
проверки размеров по чертежу отливки модели окрашиваются:
для чугунных отливок в красный, для стальных в серый и для
отливок из цветных сплавов в желтый цвет. Стержневые знаки
у моделей для всех сплавов окрашиваются в черный цвет.
или

Металлические модели

по сравнению с деревянными

имеют

точность, долговечность, более гладкую поверхность,
но изготовление их обходится намного дороже, чем изготовле¬
ние деревянных. Они монтируются на специальных модельных

большую

плитах. На

пленными

фиг. 81
на

них

показаны

модельные

металлическими

плиты с

частями

сторонних плитах только верхние или
делей закрепляются на одной стороне,

только

нижние

части

мо¬

двусторонних они рас¬
полагаются
симметрично по плоскостям разъема на обеих
сторонах плиты, на реверсивных плитах обе части модели рас¬
положены на одной и той же стороне так, что дополняют одна
другую при повороте на 180°. На той же плите монтируются и
элементы литниковой системы (шлаковики, питатели).
236

на

прочно закре¬

моделей. На одно¬

63.

§

Приготовление формовочных

стержневых смесей

литейные формы,

Материалы, из которых делают
формовочными смесями. Они

ются

и

должны

называ¬

иметь следующие

свойства:

способность сопротивляться статическим и
нагрузкам в процессе изготовления, сборки и
транспортировки литейной формы, а также при заливке ме¬

1)

прочность

динамическим

талла;

2)
3)

способность

огнеупорность
под

хороший

давать

и сохранять его после извлечения

мягчаться
ла

способность

пластичность

модели

не

отпечаток

модели;

расплавляться

и

действием высокой температуры жидкого

не

раз¬

метал¬

и не

пригорать к поверхности отливки;
способность пропускать газы, обра¬
газопроницаемость
зующиеся при заливке форм расплавленным металлом (пары
воды, воздух, газы, выделяющиеся из расплавленного металла);
способность материала литейной формы
5) податливость

4)

несколько сжиматься

щих

сил

металла,

твердевании

и

(без разрушения)

возникающих

в

под

процессе

действием
его

сжимаю¬

усадки при

за¬

охлаждении.

сыром состоянии обеспечивается введением до¬
бентонита; прочность в сухом состоянии
применением органических крепителей, например сульфидного
введением глины в определенном
щелока и др.; пластичность
соотношении с
водой; огнеупорность
применением песков с
высоким содержанием кремнезема и добавок графита. Газопро¬

Прочность

бавок

глины

в

или

обеспечивается путем применения более крупного
песка древесных опилок и высокой концентрации зерен, подат¬
ливость введением древесных опилок.
ницаемость

формовочных смесей являются
увлажненные водой. Основу смеси
составляет песок, связующим веществом служит глина, смочен¬
ная
водой. По способу изготовления форм различают смеси
для формовки всырую (формы без предварительной сушки за¬
ливают металлом) и для формовки всухую (перед заливкой
металлом формы подвергаются сушке для повышения их ка¬
чества). Формовка всырую наиболее распространена. Основой
всех смесей является выбитая из опок отработанная земля, в
Основными

составляющими

кварцевый песок

которую

и

глина,

добавляют свежие

материалы

(глину, песок)

и

вно¬

другие предусматриваемые технологией добавки: молотый
кокс, шамот, каменноугольную пыль для уменьшения пригара
смеси к отливке; в смеси для сухих форм и крупных стержней
добавляют древесные опилки, которые при сушке форм и стерж¬
ней сгорают или усыхают, образуя поры, увеличивающие газо¬
проницаемость и податливость смеси. Количество добавок в

сят

смеси

составляет

1 5%.
237

Формовочные
вается

смеси

по

смесь,

назначению

своему

и

наполнительные

лицовочные,

единые.

которой покрывают

Наполнительная

модель

делятся

на

об¬

Облицовочной назы¬
(слоем 20 30 мм).

остальной части
применяются для изготовления всей фор¬
мы.
Наиболее высокие требования предъявляются к облицо¬
вочным смесям. Наполнительные смеси состоят главным обра¬

формы. Единые

зом

из

большое

смесь служит для заполнения

смеси

отработанной
количество

в которую
глины для

земли,
песка и

облицовочной смеси вводят

40%

свежих

добавляют
освежения.

воду, не¬
В состав

добавок; при

изготов¬

единой формовочной смеси в отработанную (горелую)
землю добавляют 10 20% свежих материалов (глины, песка,
воды). Рекомендуемый состав единой формовочной смеси для

лении

изготовления чугунных отливок средней сложности весом 20
300 кг: отработанная земля
80%, кварцевый песок 14%,
каменный уголь
6%. Сырая прочность смеси на сжатие долж¬
на быть 0,4 0,5 кГ/см2, влажность 4,5 5,5%.

Стержни при заливке со всех сторон (за исключением зна¬
ков) окружены расплавленным металлом, сильно воздействую¬
щим на материал стержней. В связи с этим они должны обла¬
дать повышенной

прочностью, огнеупорностью, податливостью
газопроницаемостью. Состав стержня выбирается с учетом
его размера, сложности, а также сплава изготовляемой отливки.
Стержневые смеси по составу разделяются на песчано-глини¬
Песчано-глинистые смеси применя¬
стые и песчано-масляные.
ются в основном для изготовления крупных стержней на карка¬
сах. Песчано-масляные смеси состоят из кварцевого песка с до¬
льняного масла или его заменителей
и
бавкой связующих
применяются для отливок сложной конфигурации ответствен¬
ного назначения. Широко применяются при изготовлении форм
и

и

стержней

для

чугунного

и

стального

литья

быстросохнущие

смеси, для которых связующим является жидкое стекло. Изго¬
товленные из быстросохнущей смеси форма или стержень обду¬

результате воздействия углекислого
быстрое твердение смеси, и
высокую
прочность.
приобретает
форма
Для чугунного литья применяются быстросохнущие смеси,
ваются углекислым газом; в
газа

на

жидкое

состоящие
стекла и

из

1%

стекло

происходит

85% кварцевого

песка,

9%

глины,

5%

жидкого

едкого натра.

стержневых смесей исход¬
сушатся и просеиваются.
Отработанную выбитую из опок смесь, размяв в ней комья,
пропускают через магнитный сепаратор для отделения метал¬
лических частиц с помощью электромагнита, а затем просеи¬

При

ные

подготовке

материалы

формовочных

(песок,

вают для отделения

глина

и

и

др.)

посторонних предметов.
Приготовление смеси заключается в перемешивании пред¬
варительно отработанных составных частей по заданному ре238

цепту и увлажнении их в смешивающих бегунах (фиг. 82). Бе¬
гуны имеют неподвижную часть 2, в которой перекатываются
гладкие катки 1, перемеши¬
вающие

материал,
загружае¬
где
чашу,
изогнутые
лопатки 3 подгребают его под
мый

в

катки.

Готовая

смесь

в

через от¬
выгру¬
специальный лоток 4.

Наиболее

производительны

в

верстие
жается

чаши

дне

смешивающие

бегуны

115, работающие
ски.

модели

автоматиче¬

Они дают 16 34 м3

смеси

(в зависимости от со¬
става
смеси). Из смесителей
формовочная смесь поступает
либо в специальные бункеры
в

час

для

хранения,

либо

на

портерную ленту, по
готовленные

смеси

Фиг. 82. Смешивающие бегуны.

транс¬

которой

подается к месту

испытываются

на

формовки. При¬

прочность,

газопроницае¬

мость и влажность.

§

64. Формовка

Процесс изготовления литейных форм заключается
(по модели) в формовочном материале полостей,

чении

в

полу¬

соответ¬

ствующих всем очертаниям и размерам изготовляемой отливки,
для последующего заполнения расплавленным металлом.
Изготовление литейных форм производится путем ручной
и машинной формовки. Ручная формовка применяется в инди¬

мелкосерийном производстве, машинная формов¬
и серийном производстве.
Инструменты и принадлежности, применяемые при формовке.
При ручной формовке для изготовления форм применяется на¬
бор формовочных инструментов (фиг. 83): трамбовки (руч¬
ные 2 и пневматические /), гладилки 3 для выглаживания форм,
душники 4 для образования в форме отверстий (наколов) для
видуальном
ка

в

и

массовом

выхода газов, «карасики» 5 для прорезания каналов и отделки
форм, лопаты 6, специальные подъемники 7 для извлечения мо¬
дели из
ным

формы. При

изготовлении форм пользуются также руч¬
просеивания облицовочной смеси, кисточкой для
краев форм во избежание осыпания формовочной

ситом для

смачивания

смеси,

шлангом

для

выдувания

сжатым

воздухом

мусора

из

формы перед сборкой, ватерпасом и линейкой. Применение тех
или иных приспособлений и инструментов определяется спосо¬
бом формовки, характером производства и уровнем техники ли¬
тейного цеха. При машинной формовке применение указанного
инструмента почти полностью исключается.
239

Опоки служат для изготовления в
представляют собой литые или сварные
гуна,

стали

и

алюминиевых

Фиг.

83.

сплавов.

них

литейных

форм

без

из

ящики

фиг. 84,

На

дна
а

и

чу¬

показана

Набор формовочных инструментов.

ручной формовки, на фиг. 84, б для машинной фор¬
Первая состоит из верхней 1 и нижней 2 половин, каж¬
которых имеет буртик, служащий для удержания фор¬

опока для
мовки.

дая

из

мовочной смеси в опоке. Руч¬
4 служат для транспорти¬
ровки
(средние и крупные
ки

опоки

для

удобства транспор¬

тировки снабжены цапфами и
перемещаются краном). При¬
ливы а и б (ушки) имеют от¬
верстия

с

запрессованными

них стальными

в

шлифованными

втулками, служащими для спа¬
ривания опок с помощью сталь¬
ных
штырей 3. Для лучшего
выхода газов в стенках сред¬
и
них
крупных опок имеются
отверстия. Крупные опоки для
ной
удержания формовочной сме¬
си,
кроме буртиков, имеют
внутренние перегородки
рамки 1> (фиг. 84, б) отстоящие от
модели на 30 40 мм. По форме опоки бывают прямоугольные,

Фиг. 84. Опоки

ручной
формовки.
для

н

машин¬

или фасонные, в зависимости от очертания
Классификация опок дается ГОСТ 2133 57.

круглые

240

отливок.

Ручная формовка. Формовка в почву заключается в изготов¬
литейной формы в земляном полу формовочного отделе¬
ния цеха. Формовка в почву бывает открытой и закрытой (под
опокой). Применяется для получения отливок несложной кон¬
фигурации индивидуального производства.
Формовка по шаблону применяется при изготовлении форм
лении

для крупных отливок индивидуального производства, имеющих
форму тел вращения, например маховиков, шкивов и др. В этом

Фиг.

Процесс формовки по модели в двух опоках для
(последовательные операции формовки).
втулки

85.

отливки

случае формовка производится вращением вокруг оси плоского
деревянного шаблона, имеющего рабочий контур, соответствую¬
щий радиальному сечению отливки. Изготовление шаблона зна¬
чительно проще и дешевле изготовления модели.
Наиболее распространена формовка в опоках. Она может
происходить в одной, двух, трех опоках и более; чаще произ¬
водится

На

формовка
фиг. 85

в

двух

опоках.

показан

процесс формовки в двух опоках по
модели для отливки втулки. На подмодельную плиту 1
(фиг.
85, а) кладут модель 2 и ставят нижнюю опоку 3. Модель при¬
пудривают тонким слоем припыла и через сито покрывают сло¬
ем 30 40 мм облицовочной формовочной смеси, которую уплот¬
няют
руками. После этого дополняют наполнительной смесью
и

уплотняют

трамбовкой

до

получения

требуемой

плотности
241

набивки. Избыток

смеси удаляется линейкой; душником накалы¬
отверстия для выхода газов (фиг. 85, б). Этим формовка

ваются

нижней

опоки

нижнюю

накрывают
после чего снимают

При формовке верхней

заканчивается.

второй подмодельной доской

и

опоки

перевора¬

чивают,
первую подмодельную доску и по¬
верхность разъема формы посыпают разделительным сухим
кварцевым песком. На заформованную половину модели накла¬
дывают
вошли

в

вторую половину 4 так, чтобы ее спаривающие шипы
гнезда первой (для предотвращения перекосов поло¬

винок модели). Затем верхнюю опоку ставят на нижнюю (фиг.
85, в). Для образования стояка и выпора применяются отдель¬
ные модели 5 и 6 (фиг. 85, г). Набивка верхней опоки формо¬
вочными

смесями

и

наколы

для

отвода

газов

выполняются

Затем вы¬
тому,
резается литниковая воронка, модели стояка и выпора выни¬
мают, снимают и переворачивают верхнюю опоку, прорезают
гладилкой шлаковик и питатель и осторожно, слегка раскачи¬
вая, извлекают из формы половинки модели. С помощью «карасяков» и гладилок подправляют форму, приглаживая острые
кромки. Если часть смеси осыпалась, ее осторожно удаляют
крючками, а полость формы с помощью кисточки или пульве¬
ризатора покрывают формовочной краской или припыливают
как это делается для нижней опоки.

аналогично

порошкообразным

(например,

В

графитом)

для

предохранения

формы кладут
стержень 7 (фиг. 85, д), после чего накрывают форму верхней
половиной и скрепляют ее с нижней; в таком виде форма го¬
това под заливку.

отливок

от

пригара.

На фиг. 85,

знаки

нижней

полости

выпором. Фор¬
закреплен¬
ным на подмодельных плитах (на одной плите можно устано¬
вить несколько моделей), чем достигается большая точность из¬
готовления отливок и устраняется
необходимость в прорезке
литниковой системы, устанавливаемой на подмодельной плите.
мовка

Для

в

е

опоках

Модели

для

к

таких

разъема.
Безопочная

формовка

этой

в

формовки

том,

по

производиться

формовке

что

в

особый вид
после

отливок

несколько

иногда

более

и

трех, четырех

имеют

отливок

и

моделям,

сложных

крупногабаритных

получения

приходиться прибегать
ках.

с литником

показана отливка

может

опо¬

плоскостей

формовки. Особенность
формы опока ис¬

изготовления

пользуется для следующей формы, а на изготовленную форму
надевается специальный жакет. Этот способ формовки дает
использовать

возможность
ния

большого

одни

и

те

Машинная формовка. Машинная
литейных форм с помощью

товления

ных машин,

нение смеси
242

же

опоки

для

изготовле¬

числа отливок.

формовка

способ

специальных

изго¬

формовоч¬

при котором механизируются две операции; уплот¬
в

опоке

и

извлечение

модели

из

формы»

Машинная формовка дает более высокую производительность
сравнению с ручной и не требует высокой квалификации
рабочих; облегчается тяжелый труд формовщика; формы полу¬

по

чаются

с

более

прочностью,

равномерной уплотненностью

отливки

и

более высокой

минимальными

с

припусками
механическую обработку.
Машинная формовка производится по модельным плитам, к
которым прикрепляются модели. Модельные плиты могут быть
для формовки одной части формы или дву¬
односторонними
для формовки двух частей формы. На модельных
сторонними
получаются

на

плитах устанавливаются и модели элементов литниковой систе¬
мы
питатели, выпоры и др.)» поэтому никакой до¬

(шлаковики,

полнительной

вырезки

в

форме

не

про¬

изводят.
По способу уплотнения
смеси

в

делятся

опоках

на

пескометы

и

формовочной
формовочные машины

встряхивающие,
др.

Встряхивающая

машина

для уплотнения формовочной

прессовые,
применяется
смеси.

Фор¬

мовочный материал, покрывающий поме¬
щенную в опоке модель, подвергается
вертикальным толчкам и вследствие это¬
уплотняется. Схема устройства такой
машины, приводимой в движение сжа¬
тым воздухом, показана на фиг. 86. На
1 машины укреплена модельная
столе
го

плита

с

86.

Фиг.

Схема

устрой¬

действия встряхи¬
вающей формовочной ма¬

ства

и

шины.

2, накрытая опокой,
формовочной смесью. При поступлении через

моделью

наполняемой

от¬

верстие 4, в цилиндр 5 сжатого воздуха стол поднимается на
некоторую высоту, пока не откроется отверстие 3 для выхода
сжатого воздуха; в этот момент стол падает вниз, ударяясь о
твердую опору. При ударе происходит уплотнение смеси в опоке.
Количество ударов определяется требуемой плотностью набивки
форм и может составлять от 10 до 300 в минуту. При этом
способе создается неравномерное уплотнение смеси; наибольшее
уплотнение получает слой смеси около модели. Для устра¬
нения

этого

недостатка

производится

подпрессовка

верхнего

слоя.

Прессовые

машины применяются для уплотнения формовоч¬
прессованием. Прессовые машины бывают с верхним
и нижнем прессованием. Этим способом изготовляют литейные
формы в опоках высотой до 1000 мм.
В настоящее время для изготовления литейных форм прес¬

ной

смеси

сованием
ские,
но

применяются

высокопроизводительные

прессово-формовочные
управляемые

линии

(АПФЛ)

прессово-формовочные

и

линии

автоматиче¬

дистанцион¬
(ДУПФЛ).
243

Пескометы применяются для

формовочной

наполнения

смесью

опок с одновременным ее уплотнением.
На
87 показана схема работы головки пескомета,

фиг.

фор¬

через окно а подается к
2
головки
головке.
Ковш
быстро вращается и выбрасывает
смесь с большой скоростью через отверстие б в опоку 4. Сте¬
пень уплотнения смеси регулируется изменением скорости вра¬
щения ковша. Пескометы можно применять при изготовлении
мовочная

смесь из

форм любого

вида

бункера

и

пескомета

любой

величины,

что

является

по сравнению с другими

их преимуществом

машин.

ных

формовоч¬
Производитель¬

пескометов

ность

большим

типами

достигает

15 м3 формовочного материа¬
Они обеспечивают
час.
в
ла
равномерное уплотнение смеси
по всей высоте опоки. Изготов¬
пескометы стационар¬
передвижные.
Изготовление
стержней.
изготовления
Для
стержней

ляются
ные

и

вручную

чаще

применяются

разъемные стержневые ящики,
состоящие из двух половин. На

фиг. 88, а, показан стержневой
ящик для изготовления цилин¬

УШ7////////////А
Фиг. 87. Схема рабрты головки песко¬
мета:
1

2

кожух;

головка;

4

3

опока.

модель;

разъем¬
дрического стержня:
ный из двух половин, соеди¬
и скреп¬
шипами
няющихся
ляемых скобой 3.

Рабочие по¬

верхности ящика перед изго¬
товлением стержня припыливают ликоподием или опрыскивают
керосином (металлические ящики) для предохранения от при¬
липания смеси. Собранный ящик набивают стержневой смесью,
затем снимают скобы и раскрепляют ящик; его половинки лег¬

ким постукиванием отделяют от стержня,

который затем сушат.
Для увеличения прочности стержней в них вкладывают ме¬
таллические каркасы. Для мелких стержней каркасом служит
изгибаемая по контуру стержня проволока различного диамет¬
ра; для крупных стержней каркасом является чугунная литая

рамка
по

тем

(фиг. 88, б), имеющая стальные прутки, изгибаемые за¬
форме стержня. Для увеличения газопроницаемости в

стержнях

устраивают

Для увеличения

стержней

специальные

газопроницаемости

вентиляционные
и

внутренние полости иногда
пустотелыми.
Точеные стержни, имеющие форму тел вращения,

или

их

выполняют их

ляют по
244

в

каналы.

крупных
закладывают гарь

податливости

шаблону

с помощью специального станка.

изготов¬

Машины, применяемые
струкции

и

работе

крупносерийного
ся

и

и

с

массового

пескодувные стержневые

Сушка форм

стержней, по кон¬
формовочными машинами. Для

изготовления

для

сходны

производства широко применяют¬

машины.

стержней. Сушка литейных форм

мовки всухую производится для
и

проницаемости

уменьшения

увеличения

их

для

фор¬

прочности,

газо¬

газотворной способности. Стерж¬

формы, находящиеся в более тяжелых условиях,
почти всегда подвергают сушке, после которой они приобретают
ни

как

части

нужную

Температура
стержневой смеси

прочность.

формовочной

1,2

и

половины стержневого ящика; 3

6

1

ществ

и

шаются

450° С,

а

сушки зависит от состава
от свойств связующих ве-

и

скоба; 4

стержень:

каркас для крупного стержня;
литая

рамка;

2

стальные

прутки

превышать предела, за которым разру¬
вещества.
Температура сушки форм 250
связующие
не

должна

стержней 120 250° С. Сушка форм и стержней произ¬
периодического и непрерывного действия; к

водится в сушилах

сушилам периодического действия относятся широко распрост¬
раненные камерные тупиковые сушила. Тележка с нагружен¬
ными формами или стержнями по рельсам вкатывается в ка¬
меру сушила и выкатывается из нее в ту же дверь, расположен¬
ную в торцовой стенке. Мелкие стержни сушат главным обра¬
зом в специальных шкафных сушилах. Для сушки стержней
применяются также непрерывно действующие конвейерные су¬
шила
вертикального и горизонтального типа. Сушка токами
частоты
высокопроизводительный способ, обеспечи¬
вающий качественную сушку. Движущаяся лента с установлен¬

высокой

ней сырыми стержнями проходит между высокочастот¬
ными конденсаторами, расположенными над лентой и под ней,
и происходит
высокочастотное поле, в котором
и
попадает в
сушка стержня как внутри, так и снаружи с одинаковой ско¬
ными на

ростью.
245

Пережог стержней исключается, так как с исчезновением
влаги в них сушка автоматически прекращается.
.

Формы,
лами;

изготовленные

почве,

также

применяются

лампы с

в

инфракрасными

Литниковая
каналов,

выбивка

система. Литниковой
по

переносными

суши¬

спирали

и

лучами.

§ 65. Заливка форм,
стема

сушат

электронагревательные

которой жидкий

и очистка литья

системой

металл

называется

поступает

в

си¬

форму.

Нормальная литниковая система состоит из
тов (фиг. 89): литниковой наши 1, стояка 2,

следующих элемен¬
шлаковика 3 и пи¬
тателей 4. Сумма сечений
всех
питателей
должна
быть
меньше
сечения
стояка, чтобы во время
заливки
шлаковик
был
заполнен и лучше задер¬
живал шлаковые включе¬
ния, препятствуя попада¬
нию

их

ковые

в

форму. Литни¬

чаши для

крупных
устраиваются с
для
порогами
лучшего
задержания шлака. Для
отливок

Фиг. 89. Литникощая
б

система:

устрой¬

а

литниковой

нормальной

ство

отливка с литниковой

системы;
и

системой

вы¬

порами.

этой

цели

в

филь¬
из

сетки

тровальные

стержневой

ино¬

стояке

гда ставят круглые
смеси.

Число

и
расположение питате¬
лей определяются конструкцией и размерами отливки. Для борь¬
бы с усадочными раковинами на крупных отливках устанавли¬

ваются

прибыли.

Расчет сечений литниковой

системы производится на осно¬
экспериментальных данных. На высоких частях
отливок устанавливают специальные каналы
выпоры 5, слу¬
жащие для выхода образующихся во время заливки газов и по¬
вании

формул

павшего

в

Формы
жание

в

и

форму

появления

форму

шлака.

заполняются

металла

металлом

окислов

и

на

непрерывной струей

поверхности

образования

так

частично

называемого

во

избе¬

залитого

«спая».

До

конца заливки литниковая чаша должна быть целиком запол¬
нена, чтобы шлак не попал в форму. Заливка прекращается
после

заполнения

металлом

выпоров

или

прибылей. Заливка

от 10 кг
выпускается из
плавильной печи. Ковши небольшой емкости до 50 кг транспор-

форм

до

246

производится разливочными

десятков

тонн,

в

которые

ковшами

жидкий

емкостью

металл

тируются к месту заливки вручную одним или двумя заливщи¬
ками, а большей емкости
при помощи кранов или по моно¬
имеют
рельсам. Ковши
снаружи стальной кожух, который
обмазывается изнутри огнеупорной глиной, а у больших ков¬
шей футеруется
(выкладывается) шамотным кирпичом. Пе¬
ред заполнением металлом ковши высушиваются и подогре¬
ваются.

Для разливки

стали

в

литейные

формы

ковши

имеют

сто¬

порное устройство (как и для разливки стали в изложницы).
Выбивка и очистка литья. После полного затвердевания и
выбивают из
достаточного охлаждения отливки освобождают
формы; затем из отливок удаляют стержни. Выбивка литья
или
молотками
механизированным
вручную
производится
способом, что более распространено. К механизированным спо¬
собам относятся выбивка с помощью пневматических вибрато¬

ров,

прикрепляемых
и

опоке,

с

выбивка

к

подвешенной

на

коромысле

специальной

применением

(траверсе)

механической

вибрации форма разру¬
стержней произво¬
дится вручную с помощью вибрационных машин или вымыва¬
нием струей воды, выбрасываемой из сопла под давлением 30
решетки. Под действием

вибрационной

шается

и

освобождается

отливка.

Выбивка

100 ат, в специальных гидрокамерах.
Удаление литников и выпоров чугунного литья производится
ударами молотка или кувалды, стального и цветного литья
с

помощью

и

прибылей

дисковых

Операции
ности

и

ленточных

стального литья
очистки литья

отливок

приставшей

пил.

Для удаления

применяется
заключаются
и

литников

также газовая

пригоревшей

резка.
удалении с поверх¬
земли, зачистке не¬
литниковой системы,

в

примыкания к отливке
удалении и зачистке заливов, получающихся в разъеме формы
и у стержневых знаков. Очистка мелкого литья от приставшей
и пригоревшей земли производится в очистных барабанах, при
вращении которых отливки трутся одна о другую. Очистка от¬
ливок производится также с помощью специальной дробеструй¬
ной установки, принцип действия которой заключается в том,
что на поверхность отливок, подлежащих очистке, направляется
струя сжатого воздуха, несущая в себе зерна чугунной (сталь¬
ной) дроби. Для очистки крупных отливок применяют пескогид¬
равлические установки. Зачистка отливок после их очистки

ровностей

в

местах

производится

на

стационарных

и

передвижных

наждачных

станках.

Имеются опытные установки для удаления из отливок стерж¬
ней использованием электрогидравлического эффекта (ЭГЭ).

Сущность способа

состоит в том, что при

осуществлении внутри
открытом или закрытом сосуде, вы¬
соковольтного, импульсного, искрового разряда вокруг зоны его
возникают импульсные, сверхвысокие гидравлические давления.
247
жидкости, находящейся

в

Эти

в
механических
давления
проявляются
перемещениях
неметаллических
жидкости,
сопровождающихся разрушением
объектов, в данном случае невыбитых стержней отливок, поме¬

щенных внутри зоны разряда.

Практически
огромной скоростью раздвигается во

кость с

несжимаемая

жид¬

стороны от ли¬
нии разряда, создавая первый, основной гидравлический удар;
затем полость с такой же скоростью смыкается, создавая второй

гидравлический удар. Этот
частотой

чередования

цикл

все

повторяется

в

соответствии

с

Разрушение стержней при

импульсов.

осуществляется вследствие механического, ударного дей¬
и сверхвысоких гидравлических давлений и
дру¬

этом

ствия высоких

факторов,

гих

во время

возникающих

высоковольтного,

искро¬

вого разряда.

§

66. Литье

Стальное

литье.

конфигурации
в

весом

и

стали

из

Фасонные
от 10 20

сплавов

цветных

отливки

из

г

до

современном машиностроении,

высокой прочностью

и

вязкостью,

200

так
чем

т

как

металлов

разнообразной

стали

широко применяются

обладают более

они

отливки

из

серого

и

ков¬

кого

чугуна.
Стальное

находит широкое применение для де¬
условиях больших ударных нагрузок, в
химически агрессивных средах, в условиях высоких температур.
Стальные фасонные отливки изготовляют из углеродистой

талей,

стали,

литье

работающих

содержащей

также
в

от

0,1

легированных сталей

до

0,55% углерода,

и

из

разнообраз¬

добавками кремния, марганца, хро¬
ма, никеля, вольфрама, ванадия, молибдена, титана, меди и
ных

с

других элементов.
Согласно ГОСТ 977 41

классифицируются

фасонные

по

отливки

механическим

из

углеродистой

свойствам

и реко¬
мендуемому химическому составу и делятся по качеству на три
группы: обыкновенного, повышенного и особого качества.
В маркировке отливок из углеродистой стали числа озна¬
чают среднее
содержание углерода в сотых долях, а буква Л
показывает, что сталь предназначена для изготовления отливок.
В зависимости от процентного содержания легирующих при¬
месей сталь для литья подразделяют на группы: низколегиро¬
ванная до 2,5%, среднелегированная от 2,5 до 10% и высо¬
колегированная более 10% легирующих примесей.
По сравнению с чугуном сталь имеет худшие литейные свой¬
ства: более высокую температуру плавления (1400 1550°С),
меньшую жидкотекучесть, ухудшающую заполнение жидким ме¬
таллом формы, большую усадку (около 2%), которая способст¬
стали

вует
щих
нами

248

образованию усадочных раковин и напряжений, вызываю¬
образование трещин. Для борьбы с усадочными ракови¬
применяется установка

массивных

прибылей

на отливках.

же цели применяют прибыли с внутренней оболочкой
экзотермических смесей, в которых при заполнении жидким

Для этой
из

металлом

самопроизвольные экзотермические реак¬
подогревает металл прибыли, обес¬
печивая
питание
образующейся при затвердевании отливки
усадочной раковины.
Основными составляющими смеси являются алюминиевая
кварце¬
крупка и кузнечная железная окалина; наполнитель
вый песок, связующее
огнеупорная глина и жидкое стекло.
Для борьбы с трещинами и короблением формы и стержни из¬
готовляются с податливыми прослойками. Формовочные смеси
для стального литья должны иметь высокую огнеупорность. Из¬
происходят

ции; выделяющееся

тепло

готовляют

отливки

стальные

как

в

сырых,

так

и

в

сухих фор¬

мах.

всухую применяется для сложной конфигурации
Плавка стали для производства фасон¬
ного литья производится в мартеновских печах, электрических
дуговых и индукционных, в конверторах с боковым дутьем.
Для устранения внутренних напряжений стальное литье обычно

Формовка

и

массивных

отливок.

подвергают отжигу или нормализации.
Литье из сплавов цветных металлов. Сплавами для получе¬
ния цветного литья являются сплавы на медной основе (бронзы,
латуни) и легкие сплавы на алюминиевой и магниевой основе
(гл. VII). Из медных сплавов изготовляют детали, имеющие
малый коэффициент трения, устойчивые против износа (вкла¬
дыши подшипников, шестерни, втулки, венцы червячных колес),
детали, работающие при повышенных температурах до 300
500°, работающие под давлением до 25 100 ати (гребные вин¬

и

ты

лопасти,

втулки выпускных клапанов, арматура различ¬

назначения), детали, стойкие против
пресной воде, в среде пара и на воздухе.

ного
и

Плавка
ных,
чах.

сплавов

на

пламенных печах,

Температура

морской

медной основе производится в тигельв дуговых и индукционных электропе¬

плавления

медные

расплавления

коррозии в

медных

сплавы

сплавов

имеют

950 1050°. После

большую

склонность

к

поэтому до заливки форм они подвергаются тща¬
тельному раскислению различными способами.
Алюминиевые и магниевые сплавы благодаря их малому
окислению,

широко применяются в машиностроении для
деталей моторов, радиоаппаратуры, деталей са¬
Из некоторых алюминиевых сплавов отливают детали,

удельному

весу

изготовления
молетов.

работающие при повышенных температурах, например карбю¬
раторы, поршни. Плавку алюминиевых и магниевых сплавов
печах

вые

сплавы

электрических печах сопротивления, индукцион¬
тигельных горнах. Перед разливкой алюминие¬
очищают (рафинируют) от окислов, газов и неме¬
включений введением в металл хлористого цинка
249

в

производят
ных

и

таллических

в

или

хлористого

алюминия

или

пропусканием

газообразного хлора.
Алюминиевые сплавы типа AJI-2

кого

через

ванну жид*

металла

мелкозернистой структуры

модифицируют
калия (1 2%
от

(0,1%

форм

веса

смесью
от

сплава)

сплава).

и

или

металлическим

Помимо обычной

сплавами

кристаллизацией жидкого

другие для получения
механических свойств
фтористых солей натрия и
и

повышения

хлористых

веса

алюминиевыми

и

заливки

применяется

натрием
земляных

заливка

форм

металла под давлением сжатого

с

воз¬

духа 5 6 ати, для получения отливок повышенной плотности.
Магниевые сплавы отливаются большей частью в металли¬
ческие
от

формы;

окисления

заливке

форм

поэтому для защиты их
специальные
применяются
меры: например, при
струю металла опыливают серным порошком.
они легко

окисляются,

ГЛАВА XIV

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛИТЬЯ И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА
ОТЛИВОК
§ 67. Специальные
Отбеленное

виды литья
закаленным

Отбеленным

литье.

литьем

назы¬

вается литье из чугуна с отбелом на нужную глубину для уве¬
личения поверхностной твердости. Для получения отбеленного
слоя

ную)

чугун заливается в металлическую
форму, называемую кокилем. При

(чугунную или сталь¬
быстром охлаждении

чугуна весь или почти весь углерод оказывается химически свя¬
занным в виде цементита
(Fe3C). Внутренняя часть отливки

быть из серого менее хрупкого чугуна; необходимо
чтобы переход от отбеленного слоя к структуре серого
чугуна был постепенным. В противном случае отбеленный слой
будет выкрашиваться. Отбеленное литье изготовляется главным
прокатных валков, колес то¬
образом для получения отливок
варных вагонов, мельничных вальцов и др.
Литье в металлические формы (кокильное литье). Литье в
металлические формы применяется при изготовлении большого

должна
также

количества
В

сплавов.
ские
тен

однородных отливок из
отличие от земляных

легких

для

легкоплавких

стержни,

из

а

металлическая
половин

и

цветных

цветных

(до со¬
металлов). Для

для

и

магниевых

изготовляются

стали

стержни из стержневых смесей.
Кокили изготовляются из стали
показана

и

металличе¬

сплавов

алюминиевых

сплавов

металлические

чугуна

разовых форм,
большое количество отливок

формы выдерживают
тысяч

стали,

имеет

форма

и

или

чугуна применяются
чугуна.

(кокиль),

внутреннюю

На

которая

фиг. 90
состоит

полость,

отвечающую
очертаниям отливки, куда заливается жидкий -металл. После
затвердевания металла форму открывают и удаляют из нее
двух

отливку.
Затем

форму

собирают

и повторяют заливку. Для про¬
быть выполнен из одной части, для
из двух и более частей. Разъем форм может быть
сложных
горизонтальный и вертикальный. Литье в металлические формы

снова

стых отливок кокиль может

251

поддается механизации. Открывание и закрывание фор¬
мы, удаление из нее отливок производится машиной. Для уве¬
личения стойкости кокилей, а также для предотвращения отбела
чугуна внутренние поверхности кокилей покрывают специаль¬
легче

обмазками, уменьшающими скорость

ными

того

металла

путем

уменьшения

ред заливкой кокили

охлаждения

зали¬

Кроме того,
Отливки, полученные в

теплоотдачи.

подогревают.

пе¬
ко¬

киле, кроме точных размеров имеют чистую поверхность, хоро¬
шую структуру и механические свойства.
Центробежное литье. Этот способ заключается в получении
отливок посредством заливки металла во вращающуюся форму.
Под действием возникающих при вращении центробежных сил
к
металл
прижимается
стенкам и, застывая, при¬
обретает очертания, точ¬
но соответствующие вну¬
тренним очертаниям фор¬
мы. При этом структура
металла
получается уп¬
лотненной, так как ме¬

талл

застывает

лением

и

все

под

газы

дав¬
и

не¬

металлические включения

Металлическая

Фиг. 90.

форма

для отливки

поршня:
1

неподвижная

вина; 3

плита

2

половина;

формы; 4

подвижная поло¬

отливка

с литниковой

£истемой.

боткой.

вытесняются

на
поверх¬
ности, лежащие ближе к
центру вращения, откуда
легко могут быть удале¬
ны
механической обра¬

Толщина стенок отливки зависит от количества
в
форму металла. Центробежное литье приме¬
главным
образом для отливок, имеющих форму тел

заливаемого
няется

вращения с
втулок, труб

гладкими
и

др.,

а

центральными отверстиями, например
для получения фигурных отливок.

также

центробежного литья: в металличе¬
земляную форму. Машины для центробежной
заливки бывают с горизонтальной и вертикальной осью вра¬
щения; первые применяются главным образом для отливки из¬

Существуют
форму
скую

делий,

два

способа

и

имеющих

значительную

длину:

втулок,

водопроводных

для отливки
цилиндров двигателей и др.; вторые
труб,
кольцеобразных изделий, имеющих небольшую высоту: низких
гильз

втулок, колес, шкивов, венцов, шестерен и др. На фиг. 91 при¬
ведены схемы машин с вертикальной (а) и горизонтальной (б)
осями вращения.
На фиг. 92 показана машина для центробежного литья в
виде центрифуги.
Формы 1 расположены на столе, вращаю¬
щемся вокруг вертикальной оси 2. Металл поступает в располо¬
женную
252

в

центре воронку, растекается

от

центра

стола

по лит-

каналам

никовым

и

3

заполняет

песчаные

или

металлические

формы.
Литейные формы для центробежного литья изготовляют из
и
стали и чугуна, из формовочных смесей. Собирают их также
из
для получения фа¬
стержней
отливок.
сонных
Центробежным
способом

центробежной отлив¬
а
с вертикальной
с горизонтальной
вращения; б

на

осью

из

Схема

Фиг. 91.
ки

етливки

изготовляют

сплава.

любого

Фиг. 92. Отливка фасонных
деталей центробежным спо¬

машине:

осью

принципу действия
центрифуги.

собом по

вращения.

Литье под давлением. Этим высокопроизводительным спосо¬
бом получают отливки из цветных сплавов: алюминиевых, маг¬
ниевых, медных, оловянных, свинцовистых, цинковых, преиму¬
щественно для мелких фасонных деталей автомобилей, мото¬
циклов,

паровой

и

водяной арматуры,

счетных

машин,

электро¬

радиоаппаратуры и других
массового
деталей
произ¬
водства. Ведутся работы по
изготовлению

мелких

чугун¬

ных и стальных отливок под

Расплавленным

давлением.

металлом
давлением

заполняется

таллическая
ная

форма.

давлением
сложной

под
ме¬

специальная

обычно

сталь¬

Литьем

под

получают детали

конфигурации

с

отверстиями, резь¬
приливами, выступами

мелкими

бой,
и

т.

п.

Давление

на

Фиг. 93. Форма для литья под давлением.

жидкий

металл

при

заполнении

фор¬

обеспечивает хорошую заполняемость, передачу отливке
тончайших очертаний формы и уменьшение пористости деталей.
Полученные детали имеют чистую поверхность и точные (до
мы

0,1 мм) размеры,
обработка их или

вследствие

чего

последующая

незначительна,

или

механическая

не нужна.
Металл полученных под давлением деталей имеет мелкозерни¬
стую структуру (вследствие быстрого охлаждения в металлиочень

вовсе

253

ческой форме) и высокую плотность; поэтому прочность дета¬
лей, полученных литьем под давлением, выше прочности дета¬
лей, отлитых в песчаную форму.
На фиг. 93 показана форма для литья под давлением. Она
состоит из неподвижной части 2 и подвижной части 4, образу¬

форму

ющих

Для получения отверстия служит стер¬

отливки.

жень

3. После затвердевания отливки*в

кунд

форму разнимают,

толкателями

нее

5.

При

и

готовая

течение

отливка

заполнении

нескольких

6 выталкивается

формы

металл

се¬
из

поступает

через мундштук 1 с большой скоростью (до 60 м/сек) и
большим давлением (до 1000 ат).
Литье под давлением производится с помощью специальных
машин, которые могут быть разделены на два основных типа:

в

нее

под

компрессорного действия, в которых давление на ме¬
сжатым воздухом, и машины поршневого дейст¬
вия, в которых давление на металл создается поршнем.
Литье по выплавляемым моделям. По выплавляемым моде¬
лям получают мелкие отливки (обычно весом до 10 кг) из лю¬
бых сплавов с точными размерами (не ниже 5-го класса) без
применения последующей механической обработки. Если нуж¬
ны более точные размеры, отливки подвергаются шлифованию
и полированию. Этим способом изготовляют мелкие детали ав¬
машины

талл

создается

тотракторного производства, лопатки турбин, режущий ин¬
струмент (сверла, фрезы) из сталей и специальных сплавов,
трудно обрабатываемых резанием, а также из медных спла¬
вов. Технологический процесс складывается из следующих опе¬

раций:
1) изготовляется
мого изделия

из

металлическая

стали

или

модель

медных сплавов,

(эталон)

отливае¬

которая тщательно

доводится до заданных размеров;

2)

по

модели

плавкого

3)

в

(эталону)

изготовляют

пресс-форму

из легко¬

сплава;

полученной пресс-форме

отливают восковые модели

бу¬

стеарина, па¬
дущих отливок из заменителей пчелиного воска
рафина и др.
Восковые модели или блок, составленный из многих воско¬
вых моделей и литниковой системы (также из воска), окраши¬
погружением в специальную эмульсию. Для лучшего
контакта с формовочным материалом окрашенная поверхность
ваются

блока моделей припыливается прокаленным при 400 500°

тон¬

порошком корунда или кварца и подвергается сушке при
температуре около 20° в течение 5 6 ч. Полученный блок мо¬
дели с литниковой системой заформовывается в опоке с приме¬
нением специальной формовочной смеси. Изготовленная форма
сушится при температуре 20° в течение 3 4 ч. Затем произво¬
ким

дят выплавку
в

254

течение

моделей при 150° в печах с выдержкой
последующим прокаливанием при темпе¬

восковых

'1,5 2

ч

и

ратуре 800 850°.

получения
ляемых

Далее осуществляется
в

лучших результатов

изделий применяется

лом под давлением 2

заливка

отношении

форм. Для

точности

изготов¬

формы
центробежным способом (фиг.
жидким метал¬

заполнение

5 ати или

94).
Получение отливок в оболочковых (корковых) формах.
Толщина оболочки, образующей форму, равна 4 8 мм. Формо¬
вочная

смесь

состоит

из

песка с добавкой термо¬
бакелита; широко применяется
свойством при нагревании до

кварцевого

реактивных смол, например
пульвербакелит, обладающий
180 240°

температуры

в

переходить

ность смеси после

твердое состояние.

составляет

прокаливания
став смеси входят различные до¬
бавки для смачивания.
Технологический процесс из¬
готовления
оболочковых
форм
включает

1)

ряд

ще

всего

до

температуры

вается

>

металл

смеси

этой
за

это

ча¬

по¬

специальной
и
выдержи¬
температуре
время смесь

твердеет (благодаря наличию в
ней термореактивных смол) на
модели, образуя сплошную корку;

2)

Жидкий

Комплект
моделей

нагретая

150 180°,

слоем

при
сек;

15 30

модель,

алюминиевая,

формовочной

со¬

операций:

металлическая

крывается

Проч¬

25 40 кГ/см2. В

модель вместе с

Фиг.

ного

94.

Заливка

литья

формы для
центробежным

точ¬
спо¬

собом.

коркой

оболочкой

прокаливается
при
температуре 180 240°, после чего

оболочка

снимается

с

мо¬

образуя готовую полуформу (как правило, литейная фор¬
ма состоит из двух оболочек);
3) полученные полуформы складываются и скрепляются под
заливку; литниковая система устраивается заодно с формой.
В оболочковых формах получают отливки из чугуна, стали
и цветных сплавов, имеющие повышенную точность (0,3 0,7 мм
дели,

на

100

размера) и чистоту поверхности по сравнению с от¬
полученными в обычных земляных формах. Примене¬
оболочковых форм в 8 10 раз сокращает количество
мм

ливками,

ние

формовочных материалов, устраняет потребность
Процесс изготовления оболочковых форм может быть
зирован

с

чек в час.

в

опоках.

автомати¬
обеспечением производительности до 500 700 оболо¬
На фиг. 95 показана оболочковая форма для получе¬

ния стальной конической шестерни, состоящая из двух

полуформ,

скрепляемых перед заливкой специальными зажимами. Литье
в оболочковые формы
применяется для изготовления отливок
массового и

серийного

производства.
255

Получение

вакуумным всасыванием. Применяется
втулок из цветных металлов.
Сущность способа заключается в заполнении жидким металлом
специальной тонкостенной, охлаждаемой водой, металлической
для

отливок

изготовления

заготовок

формы, опирающейся через керамическую приставку
ность жидкого
ствие

чего

торый,

и

металла.

на

поверх¬

форме

создается разрежение, вслед¬
происходит заполнение ее жидким металлом, ко¬

образует отливку. Оставшийся

затвердевая,

девший

В

незатвер¬

металл сливается в ковш или печь.

Фиг. 95.

Оболочковые

полуформы:

верхняя половина; б

а

нижняя

половина.

Преимущество способа заключается в возможности устра¬
брака по пористости и газовым раковинам.
Получение отливок способом «выплеска». Залитый в форму
жидкий металл выдерживается в ней в течение определенного
времени, при этом на внутренней поверхности полости формы
затвердевает (намораживается) корочка заданной толщины,
после чего незатвердевший металл выплескивается из формы.
Оставшаяся на поверхности формы корочка является телом
нения

полой отливки. Неметаллические
этом

при
в

тело

ным,

оттесняются

Металл

отливки.

чем

при

заливке

Конфигурация
толщина тела
256

фронтом
в

включения

и

газовые

кристаллизации

отливки

получается

не

более

пузыри

попадают

качествен¬

форму.
определяется конфигурацией формы;

земляную

отливки

и

длительностью намораживания.

Получение
заключается

и

в

происходящих
На

профилей вытягиванием из
деформируемых сплавов. Сущность

тонкостенных

литейных

вов

использовании

свойств

жидкостей

распла¬

метода

явлений,

и

поверхностях раздела соприкасающихся тел.
металла
помещается
жидкого
расплава

на

поверхности

формообразователь со щелью, повторяющей кон¬
Материал формообразователя (для

пластина

вытягиваемого изделия.

тур

алюминиевых

сплавов

должен

смачиваться

верхняя
жидкого

плоскость

расплавом

его

при

быть

должна

Металл,

металла.

и

на

заполняя

21-40; СЧ 15-32) не
погружении в металл
уровне с поверхностью

СЧ

марки

чугун

формообразователя,

щель

мениск.

принимает выпуклый

Формообразователь
ком

металле

некоторое время выдерживается в жид¬
подогрева и выравнивания температурного

для

Фиг. 96. Радиаторная пластина, полученная
ванием

поля

в щели, затем в щель

ка

медная

должен

фольга

хорошо

вается

в

пания

к

щели

из

формообразователя
0,1 0,2

толщиною

смачиваться

мм,

расплавом.

формообразователя

ней

расплавленного
равномерно со скоростью (5
мости от толщины получаемого

вытяги¬

расплава.

20
После

металла.

которой
выдержи¬

Затравка

менее

не

вводится затрав¬

материал
сек

прили¬
затравка

для

этого

18 м/ч)у задаваемой в зависи¬
профиля, температуры расплава

и величины охлаждения, движется вверх, происходит кристал¬
лизация металла на некотором расстоянии от поверхности фор¬

мообразователя,
ления.

водой

или

еще

где

Выше этой

зоны

действуют
изделие

силы

Контроль

качества

выколотки

и

отливок

очистки

прочность

Технология металлов

на

и

выявления
и

специальных

пла¬

исправление

заключается

для

трещин, спаев, недоливов, пригаров
9

холодильнике

трубы, радиаторные

§ 68. Контроль качества отливок
дефектов литья

ническая

в

сжатым

воздухом.
Этим способом получают ленты,
стины (фиг. 96) и др*

после

молекулярного сцеп¬

охлаждается

осмотре отливок
пороков: раковин,

в

Определяются меха¬
образцах, твердость и

др.

257

микроструктура, химический

состав отливок. Проверяется пра¬
вильность размеров отливок по чертежу. При наличия дополни¬
тельных требований проводятся соответствующие испытания, на¬
пример проверка плотности гидравлическим давлением. Годные
отливки

клеймятся

клеймом

специальным

технического

отдела

контроля.

Бракованными считаются отливки, имеющие дефекты, не
требованиями соответствующих технических усло¬

допускаемые

Основные виды брака литья:
наружные или внутренние пустоты в
отливках, обычно с чистой и гладкой поверхностью (причина
повышенная газотворная способность формовочной смеси, не¬
достаточная ее газопроницаемость, плохая вентиляция стерж¬
ней и форм, заливка формы недостаточно раскисленным ме¬
вий, стандартов
газовые

и

т.

д.

раковины

таллом)

;
земляные

теле

или

открытые

раковины

пустоты

закрытые

формовочным материалом,

заполненные

отливки,

в

вследст¬

формы струей металла из-за недостаточной проч¬
формы (слабая набивка, некачественная смесь) или не¬
правильной литниковой системы;

вие размыва
ности

шлаковые
отливках,

раковины

заполненные

конструкции

или

открытые
шлаком,

закрытые

попавшим

литниковой системы,

из-за

небрежной

пустоты

в

неправильной
плохой

заливки,

очистки металла в ковше от шлака;

усадочные
теле

раковины

или

открытые

сталлическим

формы

сильно

состав

металла;

недолив
ляющееся

причина

строением;

питания

точность

отливки

в

ее

их

недостаточное

заполнение

заливки

следствием

вающей

вытекание

спай

сквозные
в

теле

металла

через

щели

заливка

химический

металлом, яв¬
металлом, плохой

формы

холодным

жидкотекучести металла, некачественной

недоста¬

частях,

неправильный

в

грубокри¬

образования

массивных

перегретым металлом,

пустоты

закрытые

поверхность с

отливок, имеющие шероховатую

сборки формы,
по

разъему

вызы¬

опок;

поверхностные щели с закругленными
получающиеся при перерыве струи
конструкции литниковой системы;

или

краями
металла, неправильной
горячие трещины

отливок,

сквозные и

несквозные

с окисленной

по¬

неправильная конструкция отливки, по¬
верхностью (причина
вышенная усадка
металла, плохая податливость стержней и

формы);
холодные

трещины
являющиеся следствием
кают

неокисленной светлой поверхностью,
же причин, из-за которых возни¬

тех

горячие трещины;

коробление
ных напряжений
258

с

изменение контура отливок вследствие усадоч¬
из-за

неправильной конструкции

отливок;

несоответствие

нических свойств
ческих

химического

микроструктуры,
металла

отливок

состава,

требованиям ГОСТ

и

меха¬
техни¬

условий.

В

процессе контроля отливок выявляется возможность ис¬
правления обнаруженных дефектов. Широко применяется за¬
варка дефектов литья (раковин, спаев, трещин и т. д.) газовой
и электродуговой сваркой (гл. XVI). Мелкие трещины и неглу¬
бокие раковины можно исправлять металлизацией
нанесение
слоя

помощью специальных аппаратов. Пористость
работающих под давлением воды, масел и т. д., устра¬
запрессовкой в поры специальных растворов, например

металла

с

отливок,
няется

жидкого стекла, бакелитового

лака.

Для исправления литейных дефектов: раковин

всех

видов,

чугуна, цветных
металлов и их сплавов применяются эпоксидные замазки, за¬
меняющие трудоемкие процессы заварки и состоящие из эпок¬
смолы
сидной
(ЭД-6), отвердителя (полиэтиленполиамина)

пористости

и

трещин,

на

отливках

из

стали,

пластификатора (дибутилфталата) и наполнителей: портланд¬
цемента, маршалита, алюминиевой пудры и др. Дефектные
участки предварительно подвергаются очистке и обезжирива¬
нию. После отверждения замазки приобретают высокую меха¬
ническую

прочность, водостойкость,

воздействиям

9*

и

стойкость

действию нефтепродуктов.

к

атмосферным

РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ
СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ

ГЛАВА XV
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Обработкой
действия
ния

на

них

металлов

давлением

ДАВЛЕНИЕМ
называется

(например,

внешних сил

пресса), под влиянием которых металл
деформаций меняет свою форму в

точных
лении

ние

процесс.воз¬
удара молота, давле¬

без

разрушения.
структуры металла

Одновременно
и

в

результате оста¬

желаемом

и

механических

его

направ¬
измене¬

происходит

физических

свойств.
Такое

необратимое изменение формы называется пластинедеформацией.
При упругой деформации металла в его кристаллической
решетке изменяются лишь межатомные расстояния, которые
ской

после
прекращения действия силы, их вы¬
звавшей. Остаточные же деформации металла происходят в ре¬
зультате сдвигов, возникающих в кристаллических зернах, из
металл, а также сдвигов
которых состоит деформируемый

восстанавливаются

между этими зернами.

Обработка
лам,
к

металлов

давлением

применима

обладающим достаточной пластичностью,

хрупким металлам

(например,

к

только
и

к

метал¬

неприменима

чугуну). Давлением обраба¬

и
магниевые
другие
высокопроизводительным,
после негр или не требуется дальнейшая обработка деталей ре¬
занием или она значительно сокращается. Обработка давле¬
нием может производиться как в холодном, так и в горячем
состоянии.
Основными видами обработки металлов давлением являют¬
ся: прокатка, ковка, штамповка, прессование и волочение.
тывают

сталь,

медные,

алюминиевые,

сплавы. Этот вид обработки

§

69. Факторы,

влияющие

является

на

металлов

пластичность

при

обработке

давлением

Пластичность металлов характеризуется: при растяжении
величиной относительного удлинения и относительным сужестепенью осадки без разрушения. В не¬
нием* а при сжатии
которых случаях она характеризуется ударной вязкостью,.
260

Для пластической деформации металл необходимо подверг¬
нуть напряжению, которое больше его предела упругости, но
меньше предела прочности.
На пластичность металлов оказывает влияние: температура,
химический состав, структура, скорость деформации и другие

факторы.
Температура. При сжатии куска металла в холодном состоя¬
нии вследствие деформации
происходит удлинение зерен, кото¬
с
рое увеличивается
увеличением деформации. В процессе де¬
формации атомы зерна (кристалла) сдвигаются пачками по
плоскостям сдвига
(наиболее густо усеянным атомами), по
степени
мере увеличения
деформации сопротивление сдвигу по
зерен увеличивается и, наконец, сдвиг
прекращается, а дальнейшая деформация
начинает происходить за счет вторичных плоскостей скольже¬
ния, имеющих другое направление. При этом форма первичных
пачек нарушается. В результате зерна измельчаются, т. е. про¬
исходит их дробление по плоскостям сдвига, и монокристалл
превращается в поликристалл, т. е. в процессе пластической
плоскостям
по

этим

скольжения

плоскостям

деформации

происходит измельчение зерен.
неравномерностью деформации между отдельными
частями зерен, отдельными зернами и отдельными частями де¬
формируемого тела происходит накопление дополнительных,
вторичных напряжений. Появляются местные внутрикристаллитные и межкристаллитные повреждения и дальнейшая дефор¬
металла

В связи с

мация становится

Вследствие
ном

состоянии

затруднительной.

этих

явлений

механические

в
и

процессе деформации в холод¬
физико-химические свойства ме¬

непрерывно изменяются: твердость, прочность, и хруп¬
непрерывно увеличивается, а пластичность, вязкость,
коррозионная стойкость и электропроводность уменьшаются.
Это изменение свойств, связанное с деформацией в холодном

талла

кость

его

состоянии,

процессе

а металл с деформированной в
микроструктурой называют наС увеличением степени деформации наклеп (упроч¬

называют

обработки

клепанным.

наклепом,

давлением

возрастает. Явление наклепа используется для повыше¬
прочности машиностроительных деталей, работающих при
переменных нагрузках путем применения так называемого дро¬

нение)

ния

беструйного

наклепа,

при

превышает 1 мм, твердость
пример, твердость
клепа

примерно
увеличивают срок

этом
его

глубина

наклепанного

значительно

слоя

не

увеличивается. На¬

углеродистой стали увеличивается после на¬
40%. Этим способом в машиностроении
службы деталей, например зубчатых колес,

на

пружин и др.

Обработка
тических

случае

температурах ниже кри¬
обработке, так как в данном

металлов давлением при

относится

к

холодной

имеет место наклеп металла,
261

При
чивого

металл

нагревании

наклепа

состояния

в

переходит из неустой¬
равновесное состояние,
изменениём в структуре

постепенно

устойчивое

причем этот процесс сопровождается
и свойствах металла. В начале нагревания происходит посте¬
пенное снятие
напряжений и выравнивание искаженной кри¬
сталлической решетки. При этом в наклепанном слое умень¬
шаются твердость и прочность, возрастает пластичность. Этот
процесс называют возвратом металла. При дальнейшем нагреве
из обломков деформированных зерен возникают новые зерна,
имеющие правильную
(неискаженную) кристаллическую ре¬
шетку. Этот процесс образования новых зерен называют рекристаллизацией, а температуру, при которой он происходит
температурой рекристаллизации. Установлена наименьшая тем¬

пература рекристаллизации: для
миния 100°, свинца 30°, олова 80°

Отсюда видно,

что

и

др.) не могут иметь наклепа при
обработке их давлением при этой

меди

270°,

алю¬

т. д.

легкоплавкие

и

450°,

железа

металлы

(олово,

свинец,

комнатной температуре. При
температуре наклеп уничто¬

жается

без нагрева.
С дальнейшим повышением температуры размер зерен уве¬
личивается, причем рост зерен зависит не только от повыше¬
ния

температуры нагрева

пени

его

наклепанного

деформации. Деформация,

металла,

после

которой

но

и

от

сте¬

при нагреве

наибольший рост зерен, называется критической
больших обжатий рост зерна незначите¬
лен, наибольший рост зерна наблюдается после небольших де¬
наблюдается

деформацией. После

формаций. Для получения после отжига мелкозернистой
туры при обработке металлов в холодном состоянии
няются деформации больше критических. С .увеличением

струк¬
приме¬
темпе¬

ратуры нагрева пластичность металлов непрерывно (за исклю¬
чением промежуточного интервала температур между холодной
и
горячей деформациями) увеличивается, а его прочность
снижается.
Следовательно,
сопротивление деформированию
чем больше нагрета сталь, тем меньшее количество энергии за¬
трачивается для ее деформации, и поэтому нагрев стали для
быть достаточно
должен
давлением
высоким, но
к образованию крупнозер¬
высокий
приводит
нагрев
чрезмерно

обработки

нистой структуры металла, так как с повышением температуры
увеличиваются размеры зерен.
Химический состав. Различные металлы и их сплавы имеют
неодинаковую пластичность, так, например, медь более пла¬
стична,

рода,
же

чем

образом,
Другие

ний.

с увеличением в стали содержания угле¬
серы уменьшается пластичность. Подобным
но в меньшей степени действует марганец и крем¬
элементы
(например, никель, ванадий) в опреде¬

железо,

фосфора

и

ленных пределах
262

повышают

пластичность

стали,

Скорость деформации. С увеличением скорости деформации
сопротивление металла деформированию увеличивается. Это
объясняется, например, тем, что процесс рекристаллизации про¬
времени и при больших скоростях деформации может
не завершиться. Поэтому динамическая деформация под моло¬

текает во

том

вызывает

сом.

большее

сопротивление

металла,

чем

под

прес¬

скорости деформации, превышающей предельно до¬
пустимую, произойдет разрушение деформируемого металла.

§

При

70.

Температурные

интервалы горячей
металла

обработки

и

нагрев

Температурные интервалы. Для каждого металла и сплава
температура горячей обработки имеет свои верхний и нижний
пределы, образующие область нагрева, называемую темпера¬
турным
интервалом
обра¬
ботки.
На фиг. 97 показана об¬
углеродистой
горячей обработ¬

ласть

нагрева

стали

для

ки давлением

в зависимости

содержания углерода. Ее
верхние пределы лежат на
100 150° ниже температуры

от

начала

плавления

ликвидуса),

нии

(т.

е.

ли¬

нижние

пределы на 60 75° выше
превращения
температур
перлита и цементита в аус¬
тенит
(т. е. линии перлит¬
ных

превращений).

Выше

Фиг. 97. Кривая температурного интер¬

вала горячей обработки давлением угле¬
верхних тем¬
пока¬
родистой стали.
пературных пределов
зона
зана
пережога, ниже
линии нижних температурных пределов показана зона упрочне¬
ния

линии

(наклепа). Пережженный

металл

при

обработке

давлением

дает большие рваные трещины с окисленной поверхностью, пол¬
ностью теряет пластичность, является неисправимым браком и

переплавку. Зона перегрева является зоной
роста зерна и дает крупнозернистую
структуру металла, непрочную и хрупкую, которая может быть
исправлена последующим отжигом на мелкое зерно (в результа¬
те
измельчения
зерен в процессе перекристаллизации). Обработ¬
ка
металлов
давлением
при температурах зоны наклепа дает
напряженный и хрупкий (наклепанный) металл и может при¬
вести
к
разрушению его. Наклеп можно устранить последую¬
щей термообработкой.
годен

только

наиболее

на

интенсивного

263

Температуры

зоны

горячей обработки

значительно

превы-.

рекристаллизации, и поэтому получаемый от
механического
воздействия наклеп немедленно уничтожается
вследствие рекристаллизации и образования новых зерен. Это
шают температуру

значит,

что

идут два

при

горячей обработке

процесса:

давлением

одновременно

наклепа и рекристаллизации.

При

обжатии

дробятся, затем из обломков растут новые зерна, кото¬
рые снова будут раздроблены новым обжатием и т. д.
При правильно проведенном режиме горячей обработки дав¬

зерна

структура получается тем мельче, чем ближе темпера¬
тура конца обработки давлением к нижнему пределу. В про¬

лением

цессе

горячей обработки

жаются

литого

давлением

металла

или

уменьшаются

(например,

уничто¬

газовые

раковины,
пустоты с неокисленными поверхностями завариваются, проис¬
ходит частичное выравнивание химического состава металла в
результате диффузии при высокой температуре), кристаллы
и ориентируются
стали вытягиваются
в
направлении течения
металла; создается волокнистая структура, вследствие чего ме¬
ханические свойства стали вдоль волокон становятся выше, чем
поперек волокон (например, образцы, вырезанные вдоль оси
пороки

одного прутка стального проката, показали удельную ударную
14
а
взятые
вязкость
кГм/см2,
поперек оси
прутка

1,5 кГм/см2).
Режим нагрева. Нагрев
поверхности,
готовок

за

заготовок

в

печах

дальнейшим проникновением

с

счёт

теплопроводности. Чем

она

выше,

произойдет прогрев металла до температуры,
горячей обработки.
Теплопроводность различных металлов и
кова:
кая

внутрь
тем

с

их
за¬

быстрее

необходимой для
сплавов

неодина¬

теплопроводны, чем сплавы; мяг¬
теплопроводнее высокоуглеродистой
твердой стали;

чистые

сталь

начинается
тепла

металлы

легированные
стые.

стали

более

менее

теплопроводны,

нежели

углероди¬

Тонкие^ заготовки требуют меньше времени для сквозного
прогрева, чем заготовки с большими размерами сечений.
Чем быстрее нагреваются заготовки, тем меньше выгорает
с
изделий, следовательно,
поверхности стальных
углерода
уменьшается
последующему

глубина

обезуглероженного

удалению

в

стружку.

слоя,

При

подлежащего

быстром нагреве
(окалину), обра¬

уменьшаются также отходы на угар металла
зующуюся под действием кислорода из окружающей среды.
Однако быстрый нагрев металла (особенно крупных заготовок)
может привести к образованию трещин вследствие
неравномер¬
ного нагрева наружных и внутренних слоев. Чем меньше теп¬
лопроводность металла заготовок, тем больше вероятность об¬
разования этих трещин вследствие высоких .внутренних напря¬
жений, возникающих из-за неравномерного расширения наруж264

внутренних слоев заготовок. Наибольшие внутренние на¬
пряжения в металле возникают с изменением его удельных
объемов при переходе из одного фазового состояния в другое,
когда к неравномерному тепловому изменению объема присо¬
единяются изменения этих удельных объемов. Поэтому при на¬
греве металла переход через зоны фазовых превращений дол¬
жен вестись более осторожно. Нагрев слитков и других круп¬
а
ных заготовок,
также заготовок
из
высоколегированных и
сталей
в
несколько этапов: мед¬
высокоуглеродистых
происходит
ленный нагрев до температуры фазовых превращений, выдерж¬
ка
при этой температуре, быстрый нагрев до окончательной
ных и

с

температуры

последующей выдержкой

для выравнивания тем¬

пературы по всему сечению.

Скррости нагрева заготовок значительно увеличиваются при
контактного и индукционного.
применении электронагрева

Фиг. 98.

Нагревательные

Методическая

устройства. Нагрев

обработки производится
печах

Горн

с

в

горнах,

металла

пламенных

и

для

горячей

электрических

индукционных нагревателей.
простейшим нагревательным устройством и при¬
главным образом при ручной ковке. Горны бывают

помощью

контактных

и

является

меняется

стационарные
ком

нагревательная печь.

и

передвижные, работающие

на

твердом

и

жид¬

топливах.

Пламенные печи могут нагреваться твердым., жидким или
газообразным топливом. В зависимости от характера темпера¬
тур в рабочем пространстве они делятся на камерные и мето¬
В камерных

температура одинакова на всем
камерные печи применяются
для небольших заготовок, допускающих высокие скорости на¬
грева.
Большие камерные печи для нагрева слитков и других круп¬
ных заготовок устраиваются с подом, выдвигаемым из печи на
В прокатном производстве применяются колодцевые
колесах.

дические.

печах

рабочем пространстве. Небольшие

печи
них

со

сводом;

производится
В методических печах

вляется

чем

съемным

слитков

загрузка
с

и

выгрузка нагреваемых в
мостовых кранов.
нагрев заготовок осущест¬

помощью

(фиг. 98)

постепенно, по заданному режиму. В удлиненном

пространстве

этих

печей температура

в

различных

рабо*
зонах
*05

горения в печах движутся навстречу
заготовкам, поступающим через окно 1 в рабочее пространство
печи. Заготовки постепенно и равномерно передвигаются вдоль
неодинакова.

рабочего

Продукты

пространства

с

помощью

толкателей, надавливающих

крайние

уложенные
друга, перемещаются одновременно.
вок производится через окно 2. При
так

ся

что

все

заготовки,

механизация

облегчающая

и

специальных

механических

ряды заготовок,
поду, ^проталкивая друг
Выгрузка нагретых загото¬
этом способе осуществляет¬
и автоматизация процесса нагрева заготовок,
повышающая
производительность труда. Тем¬
на

к

ним

на

пературы нагрева в печи контролируются указывающими и са¬
мопишущими пирометрами. Применяются также пирометры с
постоянной
автоматического
механизмами
для
поддержания
автоматического изменения
с
механизмом
или
для
температуры
температуры во времени. Для подогрева воздуха камерные и
методические печи оборудуются регенераторами или рекупера¬
торами. Существенным недостатком пламенных печей является
обезуглероживание поверхности и высокий поверхностный угар
металла.

Электрические печи для нагрева металла бывают также ка¬
мерные и методические. Источником тепла в них является за¬
крепляемое вдоль стенок кладки рабочей камеры жаростойкое
сопротивление, через которое пропускается электрический ток.
Температура в печи регулируется с большой точностью. В элек¬
тропечах происходит безокислительный нагрев, так как отсут¬
пламени дает возможность подвести в рабочую камеру
инертный газ, Защищающий нагреваемый металл от окисления,
нейтральный по отношению к нему (например, смесь в опреде¬
соотношении
ленном
N2, СО и С02). Эти печи применяются
главным образом при нагреве цветных металлов и их сплавов.
ствие

Контактные электронагреватели
большой

являются

установками

для

нагрева
(при малом напряжении), про¬
ходящим через нагреваемую заготовку, которая в данном слу¬
чае служит сопротивлением.
током

силы

Индукционный
ного

того

нагрев производится с помощью специаль¬
индукционного электронагревателя, состоящего из закры¬
общим кожухом индуктора, в котором нагреваются заго¬

и монтируемой под ним батареи конденсаторов. Поме¬
щенный внутри индуктора металл нагревается под действием
магнитного гистерезиса и возбуждаемых в нем вихревых токов.
товки,

Высокий к. п. д. (60 70%) индукционного нагревателя
обеспечивается подбором тока соответствующей частоты.
По сравнению с нагревом заготовок в других печах при
индукционном нагреве резко сокращается (до 60 раз) время

нагрева (при подборе соответствующих частот стальная заго¬
диаметром 40 мм нагревается до ковочной температуры
за 30 35 сек), слой окалины уменьшается в 4 5
раз, обезугтовка

266

слой практически отсутствует, уменьшается угар
металла, улучшаются условия труда (отсутствие облучения от
нагревательных печей, бесшумность нагрева и др.)- При кон¬
тактном и индукционном нагреве опасность образования тре¬
щин отпадает, так как под действием возникающего в самом ме¬
талле тепла получается более
равномерный нагрев.

лероженный

§

71.

Прокатка

Прокаткой называется вид обработки давлением, при кото¬
ром процесс деформации металла осуществляется сдавливанием
его между вращающимися
цилиндрами (валками). При про¬
катке

сдавливаемый

металл

вытягивается

в

продольном напра¬
уширяясь в поперечном
вертикальном
направлении. Вследствие возникновения трения между прокаты¬
ваемым металлом и валками последние одновременно с дефор¬
мированием осуществляют подачу
металла до тех пор, пока вся заго¬
товка не пройдет через зазор между
валками. Окончательные размеры и
форма поперечного сечения, полу¬
влении,

ченного

ляются

сжимаясь

в

и

прокаткой изделия, опреде¬
профилем отверстия между

сжимающими металл

валками.

Ввиду

непрерывности процесса
при больших его скоростях прокат¬
ка
является
высокопроизводитель¬
ным

методом

обработки

металлов

давлением.

Прокаткой

обрабатываются

Фиг. 99. Схема процесса про¬
дольной прокатки.

сталь, цветные металлы и их сплавы.

Прокатка
жется

в

носит

название

продольной,

направлении, перпендикулярном

перечной при

движении

заготовки

вдоль

если
к

осям

осей

заготовка
валков,

валков.

дви¬
и

по¬

Схема

продольной прокатки показана на фиг. 99.
Валки для прокатки изготовляются из отбеленного чугуна,
углеродистой и легированной стали и из высокопрочного чугу¬
на. Они бывают или гладкими
(фиг. 100, а), или калиброван¬
ными
(фиг. 100, б), т. е. имеющими ручьи определенного про¬
филя (ручьем называется профиль выреза на боковой поверх¬
ности валка, калибром называется профиль, составляемый смеж¬
ручьями двух валков).
уменьшения количества пропусков калибровка валков
производится с учетом наибольшего сжатия при каждом про¬
пуске. Предварительное обжатие производится в обжимных и
черновых ручьях; окончательный профиль проката получают
в
чистовых
ручьях. Назначение черновых ручьев
получить
ными

Для

267

почти

заготовку

профиля для сохранения чистового
быстрого износа. Калибры последова¬

готового

(отделочного) ручья

от

тельно используемых обжимных ручьев для сокращения количе¬
ства проходов между валками, а также во избежание вытекания
металла из ручья в зазор
между валками делаются
с резко отличной друг от

формой.
комбинации
Подбор
профилей обжимных ру¬

друга

чьев

для

данного
меньшее
и

получения

профиля
число
их

расчет

за

за¬
наи¬

проходов
размеров

калибровкой

называется
валков.

Фиг.

100. Валки:

а

Цифрами

рованные.

гладкие;

б

обозначены

калиб¬

калибры.

Оборудование
Прокатка

прокатки.

изводится
ных

ных станах,

устройство

которых

на

машинах

зависит от вида

для

про¬

специаль¬

прокат-

прокатываемых

изделий

и их размеров.
На фиг. 101 показана схема прокатного стана для продоль¬
ной прокатки.
Основными частями прокатного стана являются: привод, пе¬

редаточный механизм
Привод прокатного

и

рабочие

стана

дуктора 2 с маховиком 3
одну или несколько
рабочих клетей 5 6 7.
Валки 8 рабочих кле¬
тей расположены парал¬
лельно и имеют возмож¬

и

клети

с

прокатными валками.
электродвигателя 1, ре¬
шестеренной клети 4. Стан может
состоит из

иметь

ность

поперечного пере¬
относи*
мещения
один
тельно другого, для чего
Фиг. 101. Схема прокатного стана для про¬
получает
дольной прокатки.
шестерен¬
вращение
ной клети через индиви¬
дуальный шпиндель 9. В станах, имеющих несколько располо¬
женных в одну линию рабочих клетей, валки соседних клетей
связаны между собой также шпинделями 10, так что скорость

каждый

из

них

от

вращения

их во всех клетях одинакова.

Прокатные

станы

классифицируются

1. По числу валков: с двумя
валками
триостаны, с четырьмя
ковые'.

268

и

образом.
дуостаны, с тремя

следующим

валками

более

валками

многовал¬

2. По направлению вращения: с постоянным направлением
и с переменным направлением вра¬
щения реверсивные. На нереверсивном дуостане для каждого
прохода
последующего
заготовку приходится передавать с
одной стороны стана на другую.
3. По конструкции валков: с гладкими валками и ручьевыми

вращения (нереверсивные)

(калиброванными).
4. По назначению: обжимные, черновые, сортовые, листовые,
рельсовые, трубопрокатные и др.
5. По размеру: мелкосортные,

среднесортные

и

крупносорт¬

ные.

Крупные обжимные станы называются блюмингами или сля¬
бингами. Блюминг является двухвалковым реверсивным станом,
на
котором стальные слитки весом 5 15 т прокатываются в
квадратные заготовки (блюмы) сечением от 200X200 мм до
400x400 мм. На слябингах прокатывается листовая заготовка
(слябы), толщиной от 125 до 225 мм и длиной до 5000 мм. Пос¬
ле прокатки блюмы и слябы подаются к ножницам для разрезки
на куски определенной длины, после чего из них получают по¬

профиля. Произво¬

следующей прокаткой изделия различного
дительность этих станов 150 250 т/ч.

Крупносортные станы имеют валки диаметром 500 750 мм
прокатывают сортамент диаметром свыше 80 мм, среднесорт¬
ные имеют валки диаметром 350 500 мм и прокатывают сорта¬
мент диаметром от 38 до 100 мм (для некруглого проката соот¬
и

ветствующая площадь поперечного сечения), мелкосортные при
диаметре валков 250 350 мм прокатывают сортамент диамет¬
ром от 8 до 40 мм.
Рабочие клети сортовых станов могут располагаться в линию
или последовательно

При

за

друг

последовательном

другом.

расположении

рабочие

клети

имеют

свои числа оборотов, что
приводы, а валки
является преимуществом, дающим возможность применять ско¬
рости на последующих ступенях большие, чем на предыдущих.
Станы с последовательным расположением клетей назы¬
ваются непрерывными, так как заготовка идет последовательно
из одной клети в другую без поворотов и возвратов.
самостоятельные

Полунепрерывными

станами

называются

станы,

сочетающие

линейное расположение клетей.
Сортамент проката. »Продукцией прокатного производства
являются как готовые изделия (например, балки, трубы, рельсы
последовательное и

и

др.),

так

штамповкой,

и

заготовки

волочением

для

или

последующей обработки ковкой,
резанием. Основные виды профи¬

на'фиг. 102.
Получаемая прокаткой листовая сталь
стую и тонкую. Первая имеет толщину от

лей проката

показаны

бых случаях до

450

мм

(например,

судовая

разделяется
4

до

60

мм

броня) при

на

и

в

тол¬

осо¬

ширине
269

от 500 до 3000 мм, вторая
толщину менее 4 мм. В сортамент
листового проката входит сталь листовая, кровельная в отожЖёЯном
состоянии, белая жесть (жесть, покрытая оЯФВОм),
оцинкованная сталь, черная полированная жесть, сталь, протрав¬
ленная для удаления окалины после отжига
декапированная.
Для улучшения качества поверхности для повышения точности

размеров

горячекатаный

лодной прокатке.
Сортовая сталь
Фасонная сталь

металл

бывает

подвергают

последующей,

хо¬

квадратная и полосовая.
поперечное сечение и
делится на равнобокую и неравнобокую угловую, тавровую, зе¬
товую, двутавровую, швеллерную и др.
имеет

круглая,

более

Фиг. 102. Основные

/, 2,

3

10

треугольная/

квадратная

неравнобокая

и

4

сталь;

овальная,

тавровая сталь;

Специальные

16

рельс;

виды

шины,

5

прямоугольная

сегментовая
13

17

швеллер;

зетовая

проката.

относятся изготовление
называются

сталь;

полукруглая,
сталь;

профилей проката:

виды

круглая

равнобокая угловая

сложное

К

сталь;

и

сталь;

ромбовидная
14
18

6, 7, 8, Р,

сталь;

//,

двутавровая балка,
колонная

12
15

сталь.

специальным видам

проката

прокаткой труб, бандажей (бандажами

надеваемые

на

паровозные

или

вагонные

прокатка дисковых колес направляющих турбинных
лопаток и др.
Изготовление труб является особой отраслью прокатного про¬
изводства со специальным оборудованием и технологическим

колеса),

Прокаткой получают трубы бесшовные и со швом
(сварные трубы). Последние разделяются на трубы сваренные
встык и внакладку. Сварные трубы изготовляют прокаткой за¬
процессом.

готовок

на

полосы

и

последующей

их

сваркой. Ширина

полос

больше длины окруж¬
ности
сечения
трубы для образования перекрытия кромок.
Чтобы толщина стенок сварной трубы была одинаковой, при на¬
ложении одной кромки на другую кромки полос скашивают на
специальных станах. После нагревания полос следует загибка

при сварке внакладку берется

несколько

трубу, протягивание через воронку на волочильном стане
сваривание. Внедряется новый, более производительный метод
изготовления сварных труб
спиральная сварка,
при кото¬
ром полоса свертывается спиралью и соприкасающиеся стороны
спирали свариваются на специальном электроаппарате,
270
их

и

в

Бесшовные трубы получают различными методами. Наибо¬
распространенным способом является следующий: предва¬
рительно прокатанная заготовка круглого, сплошного сечения
обрабатывается сначала на специальном двухвалковом трубо¬
прокатном прошивном стане поперечной прокатки (фиг. 103), а
затем на стане продольной прокатки
пильгерстане.
Оба валка прошивного стана вращаются в одном направле¬
нии, вследствие чего заготовка вынуждена вращаться в обрат¬
ном направлении. Так как оси вал¬
лее

ков, имеющих

особую форму,

не па¬

раллельны, а расположены под не¬
которым углом (поэтому прошивной
косой про¬
стан
называют
станом
катки), заготовка получает винто¬
вое движение, т. е., вращаясь, дви¬
вдоль своей оси. Благодаря

жется

возникающим при прокатке в таких
деформациям металла, в
А
заготовки
(являющимся
центре
валках

Фиг.

не

наиболее слабым местом ее вслед¬
ствие рыхлости, повышенного содер¬
жания неметаллических включений
появляется

103.

Схема

лой, трубной

и

получения по¬
на ста¬

заготовки

поперечной прокатки.

ликвирующих

примесей)

неровной, рваной поверхностью. Для
неровностей применяется дорн В, на кото¬
с

отверстие

выравнивания этих
рый при выходе из-под

валков М и N движется заготовка. В ре¬

зультате получается заготовка для

трубы.

прошивном стане полая заготовка Л для трубы
подается для дальнейшей обработки на специальный стан, где
раскатывается в трубу требуемых размеров.
Этим способом, имеющим широкое распространение, изго¬
товляются трубы диаметром от 40 до 500 мм длиной до 10 ж.
Более мелкие бесшовные трубы изготовляются другими разно¬

Полученная

образными

в

методами.

§

72. Холодная прокатка

и волочение

Для горячей прокатки сталь нагревают примерно до темпе¬
ратуры ковки. Медь, алюминий и их сплавы также прокатывают
в

горячем

состоянии.

чения тонких

прокатку применяют для полу¬
малой толщины, стальных полос,

Холодную

изделий:

листов

идущих на изготовление перьев, пил и др. Холодную прокатку
обычно производят на реверсивных и непрерывных станах, вал¬
ки которых должны быть закаленными, а поверхность
совер¬
шенно

гладкой. В процессе прокатки

металл

наклепывается; для

устранения наклепа металл подвергается отжигу.
Волочением называется особый вид обработки
давлением,

при

котором

обрабатываемый

металл,

металлов

обычно

в
2?!

холодном состоянии, протягивается через отверстие волочильной

Сечение этого отвер¬
Волочением об¬
протягиваемой
рабатывают сталь, цветные металлы и их сплавы. Этим спосо¬
бом получают проволоку малого диаметра (от 0,1 до 4 мм), ка¬

доски
стия

глазок специального инструмента.

заготовки.

меньше сечения

либрованные прутки

и

тонкие

гладкой поверхностью

и

точными

трубы. Изделия получаются

с

размерами.

Холодная деформация при волочении повышает прочность и
твердость получаемых изделий вследствие наклепа металла. При
значительном уменьшении исходного сечения операцию протя¬
гивания повторяют несколько раз, каждый раз через
отверстие
меньшего

диаметра.

Коэффициент

утонения при волочении, т. е.
диаметра после воло¬
чения d\ к диаметру до волоче¬
ния
do колеблется в пределах
0,8 0,95.
Волочильные доски изготов¬
отношение

ляются

с

вставными

фильерами.
ляются
маза;

для

Волочильная
чения
104.

Волочильная

(а)

фильеры

волочения

кой проволоки

Фиг.

изготов¬

из твердых сплавов и

алмазные

няются

глазками

Фильеры

ал¬

приме¬

очень тон¬

(d\ менее0,25мм).

доска и схема воло¬

представлены

на

фиг. 104.

Для

устранения получающе¬
процессе волочения на¬
1
2
заготовка.
(глазок);
фильер
клепа
применяется промежуточ¬
ный отжиг с последующим трав¬
лением для снятия окалины. Уменьшение трения при волоче¬
смазкой
нии
достигается
различными антифрикционными со¬
ставами (растительными, минеральными маслами и др.).
Процесс волочения осуществляется на специальном оборудо¬
волочильных станах, состоящих из матриц
вании
фильеров
и тянущих устройств.
Волочильные станы делятся на две группы: для обработки
прутков и для обработки различной проволоки. В отличие от
волочильного стана для пруткового материала при изготовлении
проволоки волочильные станы имеют барабаны, на которые на¬
и

схема

матывается

волочения

доска

(б):

изготовленная

бывают однокатные,

гося

в

протягиванием проволока,причем

эти

приспособленные только для од¬
ного пропуска металла через фильер, и многопрокатные
мно¬
гобарабанные, в которых проволока, пройдя через фильер, на¬
матывается на первый барабан, затем, разматываясь, проходи^
через второй фильер меньшего сечения и далее наматывается на
второй барабан и т. д.
станы

272

т. е.

73. Свободная ковка

§

Ручная

Ковкой

ковка.

называется

процесс

деформирования

металла, находящегося в пластическом состоянии, ударами мо¬
лота или давлением пресса. Полученное ковкой изделие назы¬

поковкой. Различаются свободная

вают

пах

штамповка.

или

Ковкой получают

ковка

и

изделия

ковка

в

штам¬

разнообразной

веса. Заготовками для крупных поковок служат слит¬
средних и малых поковок
прокатанные заготовки.
Ручной ковкой изготовляются мелкие поковки весом до 10 лег

формы

и

ки, для

при ремонтных работах и индивидуальном производстве, с при¬
менением кувалд различного веса для нанесения ударов по ме¬
таллу. Она имеет низкую производительность и требует затраты
большой физической силы. В современной промышленности руч¬
ная ковка вытеснена машинной ковкой и штамповкой.
Ниже перечисляются основные операции ковки.
1. Осадка
увеличение площади поперечного сечения заго¬
товки

за

части

заготовки

счет

уменьшения

ее

называется

высоты.

высадкой

Осадка

не

всей,

а

только

(фиг. 105, а).

2. Вытяжка

увеличение длины заготовки за счет уменьше¬
поперечного сечения (фиг. 105,6).
Для нанесения на заготовке разметочных углублений произ¬
водится наметка (фиг. 105, в), являющаяся вспомогательной
ния ее

операцией

вытяжке.

при

передача;

вытяжки

эта

Другая

вспомогательная

операция

заключается

в

операция
смещении

одной

части заготовки относительно другой (фиг. 105,
г).
Для устранения неровностей поверхности поковки и получе¬
ния
более правильной ее формы применяют приглаживание

бойком

плоским

и

гладилкой (фиг. 105, д).

3. Прошивка
теле

сквозных отверстий в сплошном
углублений (несквозная прошивка), осуще¬
бородками при ручной ковке и прошивнями при ма¬

заготовки

ствляемое

шинной

получение

или

(фиг. 105, £).

4. Гибка

получение изогнутой формы по заданному кон¬
туру (фиг. 105, ж).
5. Закручивание
поворачивание одной части заготовки от¬
носительно другой на заданный угол вокруг общей оси. На
фиг.
105, и показана поковка двухколенчатого вала до закручива¬
ния / и после закручивания //. На
фиг. 105, к показана уста¬
новка заготовки при операции закручивания.
6. Рубка
отделение одной части заготовки от другой с

зубила или кузнечного топора (фиг. 105, л).
соединение двух концов заготовки или двух за¬
Сварка
готовок. На фиг. 105 показаны способы
сварки: внахлестку (м),
в паз
(я) и встык (о).
Прочие операции свободной ковки являются, по существу,
помощью

7.

лишь

разновидностями

описанных

выше

или

их

сочетаниями!

27о

Изготовление разнообразных
нии этих

и

операций

в

поковок

размерами подлежащей обработке

Фиг. 105.
1

Операции

обрабатываемая

ковки:

а

полоса;

2

примене¬

детали.

высадка; б
молот;

3

вытяжка;

наковальня;

круглая раскатка;

передача; д

г

в

определяемой формой

наметка:

в

1

1

заключается

последовательности,

наковальня;

2

приглаживание:
деталь;

3

гладилка;

е

I

2

прошивень;

1

прошивка:
обрабатываемый кусок
ж
гибка:
2

к

м

наковальня;

кузнечная

наковальня;

полоса

молот;

поковка

и

1

3

3
металла;
клещи; 4
двухколенчатого вала:
после закручивания;
до закручивания; II

наковальная;

I

металла;

сварка
о

2

закручивание; л
рубка:
зубило; 3
обрабатываемая заготовка;
внахлестку; н
кузнечная
кузнечная сварка встык.

сварка

в

паз;

На фиг. 106 приведен пример свободной ковки шатуна.
Машинами-орудиями для свободной ковки являются мо¬
лоты, деформирующие металл ударом, и прессы, деформирую¬
щие обрабатываемый металл статической нагрузкой (без удара),

274

Ковка

молотах. Молот
(фиг. 107, б) имеет падакЬШ*
который Основной является баба 4 с укрепленным в
ней ЫРХШН бОийГОм 3. Верхний боёк при движении бабы
по
вниз
наносит
лежащей на иижнем
заготовке,
удары
бойке 2У закрепленном в ша¬
на

цз

части,

боте 1 молота.

Перемещение

падающих частей вниз про¬
исходит либо под действием
собственного веса
(молоты

простого действия),

либо под

действием своего

веса

полнительно

давлением

под

и

до¬

пара или воздуха (молоты
двойного действия). По спо¬
собу приведения в движение
молоты делятся на приводные
(механические), рабо¬
тающие от трансмиссии или
электромотора, пневматикеские и паровоздушные.

По

назначению

Фиг. 106. Пример срободной

ковки

ша¬

туна.

молоты

(для свободной ковки) и штамповочные
штампах).
(для
Приводные молоты разделяются на рычажные, пружинные
(рессорные), пневматические и фрикционные. На фиг. 107, а по-

делятся

на

ковочные

ковки в

Фиг.

казан

общий

107.

Пневматический

молот.

вид пневматического молота с двумя цилиндрами:

компрессорным 6. Поршень компрессорного цилинд¬
рабочим
приводимый в движение кривошипно-шатунным механиз¬
5

и

ра,

мом

от

индивидуального электродвигателя, сжимает

то

снизу,
275

сверху находящийся в цилиндре воздух. Сжатый воздух из
компрессорного цилиндра поступает в рабочий цилиндр, где
также попеременно то снизу, то сверху давит на рабочий пор¬
шень, выполненный заодно со штоком и бабой, несущей боек.
С помощью управляющего устройства молота можно получить
любое количество ударов, автоматически производить единич¬
ные удары с разной силой, верхним бойком прижимать заго¬
товку к нижнему бойку, держать падающие части на весу.
У пневматических молотов вес падающих частей доходит до
то

Фиг.

1000
по

108.

кг.

весу

Применяются

они

для

ковки

мелких

и

реже средних

поковок.

Средние.
ных

Паровоздушный» двух стоечный молот (а) и схема паро¬
распределения молота двойного действия (б).

и

молотах

крупные

поковки

двойного действия

изготовляют

или

на

на

паровоздуш¬
прес¬

гидравлических

сах.
молоты
приводятся в действие энергией
воздуха давлением 6 9 ати или пара такого же дав¬

Паровоздушные
сжатого

ления.

Паровоздушные
Первые дают

Hbie.

молоты

бывают одностоечные

возможность доступа

что очень важно во время

работы,

но

к ним

менее

и

двухстоеч-

с трех сторон,

прочны,

чем

двух¬

действием ударов, воспринимаемых единствен¬
ной станиной, могут перекашиваться.
На фиг. 108, а показан паровоздушный двухстоечньш (ароч¬
ного типа)
молот двойного действия. Основными его узлами

стоечные,

276

и

под

являются:

3

нина

головка

части

дающие

2

(правая

и

1 с рабочим и золотниковым цилиндром, па¬
(поршень, шток, баба и верхний боек), ста¬

левая)

с

для

направляющими

бабы, шабот

с

бойком 4, рукоятка и рычаги управления 5.
На фиг. 108, б приведена схема парораспределения молота
двойного действия. Пар или воздух, подводимый к молоту по
трубопроводу 7, при верхнем (как показано на схеме) положе¬
нии золотника поступает в золотниковый цилиндр 8 и, обойдя
нижним

6, поступает

золотник

снаружи

в

часть

верхнюю

рабочего

ци¬

линдра 9, где оказывает давление на поршень 10, заставляя его
и вместе с ним шток 11 и бабу двигаться вниз. В это время пар

(или воздух),

ранее поступивший в нижнюю часть цилиндра,
в золотниковый цилиндр и, пройдя через отвер¬
стие золотника, идет по паропроводу 12 на выхлоп. При нижнем
положении золотника 6 пар (или воздух) обходит снаружи зо¬
выходит оттуда

лотник,

поступает

в

нижнюю

рабочего

часть

цилиндра под пор¬

бабу с
верхней части
рабочего цилиндра пойдет через золотниковый цилиндр 8 и па¬
шень

и,

оказывая

бойком двигаться вверх.

ропровод 12

на

него

снизу,
Одновременно пар

давление

заставляет

из

на выхлоп.

Управление

золотником производится машинистом посред¬
рычагов. Шабот молота делается в 10 15 раз
тяжелее падающих частей и устанавливается на дубовой по¬
душке, покоящейся на массивном железобетонном фундаменте,
ством

что

системы

делается

работы

для

зования

молота

предохранения

и

повышения

энергии удара

на

его

от

степени

смещения

полезного

во

время

исполь¬

деформацию обрабатываемого

ме¬

талла.

в

Вес падающих частей паровоздушных молотов колеблется
пределах 0,5-ь 5 т. Ранее применявшиеся более мощные мо¬

лоты заменены теперь

Ковка

на

прессах.

прессами.

Крупные

молоты

требуют больших фунда¬

ментов, тяжелых шаботов и, кроме того, производят недопусти¬
мое сотрясение почвы во время работы.

Поэтому для изготовления крупных поковок применяются
гидравлические и парогидравлические прессы давлением от 100
до 20 000 7\
Действие гидравлического пресса основано на законе Пас¬
каля, по которому давление жидкости в замкнутом сосуде пере¬
дается во все стороны с одинаковой силой.
На фиг. 109 показана схема гидравлического пресса. Вода
под высоким давлением (обычно 200 ати) поступает от насоса в
рабочий цилиндр 8 и давит на плунжер 6, соединенный с верх¬
ним бойком 4, который, в свою очередь, давит на заготовку 3,
лежащую на нижнем бойке 2.
Нижний боек опирается на фундаментную плиту 1. Для осу¬
ществления

обратного

хода

плунжера

с

верхним

бойком

вода
277

поступает под давлением в подъемные цилиндры 7, поршни ко¬
торых через штоки соединены с поперечиЙМ 5. Поперечина
жестко СВШМ с

ЯйуШК^бм

й

вёрхЙТш бойкбм. Под

давлением

воды штоки подъемных цилиндров, поднимаясь вверх, подни¬
мают и поперечину
(которая может скользить по колоннам

пресса)
ним

с плунжером
бойком.

(реже масло)

Вода
сосов

и

высокого

ходит через

верх¬
от

на¬

про¬
аккумулятор, ба¬
давления

лансирующий неравномерный
расход ее прессом с равномер¬
ной подачей насосом, благода¬
ря чему давление жидкости,

поступающей
няется

к

прессу,

незначительно.

нявшиеся

ранее

изме¬

Приме¬

грузовые ак¬
более

заменены

кумуляторы

совершенными

воздушными.

Парогидравлические
сы

отличаются

от

прес¬
гидравличе¬

ских тем, что жидкость в

чий

рабо¬

поступает не от
от
а
насоса,
мультипликато¬
ра усилителя давления. Ак¬
цилиндр

кумулятор
сах

Фиг.

109.

Схема гидравлического
пресса.

и насос в этих

отсутствуют.

прес¬

Мультипли¬

катор, представляющий собой
систему, состоящую из паро¬
вого и гидравлического цилин¬
дров, преобразует низкое дав¬
ление (8 12 ат) пара или воз¬
в
высокое
давление
духа

(400 600 ат) воды.
Гидравлические прессы
ляются

более

яв¬

экономичными,

особенно при обслуживании нескольких прессов одной централь¬
ной насосно-аккумуляторной станцией.
Для обслуживания ковочных операций при изготовлении тя¬
на современных предприятиях применяют спе¬
манипуляторы, двигающиеся либо по рельсам, либо
непосредственно по полу цеха. Манипулятор снабжен подвиж*ным хоботом с клещами на конце его для захвата заготовки
или поковки. С помощью такого манипулятора
производятся
желых

поковок

циальные

все

ковочные

дает

печи

278

операции

и

обслуживаются

необходимость иметь выдвижной
и выдвижной стол у пресса,

печи.

под

у

Поэтому отпа¬
нагревательной

§ 74. Штамповка
Штамповкой
делий

весом

называется

до

специальных

250 300

чать изделия сложных
и

изготовления

до

1000

с

из¬

помощью

листовой.

Производительность-

штамповки

во

много

водительности свободной ковки, что очень
ного производства, характеризующегося

разнообразных

давлением

кг)
(иногда
который дает возможность легко полу¬
очертаний. Штамповка бывает горячей и

штампов,

холодной, объемной

способ
кг

машин,

в

выпускаемых

выше

раз

важно для

произ¬
современ¬
самых

изготовлением

количествах

огромных

автомоби¬

(например,

и др.).
Необходимая ква¬
лификация рабочей си¬

лей,

лы

тракторов

изготовлении

при

штамповкой

деталей

значительно

ниже,

чем

свободной ковке;
кроме того, точность

при

изготовления и чистота
штампо¬

поверхности

Фиг. 110. Схема объемной штамповки:

изделий выше,

ванных

ройство

ся

ней

штамповки

части;

4

уст¬

нижняя

3

часть;

ручей нижней части;

5

ручей верх¬
канавка

для

заусенец;

б

1

Недостатка¬

металла.
ми

верхняя часть; 2

1

свободной
при
ковке, благодаря чему
расход
уменьшается
чем

а

штампа:

штамповка
штамп;

2

клапанной
заготовка;

3

тарелки:
деталь.

являют¬

ограниченность

веса

штампованных

поковок и

высокая

стои¬

мость штампов.

Горячая штамповка. Горячей штамповкой называется про¬
цесс получения с помощью специальных штампов из нагретых
заготовок изделий, называемых штампованными поковками.
Штампом
металлическая
называется
форма, состоящая
обычно из двух частей, в которых имеются полости, соответст¬
вующие форме изготовляемой поковки. Эти полости называются
ручьями. Одна часть штампа закрепляется в подштамповой по¬
душке, установленной на шаботе молота или плите пресса, а

подвижной части его. Каждый штамп годен для из¬
лишь одной определенной поковки. Поэтому штам¬
применяется преимущественно при крупносерийном и мас¬
в

другая

готовления
повка

совом

производстве.

штампа,

а

на

Штампы

изготовляют

высокой твердостью
полостей
металлом

На

фиг. 110,6

фиг.

110,

а

штамповка

из

показаны

клапанной

специальных

главные

части

тарелки.

сталей, обладающих

жаропрочностью. Внутри штампа стенки
имеют
уклоны, обеспечивающие заполнение формы
из
и выем поковки
штампа.
Внутри штампа при
и

279

пересечении поверхностей делаются закругления, чтобы облег¬
чить

течение

удаления

в

металла

поковки

из

процессе

штампа

штамповки.

иногда

Для облегчения

применяется

смазка

вну¬

тренних полостей штампа. Для удаления окалины и охлаждения
штампа
применяют обдувку штампа сжатым воздухом. Спе¬
циальная канавка 5 (фиг. 110, а) устраивается в штампе для
избытка металла, называемого заусенцем
(облоем), который
при штамповке вытекает из ручья и располагается тонким слоем
вокруг поковки.
В процессе штамповки рассматривают три фазы:
металл
течет
во
все
Первая фаза
стороны до стенок
штампа.

Вторая фаза
мится

вытечь

из

металл
него;

в

заполняет
нем

полости

возникают

штампа

напряжения

и

стре¬

сжатия,

идет

образование заусениц в разрезе двух половин штампа.
Третья фаза
образованные заусенцы теряют пластические

металлу, идет уплотнение и окон¬
«закоулков» штампа.
В настоящее время все более внедряется безоблойная штам¬
повка в закрытых штампах, при которой заусенец не образу¬

свойства

и

не дают вытекать

чательное заполнение

всех

ется.

Одним

из методов штамповки является штамповка с приме¬
подкладных штампов, осуществляемая на оборудовании
свободной ковки. Применяется при изготовлении сравнительно
небольших количеств штамповок.
нением

Подкладной
ней.
няя
чья

двух половин: нижней и верх¬
направляющие штыри, а верх¬
соответствующие отверстия для них. Часть рабочего ру¬
в верхней половине штампа.
помещается в нижней и часть

Нижняя

Вокруг
тельно

штамп состоит из

половина

фрезеруется

ручья

откованная

ручей нижней

имеет

канавка

заготовка

половины

после

штампа,

для
заусенца. Предвари¬
нагрева устанавливается в

которая

помещается

на

плос¬

пресса. Верхнюю половину штампа
накладывают на заготовку и ударами верхнего бойка молота
или нажатием пресса производят штамповку. Простые штам¬
повки штампуют в одноручьевых штампах, более сложные
в
кий нижний боек молота или

многоручьевых.

Многоручьевые
крупносерийного и

штампы

применяются главным образом для
производства. Заготовка из мер¬
ного сортового проката штампуется последовательно, сначала в
заготовительных
(черновых) ручьях, в которых выполняются
операции вытяжки или гибки, и затем в штамповочных для
предварительной и окончательной штамповки. На фиг. 111 пока¬
массового

многоручьевой штамп для штамповки шатуна (нижняя по¬
ловина) и последовательность получения из него поковки. При
применении для штамповки проката периодического профиля
заны

снижается
280

трудоемкость

изготовления

поковок, так

как

отпа-

надобность

дает

ручьях,

в

операциях, производимых

и экономится

в

заготовительных

металл.

и форма заготовительных ручьев в штампах за¬
формы штампуемой детали.
В заготовительных ручьях форму заготовки последовательно
приближают к форме штампованного изделия.

Количество

висит от

Штамповка обычно производится

дачей

заготовки с одного

штампа на

с

одного

нагрева,

с

пере¬

другой.

Фиг. ill. Многоручьевой молотовый штамп для штам¬
повки шатуна. Ручьи:
1

2
3
подкатной;
предварительный;
4
гибочный.
окончательный; 5

протяжной;

Размеры исходной заготовки определяют исходя из объема
потребного для получения штампованного изделия, и
отходов на заусенцы, угар и др. Производится опытная штам¬
металла,

повка поковок из жидкой стали. Металл специальным дозато¬
ром порциями заливается в полость штампа, где выдерживается
под давлением определенное время до затвердевания, после чего
поковка

извлекается

Оборудование
повки

из

для

штампа.

горячей

штамповки.

применяются паровоздушные

и

Для горячей

штам¬

механические молоты.

Паровоздушные штамповочные молоты (фиг. 112) по своему
устройству сходны с паровоздушными молотами для свободной
ковки. Конструктивной особенностью этих молотов, применяе¬
мых

для

штамповки,

является

крепится непосредственно

на

двухстоечная станина, которая
шаботе и обеспечивает получение
281

более точного удара, необходимого при штамповке. Для этой
имеющиеся в станине молотов направляющие бабы со¬
провождают ее до конца рабочего хода (т. е. до соударения
обеих частей штампа). Шабот этих молотов делают весьма мас¬
сивным (в 20 25 раз тяжелее падающих частей молота) для
же цели

обеспечения жесткости удара. Вес падающих
душных молотов бывает от 250 до 20 000 кг.

Фиг.

частей

паровоз¬

Фиг. 113. Фрикционный мо¬
лот с доской.

112.
Паровоздушный
штамповочный молот.
.

Жесткость удара необходима для получения штамповок с
резкими очертаниями и для лучшего их отставания от поверхно¬
сти ручьев при штамповке. Для смягчения удара между шабо¬
и фундаментом устанавливают деревянные прокладки.
Фрикционный молот с доской относится к группе механиче¬

том

ских

штамповочных

молотов,

он

обладает

высоким

к. п. д.

На

фрикционный молот с доской. Заклиненная й
бабе этого молота дубовая доска (зажатая парой непрерывно
вращающихся в разные стороны стальных роликов) за счет тре¬
фиг. 113

ния

и доской поднимается до верхнего поло¬
отпускают доску, зажимаемую в этот момент

между роликами

жения,

282

показан

Ролики

4

Фиг. 114. Схема горизонтально-ковочной машины.

115. Типовые изделия, получаемые на
типа
горизонтально-ковочных машинах: а
Фиг.

стержня с головкой;

Фиг.
болта

116.

б

Схема

типа

кольца.

штамповки

на

горизонтально-ко¬
вочной машине.

283

парой тормозных кулаков. Нажатием на
дятся. Доска свободно падает вниз вместе

педаль
с

кулаки разво*

бойком,

скользящим

по направляющим, и происходит удар, в момент которого ролики
опять сходятся и опять поднимают боек. Пока не будет отпу¬

щена педаль, одинаковые удары следуют один за другим.

Удер¬

верхнем, исходном положении бойка производится с
помощью указанных тормозных кулаков. Вес падающих частей
молота колеблется от 500 до 3000 кг.
в

жание

Горизонтально-ковочная машина является кривошипным го¬
ризонтальным прессом, у котррого боек движется в горизонталь¬
ной плоскости.
На фиг. 114 показана схема действия горизонтально-ковоч¬
ной

машины для высадочных

работ

из прутка.

2 соединен с коленчатым валом 1. Рычажный меха¬
низм 4 связывает движение ползуна 3 и зажимной матрицы 5,
между матрицами 5 и 6 зажимается пруток 7, который осажи¬
вается пуансоном ползуна 3. Пруток с высаженным концом ос¬

Шатун

вобождается при обратном движении ползуна. Горизонтально¬
ковочные
машины
обладают высокой производительностью,
обеспечивают получение поковок большей точности, чем при
почти не дают заусенцев. Уменьшает¬
На фиг. 115 показаны типовые поковки, штам¬
на
машинах,
пуемые
горизонтально-ковочных
которые по¬
заго¬
высадки
нагретых
лучаются
операциями
прокатных
штамповке на

молотах, и

ся отход металла.

товок.

На фиг.
но-ковочной

116

приведен пример изготовления на горизонгальс круглой
машине болта
головкой. Нагретая с
одного конца заготовка зажимается между подвижной 1 и не¬
подвижной 2 частями матрицы, так чтобы выступающий нагре¬
тый конец имел длину, обеспечивающую получение головки
нужной высоты. Затем укрепленный на ползуне пуансон 3 на¬
чинает

двигаться

и

осаживает

конец

матрицы. Готовый болт 4
раскрытия ее частей.

полости

после

При

штамповке

кольцеобразных

поковок

кольца.

отверстия
диаметру
равен
В первом ручье высадкой получается

(фиг. 117, а)

во

заготовки

до

выталкивается

заполнения

из

диаметр

матрицы

заготовки

Штамп имеет два

наружный контур

ручья.

кольца

втором ручье производится прошивка пуансо¬
отверстия и выталкивание поковки (фиг. 117, б).
Максимальное давление, развиваемое машиной,
3000 Т.
Получение горячештампованных изделий производится также
на кривошипных горячештамповочных прессах. Эти
прессы бы¬
строходны, имеют неударный характер работы, жесткую конст¬
рукцию и мощные механические выталкиватели для удаления
штампованных изделий из ручьев штампа. Усилие этих прес¬
сов колеблется от 500 до 8000 Г. Получаемые на них штампо¬
ванные изделия, по сравнению с изделиями штамповочных мо«
ном

284

лотов, имеют более точные размеры, меньшие припуски на меха¬
ническую обработку, более высокую производительность.

Этот способ штамповки является высокопроизводительным.
Получение горячештампованных изделий производится также

фрикционных

на

винтовых

прессах,

горизонтально-гибочных

и

машинах.

других

Обрезка заусенец у штампованных изделий производится
образом на специальных обрезных прессах.
Горячая листовая штамповка применяется при изготовлении

главным

изделий из сталей,
в

холодном

повке

из

толстых

не

состоянии

обладающих достаточной
и

при

пластичностью

штам¬

низкоуглеродистой стали
(свыше 7 8 мм) листов.

Наибольшее применение имеет в су¬
достроении при производстве аппа¬
ратов для химической промышлен¬
ности, котлов, цистерн и др.
Завершающие и отделочные опе¬
штамповке.
рации
горячей
при
К этим операциям относятся: кали¬

бровка,

обработка,

термическая

очистка, правка и чеканка.

Калибровкой

называется

изделий

доштамповки

ция

опера¬

штамповки
Схема
117.
кольца на горизонтально-ковоч¬
ной машине.

Фиг.

в точно

изготовленном ручье кривошипного
горячештамповочного пресса.

Термическая обработка
для

устранения

твердости

и

наклепа,

штампованных

перегрева,

для

изделий производится
получения

требуемой

микроструктуры, обеспечивающей необходимые

свойства.
Очистка от окалины производится
очистных
барабанах и травлением

ме¬

ханические

Правка

штампованных

изводится

изделий

в

после

дробеструйных камерах,
в сернокислых
ваннах.
удаления заусенец про¬

ручьях основных штампов или в специаль¬
в горячем или холодном состоянии.
штампах,
правочных
Чеканкой называется калибровка штампованных изделий за
в чистовых

ных

деформаций металла давлением в чеканочных штам¬
(холодная штамповка). После калибровки достигается вы¬

счет малых
пах

сокая

размеров, вследствие чего
без механической обработки.

точность

готовыми

§

детали

получаются

75. Холодная штамповка

Холодной штамповкой называется процесс получения изде¬
лий в штампах без предварительного нагрева металла.
Холодной штамповкой изготовляют (главным образом из
листового

материала)

разнообразные

металлические

детали
285

при

массовом

самолетов,
стали,

их

цветных

производства

автотракторного

металлов

и

их

части

всевозможные

например

производстве,

детали

т.

и

д.

из

сплавов.

Широкое внедрение холодной штамповки объясняется высо¬
кой производительностью процесса (с одного штампа листовой
штамповкой снимают до 30 000

кой

стоимостью

изготовления

смену),

за

и

точностью

низ¬

взаимо¬

Существующие

автоматические линии,
мощи

деталей
их

на ряде отечественных заводов
которых механизирована подача заго¬
от бункера к рабочему инструменту и передача ее
при по¬
транспортеров от одного пресса к другому, обеспечивает

заменяемостью.

товок

40 000

деталей,

в

наибольшую производительность
товой

лис¬

штамповки.

Различают следующие наиболее ха¬
рактерные основные виды штамповки.
1. Холодная штамповка и выдавли¬
вание

из

калиброванных

проволоки диаметром
гаек,

винтов,

болтов,

мелких металлических

от

прутков

0,6

и

до 40 мм

колец

и

других

изделий

из низ¬

коуглеродистой
лов

и

их

стали, цветных метал¬
сплавов. Производятся на
и фрикционных прессах,
образом на холодновыса¬

кривошипных

Фиг. 118. Схема вырезного
штампа*

но

главным
и

универсальных автоматах,
и других станках, об¬
ладающих высокой производительностью и обеспечивающих вы¬
сокую точность получаемых деталей.
2. Вырезка из листа, полосы или ленты плоских деталей раз¬
личного контура, которые в большинстве случаев являются за¬
дочных

резьбонакатных

для последующих операций. Формой контура может
быть круг, квадрат, овал и др.; деталь может иметь отверстие.
Штамп для вырезки имеет пуансон и матрицу. Схема вырезного
штампа показана на фиг. 118. Пуансон 1 при движении вниз
острыми краями рабочего контура срезает часть заготовки 3.
Готовая деталь проталкивается пуансоном в отверстие матрицы
4 и проваливается вниз, а оставшийся после вырезки материал
остается на пуансоне и при его обратном движении упирается
готовками

д съемник 2 и снимается с пуансона.
3. Вытяжка пустотелых, открытых с
из

плоской заготовки. На

фиг. 119

одной стороны деталей

даны схемы вытяжных штам¬

пов с прижимом, которым предотвращают
у стаканов, и без прижима.
4. Гибка, в которой основным

образование

складок

процессом является сгибание
под углом одной части плоской заготовки по отношению к дру¬
гой. При этом нужно учитывать пружинение и производить гиб¬
ку на угол, отличный от требуемого в готовой детали, Гибкой

286

получают кольца, цилиндры, скобы и другие детали. На фиг.
120 доказана схема гибки. В процессе гибки одни слои заго¬
товки сжимаются, другие
растягиваются. Слой металла, не ис-

Фиг. 119. Штампы

для листовой штамповки: а

с при¬

жимом:
1

матрица;

2

пуансон;

/

матрица;

2

3

прижимное кольцо;

без прижима:

б

пуансон;

3

штампуемая заготовка.

ни сжатия, ни растяжения, называется нейтраль¬
По нему определяют расчетную длину заготовки.
5. Вальцовка
получение на листовых заготовках волнистой
(гофрированной) поверхности и других различных выступов,
например, накатывание резьбы на
цоколях электроламп и других фа¬

пытывающий
ным.

поверхностей.
6. Сложная штамповка,

сонных

пред¬
ставляющая собой комбинацию не¬
скольких вышеуказанных операций,

осуществляемых

за один ход

пресса.
произво¬
с помощью кривошип¬
ных, фрикционных и эксцентрико¬
вых
прессов. Листовая штамповка
ведется преимущественно на криво¬
шипных прессах.
Кривошипные прессы изготов¬
силой от 500 до 2000 Т.
ляются

Холодная
дится обычно

штамповка

1

пуансон; 2

3

нейтральный слой
матрица

Эксцентриковые прессы отличаются
от
кривошипных тем, что вместо кривошипа на вал насажен
эксцентрик.
Винтовой фрикционный пресс может обеспечивать усилие от
50 до 2000 Т.
Совмещение в технологическом процессе операций листовой
штамповки и сварки обеспечивает получение штампованно-свар¬
287

ных заготовок.

получения
ность

Этот способ увеличивает разнообразие методов
из листового материала и дает возмож¬

заготовок

получать детали штамповкой, которые раньше изготовля¬
или обработкой резанием; при этом снижается стои¬
изготовления деталей и повышается производительность.

лись литьем
мость

§ 76. Прессование (выдавливание)

металла

Сущность

процесса прессования заключается в выдавлива¬
нагретого металла, помещенного в специальный держатель,
через отверстие в матрице, служащей одной из торцовых стенок
держателя (приемника). Этим способом получают прутковый
материал и трубы различного профиля и размеров из стали,
нии

цветных

и

металлов

их

сплавов.

Процесс

является

высокопро¬

изводительным.

Фиг. 121. Схема процесса прессования.
Выдавливание производится на горизонтальных гидравличе¬
прессах специальной конструкции с максимальным уси¬
лием до 1000 Т. Для прессования стальных изделий заготовкой
ских

служит прокат,
няются

а

для

цветных

металлов

и

их

сплавов

приме¬

слитки.

Различают

метода

два

обработки прессованием: прямой

обратный (фиг. 121,6).
При прямом прессовании направление

(фиг. 121, а)

и

течения прессуемого
движения
направлением
плунжера пресса.
При обратном прессовании прессуемый металл течет на¬
встречу направлению движения плунжера. При этом материал
деформируется в меньшей степени, требуется приложение мень¬
ших усилий, а меньшая степень деформации приводит к сохра¬
нению структуры литого металла, что вызывает дополнительную
проковку. При изготовлении трубы (фиг, 121, в) заложенный
металла

288

совпадает

с

в приемник слиток сначала
прошивается насквозь внутренним
дорном, конец которого, дойдя до отверстия матрицы, образует
с ним кольцевое
пространство. Далее при рабочем ходе основ¬
ного плунжера происходит
прессование металла в приемнике и
выдавливание его через кольцевое пространство матрицы в виде

трубы.
§ 77. Чистовая обработка отверстий

давлением

Чистовая обработка отверстий давлением применяется после
предварительного сверления, рассверливания или растачивания
для чистовой обработки глухих и сквозных отверстий диамет¬
ром от 7 до 300 мм и различной длины в изделиях из стали, чу¬
гуна, цветных сплавов и других металлов, например в трубах,

цилиндрах кузнечно-прессового оборудования и других разно¬
образных деталях. Чистовая обработка давлением основана на
пластической деформации металлов и заменяет отделочные опе¬
рации шлифования, хонингования и полирования. В зависимо¬
конструкции, размеров, требований к поверхности и
применяется прошиванием протягивание ъыглаживающими прошивками и протяжками, раскатывание пла¬
стинчатыми, роликовыми и шариковыми раскатками жесткого
или упругого действия. Указанный вид обработки обеспечивает
второй класс точности и девятый-десятый классы чистоты по¬
верхности, а также упрочняет поверхностный слой металла и
сти

от

серийности изделий

устраняет недопустимое проникновение в поверхность обраба¬
металла абразивных зерен, имеющее место при до¬
водке и притирке деталей из сырых сталей и цветных сплавов

тываемого

абразивными материалами. Чистовая обработка

давлением вы¬

полняется на токарных, сверлильных и других станках. Режимы

устанавливаются такими, чтобы избежать перенапря¬
жения поверхностных слоев металла и деформации всей заго¬

обработки
товки.

§ 78. Периодическая прокатка
Периодической прокаткой
имеющих

закономерно

называется

изменяющееся

прокатка

по длине

профилей,
Полу¬

сечение.

ченная периодической прокаткой полоса представляет цепь де¬
талей, имеющих профили различной формы и размеров (ша¬
туны, оси, валы, рычаги, лемеха и др.).
Периодической прокаткой получают, как правило, заготовки
для последующей ковки и штамповки, а также готовые детали,

которых нужна лишь последующая резка проката. Прокат¬
производится на станах обычной и удешевляющих прокатку
специальной конструкции. Производительность ковки и штам¬
повки из заготовок периодического
проката на 20 30% выше и

для
ка

10

Технология металлов

289

чем

расход штампов ниже,
ного проката; качество

Применяются

при

металла

заготовок

79.

получают изделия

Дефекты проката

металла

(слитка)

и

продольный
заготовки

и

и поковок

Дефекты прокатанных изделий, выявляемые
правки проката наружным осмотром, могут быть
качественности

обыч¬

выше.

два вида периодического проката:

поперечно-винтовой, которыми
шарообразной формы.

и

§

использовании

после

резки

и

недобро¬
неправильностей самого
из-за

прокатки. Основными дефектами,

вызванными недоб¬
рокачественностью металла, могут быть: трещины, рыхлота,
усадочные и газовые раковины, неметаллические включения и др.
процесса

По

вине
от

риски

прокатки

задиров

на

бывают

дефекты: неправильный профильг

прокатных валках,

незаполнение

углов;

угловой стали и т. п.
дефектами поковок являются:

разная толщина полок в

Наиболее

частыми

трещины внутри и на поверхности поковок при обжатии
слитков с пониженной температурой;

1)

2)

смещение верхней части штампованной поковки относи¬
нижней при нарушении регулировки штампа;
раковины на поверхности поковок при заштамповке ока¬
в поковку (из-за плохой зачистки заготовки перед уклад¬

тельно

3)
лины

кой ее в

4)

штамп);

неполное

заполнение

с заниженным весом и др.

штампа

при

штамповке

заготовки

ГЛАВА XVI
ПАЯНИЕ И СВАРКА МЕТАЛЛОВ

§
Соединение

деталей

металлических

и

разъемным

80. Паяние

К

неразъемным.

в

одно

целое

бывает

соединениям

разъемным

отно¬

клиновые, шлицевые и шпоночные; к неразъем¬
ным соединениям относятся паяние, сварка и клепка.

болтовые,

сятся

Паянием называется соединение в одно целое металлических

(деталей)

частей
мого

металлом.

стоянии,

При

а

с

паянии

основной

стоит во введении

частей

части

припой

металл

в

месте

в

находится

в

называе¬
основным

расплавленном

Процесс

в

их

называть

принято

твердом.
расплавленного припоя

частей

соединяемых

присадочного металла,

помощью

Соединяемые

припоем.

паяния

со¬
со¬

поверхностный слой

соприкосновения.

Соединение

происходит вследствие взаимной
фузии между расплавленным припоем и предварительно нагре¬
тым основным металлом, в результате чего между ними обра¬
зуется промежуточный сплав. Прочность пайки зависит от сте¬
пени взаимной диффузии основного металла и припоя.
основного металла

Для обеспечения
много

выше

необходима

явления

температуры
также

диффузии

плавления

чистота

изделие

нагревают

соединяемых

предварительно очищают механическим путем,
подвергают химической очистке с помощью флюсов.
этого их

также

и

не¬

Для диффузии
поверхностей. Для

припоя.

а затем

Флюсы

от окисления

кислородом воздуха
или пламенем во время паяния. Паяльные флюсы являются ве¬
ществами, способными легко плавиться, растворять в себе обра¬

служат

для

защиты

зовавшиеся при нагревании окислы металлов и
с

поверхностей

деталей,

которые

свободно

покрывают

стекать

флюсами

до

пайки.

Выбор флюса

зависит

от

вида

припоя

и

металла,

соединяе¬

мого паянием.

Паяние применяется для всех марок углеродистых и леги¬
рованных сталей, цветных металлов и их сплавов, твердых
сплавов и разнородных металлов (например, стали с твердым
сплавом и

10*

др.).
291

В зависимости от тугоплавкости и прочности припоев разли¬
чают два вида паяния: мягкими и твердыми припоями.
Паяние мягкими припоями применяется главным образом
для обеспечения герметичности соединения в деталях, не испы¬
тывающих значительных напряжений. Мягкие припои являются
сплавами олова и свинца. Они имеют невысокую механическую

прочность (ав=5-г-7 кГ/мм2) и температуру плавления ниже
400° С, применяются для паяния и для лужения деталей, изго¬
из
сплавов
и
стальных
товленных
меди,
изделий. Припой
89 -s- 90%
ПОСЗО
ПОСЭО
29 -ь 30%
Sn;
Sn;
содержит

Sn;

ПОС18 17-ь18%

Sb;

в

этих

припоях содержится 0,1-fостальное РЬ. Темпе¬

-г-2,5%;

плавления:

ратура

183°,

конца

начала

278°.

Взамен оловянистых приме¬
также мягкие безоло-

няются

вянистые

на

припои
свинца и кадмия.

основе

Паяние можно производить

горелкой,

паяльником,
жением

изделий

ный припой

бывают
газовые

Фиг. 122. Типы паяльников: а про¬
газовый; в
стой; б
электрический.

и

т.

погру¬
расплавлен¬

в

д.

Паяльники

простые, бензиновые,
и электрические (фиг.

122). Простой
товляется

из

виде клина

паяльник

красной

изго¬

меди

и закрепляется

в
на

с деревянной ручкой. Рабочая поверхность
облуживается оловом. Для лучшего присоединения
припоя паяльник нагревают и затем натирают его рабочую по¬

железном

стержне

паяльника

верхность куском нашатыря, в желобок которого кладут кру¬
пинки олова, и наносят несколько капель хлористого цинка; на¬
очищается
поверхность паяльника от окиси меди,
шатырем
образующейся при его нагревании. Лучшим паяльником являет¬
ся
электрический, обеспечивающий равномерность нагрева и
более длительный срок службы.
Для нагревания места пайки до требуемой температуры при¬
меняют следующие способы нагрева:
1) передачей тепла от нагретого паяльника;
2) пламенем паяльной лампы или газовой горелки;
3) нагревом изделия в нагревательной печи (предпочитают
r

печи с

4)

защитной средой);
с помощью

электрического нагрева;

5) погружением изделия в расплавленный припой;
6) нагревом в соляных ваннах.
При паянии паяльником последний нагревают, лудят
тем

292

накладывают

на

шов,

одновременно поднося

к

и

за¬

нему пруток

припоя. Расплавленный припой проникает в шов и обеспечивает
соединение, причем излишек припоя разглаживается паяльни¬
ком по шву. Часто припой наносят на шов паяльником, к рабо¬
чей части которого припой пристает в виде капель.
Паяние твердыми припоями применяется для ответственных
деталей из стали, сплавов меди и др. Твердые припои имеют
большую температуру плавления (720 883°) и придают соеди¬
нению высокую прочность и твердость. Они бывают: медноцин¬
ковые
(ПМЦ), серебряные (ПСр) и др. Медноцинковые:
ПМЦ36, ПМЦ4& и ПМЦ 54 содержат Си соответственно 36, 48
и 54%, остальное Zn. В
серебряных припоях Ag содержится от
12 до 45%, остальное Си (36 40%) и Zn (25 52%). Для пая¬
ния алюминия и его сплавов рекомендуется припой, состоящий
из 71% Sn, 23% Zn и 6% А1.
Нагрев при паянии твердыми припоями производится паяль¬
ной лампой, газовой горелкой или высокочастотной установкой.

При
няют

паянии

припоями в качестве флюсов приме¬
хлористый алюминий, канифоль, соля¬
паянии твердыми припоями
буру (Na2B207),

мягкими

хлористый

ную кислоту, при
борную кислоту и

цинк,

их смеси.

Для пайки

алюминия

и его сплавов

флюса применяют 30-процентнын раствор смеси хло¬
ристого цинка (90%), хлористого алюминия (8%) и фтористого
натрия (2%) и др.
В полиграфии, электротехнике, радиотехнике и других про¬
изводствах для пайки требуются припои с невысокой темпера¬

в

качестве

турой

плавления,

иногда

ниже

100°.

Получают

введением в оловянно-свинцовые сплавы кадмия,

сурьмы, ртути. К

таким

припоям относятся

такие

припои

висмута

сплавы

и

реже

следующего

состава:

1) 25%

свинца,

температура

12,5%

плавления

олова,

12,5%

кадмия,

50%

висмута;

68°;

2) 30%) свинца, 20% олова, 50% висмута; температура плав¬
92°;
3) 25,8% свинца, 14,5% олова, 48% висмута, 9% сурьмы;
температура плавления 105°, и др.
ления

Прочность швов, получаемых при пайке этими припоями,
значительно ниже прочности швов, получаемых при пайке оло¬
вянно-свинцовыми припоями.
Индукционное
заключается

в

контактное

паяние

токами

высокой частоты

подготовленную к паянию деталь поме¬
щают в переменное электрическое поле высокой частоты, созда¬
чего
с
ваемое индуктором, в результате
деталь
поверхности
быстро нагревается. Индуктор представляет собой одно- или
многовитковую катушку, изготовленную из трубки красной
том,

что

меди, в которой для охлаждения циркулирует вода.
Этот способ часто применяют для напайки пластинок твер¬
дых сплавов на стальные державки*
293

Контактное паяние производится на контактных сварочных
машинах (стр. 296) или на специальных аппаратах. При этом
способе в зазор помещается тонкий лист припоя, смазанный
флюсом, детали сдавливаются между электродами и тепло, пе¬
редаваемое от них, нагревает соединение до температуры паяния.
Этот метод широко применяется для соединения стальных лент.
Паяние алюминия с применением ультразвука. Для этого
вида паяния применяется специальный ультразвуковой паяль¬
ник,

который

вследствие

присоединяется

чего

в

паяльнике

к

высокочастотному- генератору,

подведенное

высокочастотное

маг¬

механическую вибрацию паяльника.
Части, подлежащие соединению паянием, нагреваются до

преобразуется

нитное поле

в

температуры плавления припоя. Далее на них паяльником
носится оловянистый припой.
Вследствие вибрации паяльника высокой частоты (20 000

на¬

гц)

происходит отрыв пленки окислов от поверхности, подлежащей
паянию, которая в виде мелких кусочков всплывает на поверх¬
ность припоя; одновременно происходит облужение спаиваемых

поверхностей, предохраняющее

их

водится паяние.
Паяние в печах применяется
их

при

осуществления
няется

окисления.

чаще для

и

Далее произ¬

деталей небольшого

массовом

производстве. Для
применяются электрические, газовые, неф¬
печи и соляные печи-ванны.
Наиболее широко приме¬
высокопроизводительный способ паяния стальных изде¬

размера
тяные

серийном

от

лий медью

в

паяния

электрических

печах

рой (водород, диссоциированный

деталей

перед

с

защитной газовой атмосфе¬
и

аммиак

паянием заключается в

др.). Подготовка
и сборке

точной пригонке

при этом в местах соединения кро¬
зазор не более 0,3 мм. Далее, в места будущих
швов укладывается медная проволока или лента, и подготов¬
ленные детали загружаются в печь,
нагретую до 1150 1200°.
Выдержка в печи, в зависимости от толщины материала изде¬
лий, длится 10 15 мин. Благодаря высокой температуре медь

поверхностей,

соединяемых
мок

оставляют

быстро расплавляется и, проникая в оставленный зазор, диф¬
фундирует в кромки деталей, образуя с материалом прочный
шов.

При проведении паяния в соляных печах-ваннах нейтраль¬
ной средой является сама соль, защищающая металл от окис¬
ления, поэтому здесь флюс не требуется.
§

Сваркой
талей

81. Сварка металлов

называется

процесс

соединения

металлических

де¬

неразъемное целое посредством нагрева сваривае¬
мых мест. Температура нагрева металла в свариваемых местах
должна обеспечивать доведение его до пластического (тестооб294

в

одно

разного)

состояния (сварка давлением) или
(сварка плавлением).
Соединение сваркой может происходить

ном соприкосновении соединяемых

жидкого состояния

при

непосредствен¬

кусков металла или
называемого присадоч¬

сваркой

при помощи промежуточного металла,
ным материалом.
По сравнению с другими видами соединений
сварка имеет
более высокие технико-экономические показатели и нашла ши¬
рокое применение во всех отраслях промышленности.
В транспортном машиностроении
сварка
широко приме¬
няется

в тепловозо-

вагоностроении для изготовления не толь¬
но и несущих конструкций. Широко при¬
тендеров
меняется сварка для изготовления автомашин, число сварочных
точек в которых исчисляется тысячами. В тяжелом
машинострое¬
нии сварка применяется для ответственных
агрегатов: статоров
мощных гидротурбин, цилиндров высокого давления паровых
турбин, котлов высокого давления с толщиной стенки до 100 мм
ко

и

и

топок,

и др.
Цельносварными изготовляются различные резервуары
для хранения жидкостей и газов с кубатурой до 10 тыс. ж3.

В

строительной

технике

успешно

применяется

изготовление

цельносварных строительных конструкций: ферм, подкрановых
балок, колонн и др. Огромное значение имеет сварка при строи¬
тельстве газопроводов, мостов.
Цельносварной автодорожный
через Днепр имеет протяженность 1,5 км. Сварка широко
применяется в ремонтном деле и при наплавке режущего ин¬
мост

струмента.

Современными
ние

элементов

способами сварки получают прочное соедине¬
конструкций любой формы при

металлических

толщине металла

от

0,1

до 250 мм.

Преимущества сварки:
1) значительная экономия металла (сварные конструкции
обычно на 10 15% легче клепаных и на 30 40% легче литых
конструкций);
2) упрощение проектирования и конструирования сварных
конструкций по сравнению с литыми или коваными;
3) экономия времени изготовления, рабочей силы и стоимо¬
изготовления
сти
сварных конструкций. Сварка почти полно¬
стью

клепку. В машиностроении осуществляется из¬
сварнолитых конструкций, а также замена литых и

вытеснила

готовление

конструкций сварными.
Пластическая сварка с применением

кованых

сварке свариваемые
стояния,

а

ложением

места

соединение

нагреваются

свариваемых

механического

усилия,

давления.
до

При

этой

пластического

со¬

деталей производится при¬

сдавливающего

детали.

К

это¬

му виду сварки относятся кузнечная и контактная.
Кузнечная сварка является самым старым способом, имею*
щим теперь ограниченное применение
(главным образом при
295

ремонтных работах). Для получения прочного соединения двух
кусков металла кузнечной сваркой необходимы: нагрев металла
до надлежащей температуры, удаление перед сваркой образую¬
щихся при нагреве окислов со свариваемых

которое утолщение
возможности

металла

хорошей

в

месте

проковки).

поверхностей

и

не¬

(для обеспечения

сварки

Кузнечной сваркой

можно

сваривать.только металлы, которые при переходе из твердого
состояния в жидкое находятся в пластичном состоянии.

При контактной электросварке металл нагревается электри¬
ческим током, проходящим через него. Для соединения деталей
после достижения необходимой температуры к свариваемым ча¬
стям прикладывается дав¬
ление. Наибольшее коли¬
тепла

чество
в

выделяется

месте

соприкосновения
соединяемых деталей, где
имеется
наибольшее со¬
противление. Количество
тепла, выделяющегося в
месте сварки
(контакта),
пропорционально
прямо
квадрату силы тока, со¬
противлению проводника
и времени.
Контактная
электро¬
приме¬
сварка
широко

няется

Фиг. 123. Схема стыковой сварки.

в

серийном

и

мас¬

производстве для
сварки деталей из сталей
она обеспечивает высокое
совом

различных марок и цветных сплавов;
сварного шва, большую производительность

качество

и возмож¬

широкой механизации процесса. Наиболее часто применя¬
ются три вида контактной сварки: стыковая, точечная и роликовая.
Стыковая сварка. При стыковой сварке соединение свари¬
ность

ваемых мёталлических изделий происходит по всей поверхности
их соприкосновения.
Сварка производится на сварочных машинах ручного или
автоматического

и

3

действия. На фиг. 123 свариваемые

закрепляются

с

помощью

специальных

детали

8

приспособлений

в

стыковой машины. Зажим 2 укреплен на не¬
подвижном суппорте 4 и может перемещаться в направляющих
плиты 5; зажим 1 установлен на неподвижной плите 7. С зажи¬
обмотка свароч¬
мами гибким проводом соединена вторичная
ного трансформатора 6. Первичная его обмотка присоединена
к сети переменного тока. При перемещении суппорта 4 под дей¬
ствием силы Р, создаваемой особым механизмом, произврдится
медных

зажимах

осадка нагретых деталей,
296

Применяются

два

вида

стыковой сварки:

противлением.
оплавлением.

Сварка

вения

деталей,

а

затем их

оплавлением и со¬

Ток включается

сближают, при

этом

до соприкосно¬

воздушный зазор

между свариваемыми деталями пробивается электрическим то¬
ком, происходит искрообразование и оплавление поверхностей
контакта. При последующем сжатии происходит соединение де¬
талей с одновременным выключением электрического тока. Эту
сварку применяют для соединения труб, цепей, рельсов, штам¬
пованных

деталей, инструмента, а также для сварки
и других разнородных металлов, напри¬
сталей
легированных
медь, сталь
медь, сталь
латунь. Приме¬
мер: алюминий
няется также сварка прерывистым оплавлением, которую произ¬
водят путем чередования плотного и неплотного контакта сва¬
из

листа

риваемых торцов. При на¬
гревании торцов до опре¬
деленной
температуры
электрический разряд вы¬
оплавление
зывает
кро¬
оно достиг¬
и
когда
мок,

требуемой

нет

величины,

быстрое

производится

свариваемых кон¬
цов.
Эту сварку приме¬
няют, когда мощность ма¬
сжатие

шин

сварки

Фиг. 124. Схема точечной сварки.

для

недостаточна

оплавлением.

сопротивлением. Свариваемые части деталей
прижимают друг к другу, а затем пропускают
ток. После нагрева их до необходимой температуры ток выклю¬

Сварка

сначала

плотно

чается и части сдавливаются.

Применяется

для

сварки

углеродистых

и

сталей

сплавов

цветных металлов.
Точечная

При этом способе изделия свариваются в
Свариваемые изделия 1 (фиг. 124) наклады¬

сварка.

отдельных точках.

вают друг на друга внахлестку и зажимают между двумя ме¬
2, соединенными со вторичной
таллическими
электродами

обмоткой

3. В месте контакта
сильный
вследствие чего
нагрев,
происходит
тепло расплавляет слой металла в центральной»

понижающего

при включении
выделившееся

наиболее нагретой
пластического
изводят
ся

зоне,

состояния.

сдавливание

сварная

трансформатора

тока

точка,

а

прилегающие слои размягчаются до
После этого ток выключают и про¬
вследствие

электродов,

имеющая

литое

строение

чего
и

образует¬
форму че¬

чевицы.

Машины для точечной сварки
и

неавтоматические,

стационарные

изготовляют
и

автоматические

переносные, одноточечные
297

и

(одновременно сваривающие

многоточечные

Производительность
час, многоточечных

одноточечных машин
до 10 ООО точек в час.

до

до

50

2000

точек).
точек

в

Точечная сварка широко применяется при массовом и круп¬

носерийном производстве в различных
ния и приборостроения, например, при

отра.слях машинострое¬
изготовлении цельноме¬
таллических вагонов, электроаппаратуры, кузовов автомобилей,
рам и каркасов сельскохозяйственных машин и во многих дру¬
гих случаях, где ранее применялась клепка.
Роликовая или шовная сварка. На фиг. 125 представлена

роликовой
Свариваемые

схема

зажимаются

сварки.
детали-листы

1

внахлестку и
подключенными к сва¬

накладываются

электродами-роликами

2,

рочному

При
рез

трансформатору

3.

прохождении тока че¬
ролики в месте сопри¬

косновения

свариваемых ча¬
стей выделяется тепло. Один
из

роликов принудительно
вращается, и сварка проис¬
ходит по линии качения ро¬

ликов.

125.

Фиг.

Схема

роликовой сварки.

рез

подаче тока

определенные

жутки

вистой

При

сварка

че¬

проме¬

будет преры¬

Во

шаговой.

время работы ролики непрерывно
сварки равна 0,5 6 м/мин. Ма¬
шины для роликовой сварки применяются при изготовлении ба¬
ков, тары, труб и других герметических изделий из листового
материала с толщиной листов до 2 мм из низкоуглеродистой
стали и листов толщиною до 1,5 мм из нержавеющей хромони¬
келевой стали, бронзы, латуни и алюминиевых сплавов.
Свариваемые участки перед сваркой должны быть очищены
или

охлаждаются водой.

Скорость

от ржавчины, краски, окалины и т. п. Заготовки в месте сварки
должны плотно прилегать друг к другу.
На контактных машинах сваривают детали различной кон¬

фигурации толщиной
туру для

до 90

от

0,1

гидротехнических

до 90 мм, например, тяжелую арма¬

сооружений

с

диаметром стержней

мм.

§

82.

Дуговая электросварка

Общие сведения. Дуговая электросварка является наиболее
распространенной из всех существующих способов сварки. Она
основана на использовании тепла электрической дуги, открытой
в 1802 г. крупнейшим русским физиком академиком В. В. Пет¬
ровым. На основе этого открытия выдающийся русский изобре¬
татель инженер Н. Н. Бенардос в 1882 г. разработал и приме¬
нил способ дуговой сварки угольным электродом. В 1888 г.
298

талантливый

разработал

и

русский изобретатель инженер Н. Г. Славянов
применил способ дуговой сварки металлическим

электродом, который быстро распространился и нашел широкое
применение во всех странах.
В 1893 г. Н. Г. Славянов на всемирной выставке в Чикаго
был награжден дипломом и золотой медалью. Широкое приме¬

получила только после Великой Октябрьской
революции. Советские научные работники и
инженеры в содружестве с новаторами производства совер¬
шенствуют и развивают сварочную технику, и в настоящее
время
Советскому Союзу принадлежит ведущая роль в ее
развитии.
Электродуговая сварка широко используется при изготовле¬
нии трубопроводов для
газов, жидкостей и сыпучих веществ,
изготовлении котлов всех типов, железнодорожных вагонов и

нение

сварка

социалистической

платформ,
и

других

подъемно-транспортных сооружений, корпусов, палуб
частей речных и морских судов, про¬

ответственных

мышленных

сооружений,

металлических

конструкций зданий,

сельскохозяйственных, электрических

и других
машин и механизмов. Электрической дугой свариваются почти
все конструкционные стали, медь, алюминий, титан, никель и их
сплавы, чугуны серый и ковкий.

мостов, деталей

При электродуговой

сварке для местного расплавления сва¬
тепловой эффект электрической
деталей
используется
риваемых
дуги, возбужденной между электродом и свариваемым изделием.
Высокая температура дугового
пространства (около 6000°)
обеспечивает быстрый и сосредоточенный нагрев в зоне сварки,
в результате чего металл нагреваемого участка расплавляется
и сваривается без приложения внешнего механического усилия.
Сварка может производиться на постоянном и переменном
токе.

Способ Бенардоса
ческой

заключается в проведении сварки электри¬

дугой, возбуждаемой между свариваемым (основным)

и угольным (графитовым) электродом.
Угольный или графитовый электрод 3 (фиг.

металлом

126, а)

зажи¬

держателе 4; один из полюсов сварочного генератора
при помощи гибкого провода 1 соединяется с деталью 2, подле¬
жащей сварке, другой полюс присоединяется к угольному элек¬
троду. Дуга зажигается при кратковременном соприкосновении
электрода и металла и последующем их разъединении. Высокая
мается

в

температура дуги расплавляет кромки свариваемых деталей и
вводимый, в случае необходимости, присадочный материал 5.
Расплавленный металл при перемещении дуги остывает, обра¬
зуя сварной шов. При этом способе сварки применяется обычно
постоянный ток, и для обеспечения устойчивости дуги и лучшего
прогрева детали пользуются прямой полярностью (минус на
электроде, плюс на изделии).

Способ Славянова

схематически

представлен

на

фиг. 126,6.

электрод 1 закреплен в электрододержателе 2.
дуга 3 возбуждается между концом электрода и
плавит как основной металл, так и электрод, при¬

Металлический
Электрическая
деталью

чем

4

и

образуется общая

плавленный

металл.

ванночка, где перемешивается весь рас¬
электрод одновременно является и

Здесь

присадочным материалом.

Дуговая сварка металлическим электродом нашла широкое
применение в промышленности. Больше 90% работ по дуговой
сварке выполняется этим способом.
Машины, аппараты и принадлежности для дуговой сварки.
Для питания дуги постоянным током применяют электросвароч¬
ные генераторы постоянного тока. При сварке переменным то¬
ком применяются сварочные трансформаторы. Применение по-

Фиг.

стоянного

126.

тока

по способу Беэлектродуговой сварки: а
по способу Славянова.
нардоса; б

Схема

в

сварочном

производстве

ограничено,

так

как

оборудование установок в 3 5 раз больше,
чем на
оборудование установок переменного тока, и расход
электроэнергии на 40 50% больше, чем при сварке на перемен¬
ном
токе
большая
(достоинство сварки на постоянном токе
дуги).
устойчивость электрической
Электросварочные генераторы постоянного тока должны
стоимость

затрат

на

быть нечувствительны
при

котором

к

короткому

возникает ток силой

замыканию

до

сварочной

100 200 а.

распространение получили генераторы типа

цепи,
Наибольшее

СУГ-2Р, ПС-500

и

ПСМ-1000.
Сварочные машины постоянного тока бывают стационарные
передвижные, однопостовые и многопостовые. Многопостовые
могут одновременно обслуживать до 10 постов.
Сварочные аппараты переменного тока применяются при
сварке на переменном токе. Они понижают напряжение завод¬
ской сети с 220 380 до 55 65 в.

и

К основным типам сварочных трансформаторов относятся
трансформаторы СТЭ-24, СТЭ-34, СТАН-1 и ТСД-1000-3. Они

бывают
300

с

отдельной реактивной катушкой

(регулятором)

и

в

однокорпусном исполнении, при котором трансформатор и регу¬
лятор имеют общий сердечник. На фиг. 127 показана схема
однофазного трансформатора марки СТЭ, состоящая из пони¬
жающего трансформатора и регулятора тока
(реактора), слу-

Фиг. 127. Схема сварочного трансформатора

жащего

регулирования

для

1

обмотка

трансформатора

силы

типа СТЭ.

тока.

сварочного

подключается

к

сети

Первичная
Корпус 3

2.

заземлен. Обмотка 4 реактора включена после¬
вторичную обмотку 5 трансформатора, один ее
к свариваемой де¬
присоединен к электроду 6, а другой

трансформатора
довательно
конец

во

тали 7 через

Фиг.

ного

128.

тока'

металлическую

плиту 8.

Принадлежности для дуговой
щиток; в
держатели; б

производится

Изменение силы свароч-

сварки:

а

электродо-

шлем.

изменением индуктивного

сопротивления

реактора.

Однокорпусные сварочные трансформаторы изготовляются
ручной, полуавтоматической и автоматической сварки ме¬

для

таллов всех толщин.

Для закрепления электрода

и

подвода

электрододержатель, имеющий
материала (фиг. 128, а),

няют

к

рукоятку

нему тока приме¬
из

изолирующего
301

Для защиты глаз
электрической дуги и

и

лица

действия лучей

от

сварщика

щитки и шлемы
применяют
б
специальными
снабэкенйые
стеклами, погло¬
(фиг. 128,
ив),
щающими инфракрасные и ультрафиолетовые лучи. Щитки при¬
когда
меняют при работе сварщика одной рукой, а шлемы
обеими
выполняется
руками.
работа
Для дуговой сварки применяются угольные и металлические
электроды. Угольные электроды изготовляются в виде стерж¬
ней диаметром 8 30 мм и длиной 200 300 мм и применяются
для сварки сплавов цветных металлов, наплавки твердых спла¬
вов и сварки малой толщины, главным образом для получения

брузг

бортовых соединений тонкостенных
требуется присадочный материал.

деталей,

стальных

где

не

Металлические электроды изготовляются в виде прутков
диаметром 1 12 мм и длиной до 500 мм для ручной сварки или
в виде мотков проволоки для автоматической сварки. Наиболь¬
шее применение имеют электроды диаметром 4 8 мм. Для руч¬

ной сварки применяют обмазанные электроды

с

качественными

ионизирующими обмазками. Обмазанные электроды, в свою
очередь, делятся на тонкообмазанные (0,1 0,25 мм) и толстотонкие обмазки
обмазанные (от 0,6 мм и более).
создания
для
устойчивости
дуги, не
электродов применяются
и

Йонизирующие

расплавленный

защищая

воздуха. Качественные

металл

воздействия окружающего
обмазки, помимо создания

от

(толстые)

устойчивой

дуги, защищают расплавленный металл от окисле¬
азотом воздуха, а также легируют шов раз¬
личными элементами, обеспечивая высокую прочность сварного
соединения.
Во время горения дуги обмазки должны плавиться одно¬
временно с электродной проволокой и обеспечивать устойчивое
горение дуги. Применяемые обмазки в зависимости от состава
ния

и

насыщения

квалифицируются по маркам.
Техника.дуговой сварки. Применяются

и назначения

различные виды

со¬

единений свариваемых частей (фиг. 129).
Выбор того или иного вида сварного

соединения опреде¬
ляется толщиной свариваемых частей, видом сварной конструк¬
ции, видом сварки и др.
Для получения высококачественного сварного шва нужно
правильно выбрать силу тока, определяемую главным* образом
в

зависимости

электрода,
характера
от

от

толщины

химического
тока

(постоянный

диаметра электрода

брана

по

свариваемого материала, диаметра

состава

сила

вида

сварного

шва,

В зависимости
сварочного тока может быть вы¬

переменный).

эмпирической формуле
i

302

металла,

или

=

kd,

где

i

сила сварочного тока в а;

d

диаметр электрода

k

коэффициент, равный при нормальных режимах работы
35 40, а при повышенных режимах, применяемых свар-

в мм\

50 60.
щиками-новаторами,
Перед сваркой свариваемые части должны быть тщательно
очищены от грязи, окислов и т. д. При сварке металлическим
электродом сварщик касается электродом места сварки и бы¬
стро отводит его на расстояние 2 4 мм от места касания. Воз-

Фиг. 129. Сварные

соединения:

без
стыковое
3
стыковое
скосов;
бортовое; 2
V-образное;
4
стыковое
стыковое
стыковое
Х-образное; 5
V-образное; 6
7
8
двойное V-образное;
внахлестку;
угловое; 9
тавровое.

1

>

бужденная
щения

>

дуга должна быть

расплавленным

короткой,

металлом

для уменьшения погло¬
и азота
воздуха.

кислорода

угольным электродом применяется постоянный
дуги колеблется в пределах 6 15 мм.

При работе
и длина

ток

Для увеличения производительности ручной дуговой сварки
применяются следующие методы:

1) сварка пучком электродов
двумя, тремя и более элек¬
тродами, соединенными в один электрод-пучок; при этом методе
повышается использование тепла дуги;

2) сварка трехфазной дугой, кроме увеличения производи¬
тельности в 2 3 раза по сравнению с однофазной сваркой, дает
экономию электроэнергии до 25%, так как полнее используется
тепловая энергия; при этом способе две фазы источника тока
подключены отдельно к двум толстообмазанным электродам, а
третья

к

изделию.

При

замыкании

цепи

возбуждаются

три
303

дуги: две между каждым электродом и изделием, третья
между электродами.
Автоматическая дуговая сварка. Автоматическая дуговая
сварка является механизированным процессом дуговой сварки,
и
в котором управление дугой
подачу материала производят
специальными механизмами. Ее целесообразно применять при
массовом или крупносерийном производстве однородных де¬
талей.
Институт электросварки АН УССР имени академика
Е. О. Патона разработал способ дуговой автоматической сварки
голым

электродом

под

гра¬

нулированным флюсом, пре¬
имуществами
которого по
сравнению с ручной сваркой
являются:

1)

высокая

(в

тельность
ше по

2)

сравнению с ручной);
более
однородное и
качество

высокое
ленного

3)

производи¬
5 10 раз боль¬

наплав¬

металла;

экономия

электро¬

лучшего ис¬
пользования тепла дуги;
надобно¬
4) отсутствие
за

энергии

Фиг. 130. Схема дугосварочной, автома¬
тической установки для электрической
сварки под слоем флюса:

счет

приспособ¬
(дуга
свариваемая деталь; 7
горит под слоем флюса).
ренный шов; 6
флюса.
Дугосварочный автомат
(фиг. 130) состоит из источ¬
ника питания (электросварочного генератора или трансформа¬
тора), автоматической сварочной головки, бункера для подачи
флюса и каретки, обеспечивающих автоматизацию процесса
1

сти

электрод (проволока); 2

в

механизм подачи

бункер для флюса;
электродной проволоки; 3
сва¬
4
флюс, насыпанный на место сварки; 5

лениях

защитных
для

сварщика

отсос

неиспользованного

сварки. Возбуждаемая дуга горит между концом голой элект¬
родной проволоки и свариваемой деталью под слоем гранулиро¬
ванного

флюса.
Автоматически действующая сварочная

головка

подает

сварочную зону электродную проволоку. В подготовленный

в

шов

насыпается гранулированный флюс, поступающий по шлангу из
бункера. Сварной шов образуется перемещением сварочной го*
ловки

или

при помощи особого

изделия

использованные при сварке остатки

бункер.

Флюсы

механизма

флюса

подачи.

отсасываются

Не¬

обрат¬

обеспечивают

металла
от
защиту
воздуха, раскисляют и легируют металл.
Сварка производится со скоростью 6 -г- 32 м/ч. На фиг. 131 при¬
ведена схема процесса сварки под слоем флюса В СССР созда¬
но

в

кислорода

и

азота

ны и применяются
304

разнообразные

автоматы для

дуговой сварки,

в том числе шланговые автоматы и полуавтоматы, позволяющие
производить сварку криволинейных швов, недоступных для свар¬
ки обычными автоматами.

Дуговая сварка в атмосфере защитного газа. Для защиты
наплавляемого металла от окисления и азотирования при сварке
жароупорных, магниевых, алюминиевых сплавов и нержавею¬
щей стали, а также для получения сварного соединения, обла¬
дающего высокой коррозионной стойкостью, сварку производят
в среде нейтральных газов
(аргона, гелия). Поэтому и сварка
этого вида называется аргонной. При аргоно-дуговой сварке
дуга возбуждается между концом вольфрамового электрода и

деталью

защитной

в

среде

с

аргона,

помощью

специальной

Фиг. 131. Схема процесса сварки под слоем флюса (попе¬
речный разрез):
1
4

жидкий

металл;

2

жидкий

шлак;

затвердевшая шлаковая корка; 5

3

затвердевший металл;

флюс; 6

электрод; А

дуга.

горелки, служащей для подвода тока к электроду, удержания
вольфрамового электрода и направления струи защитного газа
в зону шва. Аргоно-дуговая сварка не требует обмазки элек*
тродов, обеспечивает высокие механические свойства шва,легко
поддается механизации.
Атомно-водородная сварка является способом сварки, при
котором независимая электрическая дуга переменного тока го¬
рит между двумя вольфрамовыми электродами. На дугу и сва¬

риваемый

шов

по

специальным

каналам

направляется водород, молекулы которого
ляются

на

атомы с поглощением

большого

электрододержателей
в

зоне

дуги расщеп¬

количества тепла.

При

соприкосновении с холодным металлом в месте сварки
водорода, охлаждаясь, образуют вновь молекулу Н2 с
выделением ранее поглощенного тепла, за счет которого в основ¬

атомы

происходит сварка. Водород, образуя газовую среду, защи¬
щает также расплавленный металл от действия атмосферного

ном

воздуха. При

этом

способе сварки применяют

главным

образом
305

азотно-водородную смесь, получаемую разложением

аммиака.

производят горелкой специальной конструкции с введе¬
нием присадочного материала. Качество сварного шва у сталей
всех марок получается высокое, но ввиду сложности и высокой
стоимости оборудования, а также опасности поражения свар¬
щика током высокого напряжения, атомно-водородная сварка
имеет ограниченное применение.
Электрошлаковая сварка толстых металлов под слоем флю¬
са, разработанная и внедренная Институтом электросварки
АН УССР им. Е. О. Патона, широко применяется в промыш¬
ленности.

Сварку

Сеть

*

3806

Фиг. 132. Схема электрошлаковой сварки:
1

свариваемые части; 2
ковая

ванна;

электродная проволока; 3
5

металлическая

ванна;

6

трансформатор; 4
сварной шов.

шла¬

способе (фиг. 132) между установленными верти¬
большой
частями
создается
зазор
свариваемыми
а
30-г-50 мм, в который засыпается слой специального флюса
толщиной 50 70 мм. При пропускании тока через флюс от
специального трансформатора 3 флюс расплавляется и обра¬
зует между свариваемыми частями 1 шлаковую ванну 4, обла¬
дающую большим электрическим сопротивлением, вследствие
чего ток, проходящий через расплавленный флюс, выделяет в
нем большое количество тепла. Расплавленный флюс шлаковой

При

этом

кально
=

ванны, нагретой до температуры около 2000°, соприкасаясь с
боковыми поверхностями свариваемых частей 1, оплавляет их

одновременно расплавляет присаживаемую в шлаковую ванну
электродную проволоку 2, создавая под шлаковой ванной ме¬
таллическую еанну 5, которая по мере остывания металла
и

отвердевает,

риваемые
зой

образуя прочный сварной

части.

Этот способ

позволяет

шов

6, соединяющий

сваривать

за

один

сва¬

про¬

стали

ход
и

пенным
а

разных марок

выше).
Высокое

очень

большой

(до 400

толщины

мм

обеспечивается посте¬
кромок свариваемых частей,

качество сварного соединения

разогревом

и

оплавлением

хорошей защитой металлической ванны, находящейся
флюса, от воздействия кислорода и азота воздуха.

также

под слоем

Электрошлаковая

сварка осуществляется специальными автома¬
Она
дает
высокую
производительность.
возможность
и
заменять трудоемкие
цельнокованые
крупные
цельнолитые
детали
сварнокованными, сварнопрокатными и
частей.
отдельных
сварнолитыми,
получаемыми сваркой из
Электрошлаковую сварку применяют при изготовлении прокат¬
ных станов, деталей крупных кораблей, станин больших прес¬
сов, стальных сосудов высокого давления со стенками толщиной
и

тами

имеет

до 400 мм и др.
Технология

В

зависимости

дуговой
от

сварки различных металлов

химического

состава,

и

сплавов.

физических свойств

и

способа сварки, металлы и сплавы имеют неодина¬
ковую способность свариваться. Чем выше теплопроводность,
чем меньше усадка и коэффициент линейного расширения, тем
лучше свариваемость металлов. Чем больше коэффициент рас¬
ширения металла и усадка, тем больше внутренние напряжения,
возникающие при сварке. Малая теплопроводность, способствуя

выбранного

концентрации тепла на ограниченном участке, противодействует
выравниванию температуры по всей массе изделия и создает
внутренние напряжения в металле.
Наилучшей свариваемостью обладает малоуглеродистая
сталь, практически не закаливающаяся и имеющая повышенную
теплопроводность. Сварка стали с содержанием углерода свыше
0,6% затруднена.
С повышением содержания специальных элементов сварива¬
емость легированных сталей понижается. Способность легиро¬
ванных сталей самозакаливаться вызывает внутренние
напря¬
жения в зоне шва, увеличивается его твердость, снижается
ударная вязкость стали. Малая теплопроводность легированных
сталей также вызывает внутренние напряжения и появление
трещин.

Дуговая
тов

в

сварка чугуна применяется для исправления дефек¬
и проводится двумя способами: горячим и хо¬

отливках

лодным.

При горячей сварке производится V-образная разделка кро¬
мок под углом 60 90°. Сварка ведется чугунными электродами
диаметром 10 20 мм, имеющими повышенное содержание крем¬
ния
предупреждения окисления шва место сварки

(3 4%). Для

посыпают

специальным

флюсом

электроды. Для предупреждения
в

зоне

сварки

изделие

перед

или

применяют

обмазанные

образования отбела и трещин
сваркой подогревают до 700°.
307

Сварку можно вести на постоянном и переменном токе. После
сварки производится медленное охлаждение изделия.
Холодная сварка производится без подогрева.
Для предупреждения появления трещин и отбеливания сварку
ведут с перерывами, отдельными небольшими участками. При
холодной сварке качество сварного шва ниже, чем при горячей
сварке, но этот способ дешевле и проще.
Дуговая сварка меди и ее сплавов производится преиму¬
щественно угольными электродами. Присадочным материалом
является
основной металл. В связи с высокой теплопровод¬
ностью меди и ее сплавов сварка ведется быстро, без перерыва,
с применением повышенной силы тока и напряжения. Для за¬
щиты от окисления металла применяют флюсы.
Алюминий, магний и их сплавы легко окисляются, имеют

высокую теплопроводность и сравнительно низкую температуру
плавления; образующиеся окислы тугоплавки. Защита расплавот действия воздуха и растворения
металла
окислов
осуществляется применением специального флюса или обмазки.
Сварка производится угольным или металлическим электродом.
Алюминий и его сплавы хорошо свариваются проволокой с при¬
месью до 5% кремния. Сварка магния и его сплавов произво¬
дится присадочным материалом того же состава, что и основной
материал. Вследствие большого сродства магния к кислороду,
ленного

для получения

качественного

сфере нейтрального

газа

§

шва

аргона

лучше вести сварку в атмо¬
без применения флюса.

83. Газовая сварка

электродуговой при газовой сварке для мест¬
в
состоянии
расплавленном
свариваемых
нагревания
металлических частей и добавочно
вводимого присадочного
В

отличие от

ного

используется тепло, образующееся при сгорании го¬
рючих газов в кислороде с температурой пламени 3100 3300°.
В качестве горючего газа наибольшее применение имеет аце¬

материала

тилен,

дающий наиболее высокую температуру

большее количество тепла,
бесцветный
Ацетилен

Р=1,75

ати

и

полезно
с

газ

выше

пламени

и

наи¬

используемого при сварке.
удельным

весом

0,906. При

взрывоопасен.
Технический ацетилен получают при взаимодействии карбида
кальция и воды по реакции

давлении

СаС2

+ 2Н20

ацетилен

=

Са

Карбид кальция получают при
электропечах по реакции
СаО
308

-{- ЗС

=

(ОН)2 + С.2Н2.
спекании

СаС2 -[- СО.

извести

с

коксом

в

Выход

При

среднем составляет 270 л.
кислороде температура пламени
около
его
способность
Теплотворная

ацетилена из

горении
3200°.

1

кг

ацетилена

достигает

СаСг

в

в

14 000 кал/мъ.
газ без цвета и запаха,
Кислород
лей добывается из воздуха или воды.

К

сварочному

пламени

для

предъявляются

промышленных це¬

следующие

требо¬

вания.

1. Необходима
достаточно высокая температура для бы¬
строго расплавления свариваемого металла.
2. Для предохранения металла сварного шва от загрязнения
окислами сварочное пламя не должно быть окислительным.
Чтобы получить восстановительную зону горения в горелку по¬
дается недостаточное для полного сгорания количество кисло¬
рода.

Фиг. 133. Зоны нейтрального сварочного

Наиболее
пламя, когда

пламени.

сварки обеспечивает нейтральное
1 объем С2Н2 подается 1 1,2 объема

высокое качество
в

горелку

на

кислорода.

Нейтральное

пламя

лительной зоны 2

и

состоит из трех
восстановительной

зон:

зоны

зоны

3

ядра 1, окис¬

(фиг. 133). Зона

из раскаленных частиц несгоревшей смеси
кислорода и характеризуется ослепительно белым

ядра

состоит

ацети¬

лена

и

свече¬

зона, имеющая синеватый цвет, окружает первую
в виде ореола и называется окислительной или сварочной; в ней
нием.

Вторая

развивается наивысшая температура.
Третья зона, пламя которой окаймляет внутренние зоны, на¬
зывается восстановительной и имеет желтоватый с красным от¬
тенком цвет. При избытке ацетилена получается науглерожи¬
вающее пламя, применяемое при сварке серого чугуна, наплавке
твердых сплавов, быстрорежущих сталей и некоторых цветных
металлов.

ки.

Сварочная аппаратура и принадлежности для газовой свар¬
Кислород хранится и транспортируется в газообразном виде

в специальных стальных
нием в

150 ати.

Верхняя

баллонах
часть

под первоначальным давле¬

баллона переходит

в

горловину,
309

имеющую две резьбы
навинчивается

и

внешнюю

предохранительный

на

внутреннюю;

колпак,

а

во

внешнюю

внутреннюю

вентиль. Емкость баллона 40 л. Количе¬
заряженном баллоне под давлением 150 ати
л. Окраска баллона голубая.
Ацетиленовые баллоны изготовляются также из стали. Внут¬

ввертшвается

запбрный

ство

в

кислорода
составляет 6000

баллонов

ренность
и

пористой

заполняется

др.), пропитанной

ацетоном. Это

массой

(древесный

необходимо

вследствие
того, что ацетилен в больших объемах (при давлении от 2 ати
и выше) взрывоопасен. Баллоны заполняются ацетиленом до

уголь

давления 15 16 ати с количеством газа примерно 6000 л. Ок¬
раска баллона белая. Ацетиленовые баллоны служат для хра¬
нения и транспортировки растворенного ацетилена.
Запорные вентили для кислородного баллона изготовляются
из
в

латуни.

Корпус

рабочем

вентиля имеет

положении

выпускной

навинчивается

штуцер,

редуктор.

В

на

котррый

нерабочем

штуцер закрыт заглушкой. Открытие и закрытие
производится вращением специального маховичка.

состоянии
тиля

вен¬

Запорный вентиль ацетиленового баллона изготовляется из
Крепление редуктора к баллону осуществляется с помощью
особого хомутика. Закрытие и открытие ацетиленового вентиля
производится торцовым ключом. Запорные вентили должны со¬

стали.

держаться в чистоте, не допускается загрязнение их красками,
жирами, маслами во избежание взрыва газа.
Редукторы служат для понижения давления газа, выходяще¬

баллонов,

го из

до

рабочего давления
работы.

и поддержания постоян¬

ного давления во время

В верхней

редуктора находятся два манометра: левый
в горелке.
баллоне, правый
Ацетиленовые генераторы служат для получения в них. аце¬
тилена путем разложения карбида кальция водой.
части

показывает давление газа в

Генераторы бывают передвижные, производительностью

до

стационарные, производительностью-до 10 000 л/^;
последние предназначены для обслуживания группы сварщиков
в сварочных цехах.
На фиг. 134 приведена схема переносного генератора. Кор¬
пус генератора 1 заполняется водой через воронку 2; под коло¬

3000

л!чу

колом

и

14

находится

реторта

15

с

загрузочными

закрываемая крышкой 7. Благодаря
щему

трубку 3,

воду.

В

газ, выходящий из
случае излишне большого

ящиками

колпаку 12,

10,

охватываю¬

реторты, проходит через
давления газ выходит в

через нижний конец предохранительной трубки.
отводит газ из-под колокола в очиститель 5 и далее
через затвор 6 в горелку. Газ для использования поступает че¬
рез кран 8. Трехходовой кран 11 служит для выпуска воды в

атмосферу
Трубка 4

одну
310

из

реторт;

ниппель

13 приварен

к

предохранительной труб-

ке, имеющей резиновый шланг 9, через который вода поступает
в реторты. Когда давление газа поднимает колокол настолько,
что ниппель оказывается над водой, вода перестает поступать в
реторты и газообразование прекращается; когда же давление
ацетилена под колоколом начинает уменьшаться, он опускается
и вода снова начинает поступать в реторты. Через трехходовой

кран 11 воду

направляют в одну из реторт, а когда весь
карбид, загруженный в нее, разложится, переключают в другую
реторту. При среднем положении крана 11 доступ воды в ре¬
торты 15 прекращается. Получаемый при взаимодействии кар¬
бида кальция с водой ацетилен содержит ряд вредных для свар-

Фиг.

сначала

134. Схема генератора типа РА, работающего по си¬
стеме «вода на карбид».

примесей: воздух, пары воды, фосфористый водород, серово¬
дород, которые удаляются с помощью специальных очистителей.
Чтобы не допустить обратного поступления горючей смеси в
ки

генератор, что может вызвать взрыв
генератора, между генератором и

на

пути движения

горелкой

газа

от

устанавливается спе¬

циальный водяной затвор.
Для смешивания горючего газа

и получения
концентриро¬
сварочного пламени служат сварочные
горелки. По принципу действия сварочные горелки делятся на
инжекторные (низкого давления) и безынжекторные (среднего
или высокого давления). В инжекторную горелку (фиг. 135, а)
горючий газ подается под небольшим давлением через кольце¬
вой канал 3 между инжектором и стволом. Кислород, поступаю¬
щий в горелку под давлением 2 3,5 ати, через регулирующий
вентиль 4 попадает в инжектор 2, имеющий канал малого диа¬

ванного

и

устойчивого

метра, вытекая из которого струя кислорода расширяется, с уве¬
личенной скоростью направляется в смесительную камеру 1,
по
засасывая
пути ацетилен, подаваемый в кольцевой канал
между инжектором

и

ченная

смесь

горючая

стволом

под невысоким

через

канал

давлением.

наконечника

Полу¬
5

и
311

мундштука 6
в

коническую

часть

наконечника

выталкивается

образует сварочное пламя.
атмосферу,
На фиг. 135, б показана схема безынжекторной горелки. Горю¬
чий газ и кислород подаются по шлангам 2 и 3 при повышенном
давлении, кранами 1 и 4 осуществляется их дозировка. Безынгде,

воспламеняясь^

жекторные горелки могут работать только при давлении горю¬
чего газа 1,0 1,5 ати и поэтому применяются
преимущественно

при питании от баллонов.
Сварочная инжекторная горелка типа СУ-48 (сварочная уни¬
версальная) укомплектована набором сменных наконечников.
В горелках высокого давления горючий газ и кислород подаются
в смесительную камеру с повышенным давлением, из
которой

Фиг. 135. Схемы устройства

торной; -б

мундштук выходят

через

наконечник

и

более

устойчивое

пламя.

сварки

газовых

применяются

горелок:

а

инжек¬

безынжекторной.
в

атмосферу. Они

Для увеличения

многопламенные

дают

производительности
с

горелки

мундштуками, увеличивающими скорость сварки

несколькими

20 50%.

на

применяется для заполнения про¬
странства между кромками свариваемых деталей и по своему
химическому составу и механическим свойствам должен быть

Присадочный материал

близким основному металлу. Применяется он в виде проволоки
различного диаметра и подбирается в соответствии с толщиной

свариваемого материала.
Химический состав присадочной проволоки
ким,

чтобы

в

процессе

сварки

не

зыри, шлаковые включения.
Технология газовой сварки. В зарисимости
состава,

толщины

быть та¬

от

способ

пу¬

химического

требований
подбирается соответствующий номер

свариваемого материала

честву сварного шва
нечника горелки,
выбирается
312

должен

образовывались брызги,

и

перемещения

к

ка¬

нако¬

горелки

и

присадочного материала по шву, регулируется поступление аце¬
тилена и кислорода в требуемом соотношении. Регулирование
производится в зависимости от свойств свариваемого материала.
Для сварки стали и большинства цветных сплавов применяется
пламя с избыт¬
восстановительное пламя, для сварки чугуна
ком
пламени горелки зависит от
ацетилена;
угол наклона
свариваемого материала: чем толще материал, тем
больше угол. Перед сваркой кромки деталей тщательно зачи¬

толщины

щают.

В зависимости от направления перемещения горелки и при¬
садочного материала различают левую и правую сварку.
При левой сварке пламя горелки перемещается справа на¬
и
лево
присадочная проволока движется впереди пламени

Фиг. 136. Передвижение горелки:
б
1

при

правой

присадочная проволока;

2

левой сварке;

а
при
сварке;

горелка; 3

сварной

шов.

(фиг. 136, а). Она применяется при сварке деталей небольшого
(0,5 4 мм).
При правой сварке сварочное пламя перемещается слева на¬

сечения

право

и

присадочная

проволока

(фиг. 136, б). Применяется

движется

позади

пламени

для соединения материалов толщи¬

ной свыше 5 мм.

Правая
нию

так

с

сварка имеет значительные преимущества по сравне¬
левой. Качество шва при правой сварке получается выше,

как

расплавленный

металл

торое одновременно производит

лучше
и

защищен

последующий

пламенем,

отжиг

ко¬

наплав¬

ленного металла, замедляя его охлаждение.

Тепло пламени рассеивается в меньшей степени и лучше
используется, чем при левой сварке, вследствие чего правая
сварка больших толщин экономичнее и производительнее левой.
Она уменьшает расход газов на 10 15% и повышает скорость
сварки на 10 20% по сравнению с левой сваркой горелкой та¬
кой же мощности.
Для лучшего перемешивания металла при правой и левой
сварке конец присадочной проволоки нужно погрузить
рочную ванну и перемешивать жидкий металл для более
сивного удаления из него окислов и шлаков.,

в

сва¬

интен*

313

Газовая сварка деталей большой толщины (до 30 мм) про¬
изводится с подогревом свариваемых мест. Наиболее распро¬
странена сварка TOHtfbro металла (0,5 3 мм), так как прбизводительность газовой сварки при большой толщине металла замет¬
но падает по сравнению с производительностью дуговой сварки.

Газовой сваркой
низколегированные

хорошо свариваются
стали.

Сварка

нем; не допускается перегрев,

малоуглеродистые
нейтральным

ведется

понижающий прочность

и

пламе¬

шва.

При¬

садочным материалом является стальная проволока с содержа¬
нием 0,1 % С.

Для сварки высоколегированных сталей применяется приса¬
дочная

проволока

Сварка

чугуна

того

же

состава,

что

и основной

металл.

сравнению с электродуговой сваркой является
более качественной и применяется для исправления дефектов в
отливках ответственного назначения, например для заварки ра¬
ковин, трещин в отливках, подвергающихся испытанию гидрав¬
лическим давлением. Местный или полный нагрев детали перед
по

сваркой производится до 700°; присадочный материал
чугун¬
ные стержни или реже
сплавы меди; в последнем случае сварка
ведется без подогрева. Применяются флюсы и обмазки того
-

что и при электродуговой сварке. Охлаждение де¬
сварки должно быть медленным.
При сварке меди и бронзы пламя горелки должно быть нор¬
мальным, а для латуни слегка окисленным. В качестве приса¬
дочного материала используется основной
металл, флюсом
является смесь борной кислоты, буры и хлористого натрия. При¬
же- состава,

тали после

меняются

горелки повышенной

мощности.

сварке алюминия, магния и их сплавов применяется
восстановительное сварочное пламя. Присадочный материал тот
же, что и при дуговой сварке. Остатки флюса и шлака после

При

сварки тщательно удаляются.
Газовая сварка давлением

является

разновидностью газовой

местного нагрева соединяемых в пла¬
стическом состоянии двух металлических частей используется
теплота горючих газов в смеси с кислородом, а соединение сва¬

сварки, при

риваемых

которой

для

деталей происходит

с

помощью

сдавливающего

меха¬

усилия, производимого специальной сварочной маши¬
ной. Этот вид сварки широко применяется при соединении маги¬
стральных газопроводов, нефтепроводов, деталей общего маши¬
ностроения и др. Газовой сваркой выполняют такие же сварные
нического

соединения, как

дуговой сваркой.
§

84. Резка

металла

Газовая резка. Газовой резкой называется процесс разделе¬
ния металла путем сжигания его в струе кислорода по заранее

намеченной
314

линии.

Газовой резке подвергаются те металлы, у которых темпера¬
тура плавления выше температуры воспламенения в кислороде
и у которых окислы плавятся
при более низкой температуре, нем
металл. Образующиеся в месте разреза окислы выдуваются
кислородом. Этим способом производят резку углеродистых, с
содержанием углерода до 0,7%, а также низколегированных,
с небольшим содержанием
углерода, сталей. Чугун, цветные
металлы и

их

температура

сплавы

газовой

плавления

ниже

резке

не поддаются, так как

температуры

их

воспламенения,

а

образующиеся окислы очень густы и не
Высокохромистые и нержавеющие стали

удаляются продувкой.
режутся с применением
особых методов. В месте реза металл нагревают до темпера¬
туры воспламенения и направляют на место реза струю кисло¬
рода под давлением. Для подогрева можно использовать ацети-

Фиг.

137.

Ацетилено-кислородный резак.

и другие газы, а также пары бензина и керосина. Газовая
резка ведется на обычном газосварочном оборудовании, только
сварочную горелку заменяют резаком (фиг. 137), который по¬
дает газовую смесь для подогрева и имеет дополнительное при¬
способление для подвода режущей струи кислорода. Резаки- бы¬
и
вают универсальные
специальные.
К последним относятся"
резаки для подводной резки, вырезки отверстий и др. Помимо
лен

ручных

резаков,

автоматические

широко
машины

применяются полуавтоматические и
газовой резки, обеспечивающие
высокую производительность и боль¬
для

хорошее качество реза,
шую точность вырезки. Универсальные машины режут по пря¬
мой линии, в продольном и поперечном направлении, по кругу
и по любой кривой, наносимой разметкой, или по шаблону.
Газовой резке могут подвергаться предметы большой тол¬
до 1000 мм и выше.
щины

Для получения отверстий струей кислорода применяется

или

обычный резак, или специальное кислородное копье (при глубине
отверстий от 100 до 3000 мм). При подводной газовой резке
применяют специальные резаки с колпачками, надеваемыми на
головку резака. Пламя резака горит под колпачком, вода из-под
315

колпачка

струей

оттесняется

сжатого

воздуха. С увеличением

давление сжатого воздуха и газа

глубины
Дуговая

резка.

лении металла на части

повышается.

резка заключается

Электродуговая

в

его в зоне реза,

расплавлением

разде¬
поэтому

она используется как для стали, так и для чугуна и цветных
Этот способ применяется для разделки лома, удале¬
ния литников и прибылей и др.
Недостатки дуговой резки
неровность краев реза, большая
его ширина и образование натеков металла. Производится резка
в вертикальном и наклонном положении детали для лучшего
вытекания
расплавленного металла. Применяются металличе¬
ские,
угольные или графитовые электроды. При применении
угольных электродов используется постоянный ток.
Подводная электродуговая резка и сварка разработана ака¬
металлов.

К. К. Хреновым.
Для работы под водой электроды покрывают водонепрони¬
цаемой обмазкой, плавящейся несколько медленнее электродной
демиком

проволоки,

вследствие

чего

во

горения дуги

время

на

конце

образуется чашеобразный

козырек. Вокруг дуги в
и
ее воды под
окружающей
разложения
результате испарения
действием тепла дуги образуется газовый пузырь, в котором
устойчиво горит дуга, как на воздухе.
Газовый пузырь непрерывно возобновляется за счет испаре¬
и разложения
ния
окружающей воды, избыток газов подни¬
мется на поверхность воды. Электродуговая резка и сварка под
водой применяется при подъеме затонувших судов, восстановле¬
нии и постройке мостов и др.
электрода

§

85.

Термитная

сварка

Этот вид сварки осуществляется

рошкообразной смеси
"ной (78%).
Подожженная смесь
Fe203 -|- 2А1

алюминия

сгорает
=

по

2Fe -f-

с

по¬
термита
железной окали-

помощью

(22%)

с

формуле

А1203 -J-

18 500

кал.

Реакция
чем

идет с выделением большого количества тепла, при¬
сварка ши¬
развивается температура до 3000°.

Термитная

роко применяется для сварки рельсов железнодорожных и трам¬
вайных путей, труб и при ремонте крупных деталей. Перед
сваркой стык рельсов очищают от грязи и окалины, затем уста¬
навливают в седле стяжного пресса торцами впритык и закреп¬
ляют
около

специальными

3 кГ/мм2. На

(фиг. 138)

из

штангами,
стык

огнеупорного
двух половин2 соединенных
316

3

создающими

усилие

на

торцах

рельсов 2 насаживают форму
материала, состоящую обычно

струбцинами.

1
из

Стык 3 прогревается

в тигель насыпают термит 4 и за¬
После сгорания термита расплавленная масса вос¬
становленного железа поступает из тигля в форму, расплавляя

бензиновым подогревателем,
жигают

его.

Фиг.

и

сваривая

тоды

стык.

термитной

138. Схема

Кроме

термитной сварки.

указанного, применяются

и

другие ме¬

сварки.

Для сварки стальных проводов связи применяется магниевый
и сварку производят с нагревом металла до пластиче¬

термит,

ского состояния.

86. Контроль

§

сварных соединений
дефектов сварки

качества

и

исправление

Контроль качества сварных соединений производится сле¬
дующими способами.
1. Внешним осмотром, дающим возможность выявить поверх¬
пороки (дефекты), форму и размеры шва.
Мелкие трещины выявляют с помощью лупы. Проверка плот¬
ности сварных швов в сосудах (баки, резервуары и др.)
про¬
изводится керосиновой пробой, для чего с наружной стороны
шов покрывается меловой краской, а с внутренней смачивается
который, просачиваясь через дефектные места
керосином,
выявляется на фоне белой краски в виде тем¬
мелкие поры,
ностные

ных пятен.

Другим способом проверки плотности
гидравлическое испытание, при котором
дой

и

нием.

сварного шва

является

сосуд заполняется

во¬

некоторое время выдерживается под повышенным давле¬
Неплотность обнаруживается по каплям, струйкам или

намоканию шва.

способу Назарова заключается
воздухом с добавлением 1 % ам¬
миака; наружные швы изделия покрываются бумажной лентой,
смоченной 5-процентным раствором азотнокислой ртути. Не¬
плотность шва выявляется появлением на бумаге красных или
Проверка

плотности

шва

по

в заполнении изделия сжатым

черных пятен.
2. Металлографическим

кро-

и

микрошлифо^

исследованием рассмотрением

вырезанных

в

плоскости

ма-

поперечного
317

сечения

шва.

сварного

Этот способ дает

металла,

выявлять

возможность

структуру

определять

переходных

качество
и

зон

по¬

(непровар, пережог, микротрещины и др.).
3. Просвечивание рентгеновскими лучами дает возможность
выявлять дефекты внутри шва без его разрушения благодаря
свойству рентгеновских лучей неодинаково проникать через
различную среду. При просвечивании сварной шов рассматри¬
вается либо непосредственно, либо на снимке. При доброкаче¬
роки

сварки

ственном

шве

наблюдается ровное

потемнение

пленки,

а

раз¬

дефекты

дают отклонения от такого характера рентгено¬
Этим
способом
выявляются трещины, газовые пузыри,
граммы.
окислы, непровары и другие дефекты.

личные

4. По магнитному методу шов контролируется двумя спосо¬
бами. По первому способу на поверхность намагниченного изде¬
лия наносят специальную суспензию или сухой магнитный поро¬
шок, которые скапливаются в месте дефекта вследствие нерав¬
номерного распределения магнитных линий.

Второй способ,
стоит

в

называемый

определении

дефектов

индукционным
шва

сварного

контролем,
с

со¬

помощью

дефектоскопа системы К. К. Хренова и С. И. На¬
состоящего из электромагнита, искателя, усилителя и
телефона. После установки электромагнита на шов при наличии
в нем дефекта искательная катушка прибора получает
импульс,
который усиливается и передается на телефон (звуковая сигна¬
лизация) или в сигнальную лампу. Величина дефекта и глубина
его залегания этим методом не определяются.
5. Механические испытания проводятся на образцах, выре¬
занных из сварного изделия или из специально сваренных пла¬
стин. Образцы испытываются на растяжение, удар, изгиб и т. д.
На каждый вид испытания изготовляется не менее трех образ¬
цов, форма и размеры которых должны соответствовать дейст¬
специального

зарова,

вующим ГОСТ.
В процессе сварки

свариваемые изделия

получают иногда

деформации, вследствие чего они могут иметь или
местное коробление, или прогиб всего изделия.
Причиной крробления сварных изделий являются внутренние

значительные

f

напряжения, возникающие вследствие неравномерного нагрева
свариваемого изделия, усадки наплавленного металла при пере¬
ходе его из жидкого состояния в твердое и структурных измене¬
ний, происходящих при изменении температуры металла в про¬
цессе сварки. Внутренние напряжения могут вызвать в сварных
изделиях появление горячих
(в процессе сварки) и холодных

трещин.
Мерами, предупреждающими

появление

компенсирующими в той
ние, могут быть:
1) интенсивное охлаждение места

жений

318

или

или

внутренних напря¬

иной

сварки*

степени

их

влия¬

2)

участками,

сварка

чтобы

уничтожала или уменьшала

3)

деформация одного
деформацию другого;

метод обратных деформаций; при

деформируются

мые детали до сварки
ими получена
которая

этом

в

методе

сторону,

участка

сваривае¬

обратную той,

будет
при сварке.
Основной мерой борьбы с появлением внутренних напряже¬
ний является термическая обработка, которая для углеродистых
сталей
заключается
в
нормализации, а для легированных
в закалке с высоким отпуском.
сталей
После термообработки металл сварного изделия приобретает
мелкозернистое строение, а внутренние напряжения снимаются.
§

87. Новые способы сварки

Взрывная сварка. Сущность способа заключается в исполь¬
для сварки металлов энергии взрыва, осуществляемой

зовании

применением взрывчатки. На соединяемые поверхности мгновенно
действует образующаяся при взрыве упругая, ударная волна
70 тыс. атмосфер, под действием
металл
на
с давлением
до
происходит прочное

которой

Поверхность
чивает

в

соединение

свариваемых

частей.

сварки получается волнистой, что увели¬
соединения. Сварка ведется без подогрева

месте

прочность

свариваемых частей. Наиболее прочное соединение
в условиях вакуума, устраняющего наличие

получается

воздушной прослойки

между свариваемыми частями. Этим способом сваривают и
разнородные металлы, например, медь со сталью, никель со
сталью, медь с "алюминием, титан с ниобием и другие трудно
поддающиеся обычной сварке металлы. При испытании проч¬
ности сварки на

срез разрушение основного металла происходит
разрушение шва. Этот вид сварки проводится пока
в лабораторных условиях.
Сварка трением. Сущность сварки трением заключается в
том, что свариваемые заготовки соприкасаются
друг с другом
торцами, и при этом одной из них придается вращение. Выде¬
ляющееся при трении тепло нагревает торцы до пластического
состояния. После разогрева и прекращения
вращения детали
сдавливаются и при этом свариваются. Сварка трением высоко¬

раньше,

чем

процесс
производительна для сечений диаметром до 50 мм,
легко автоматизируется, но имеет ограниченное применение (сва¬

только

риваются
или

встык

дится

цилиндрические заготовки
стержни, трубы
стержни и трубы впритык к плоскости).
Произво¬

на специальных машинах

(МСТ-1, МСТ-2).

Холодная

сварка давлением. Этот вид сварки осуществляется
только давлением без нагрева. Применяется для сварки метал¬
лов,

обладающих достаточной пластичностью, алюминия, меди,
дюралюминия и др. Детали перед сваркой уклады¬

кадмия,
ваются

друг

на

друга

внахлестку

и

затем

сдавливаются
319

в

отдельных точках с помощью специального пресса, в которых
при больших усилиях сдавливания происходит сварка. Этот вид
сварки применяется для соединения алюминиевых и медных
токоведущих шин в электромашиностроении. С помощью холод¬
ной сварки давлением также соединяют встык тонкие, алюми¬
ниевые провода, сдавливание которых производится специаль¬

ными клещами.

Ультразвуковая
стали,

цветных

сварка.

металлов

и

Применяется
их сплавов.

для

сварки

Поверхности,

листов

из

подлежа¬

обезжириваются, свариваемые листы укладываются
внахлестку на массивное основание и прижимаются определен¬
ным усилием к специальному
вибратору, с помощью которого
один из листов приводится в колебание с ультразвуковой часто¬
той (15 20 кгц). При этом вследствие трения одной поверхно¬
сти о другую в плоскости контакта выделяется теплота, металл
нагревается до пластического состояния и происходит сварка.
Нижний лист может быть любой толщины, верхний (приводи¬
мый в колебание) 1 2 мм. Прочность сварки выше прочности
щие сварке,

точечной, контактной сварки. Сварка
специальных

выполняется

с

помощью

установок; продолжительность сварки 1 3 сек.

ГЛАВА XVII
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ПРОЦЕССЕ РЕЗАНИЯ МЕТАЛЛОВ

Как было

в предыдущих разделах, прогресс в об¬
производства, обработки металлов давлением
и сварочных процессов позволяет получать этими методами все
более точные детали и заготовки для них.

ласти

показано

литейного

Однако, несмотря на все возрастающее внедрение в маши¬
ностроение методов получения точных заготовок, приближаю¬
щихся по своим формам и размерам к формам и размерам го¬
товых деталей, обработка металлов резанием в настоящее время
является и еще, по-видимому, долгое время будет оставаться
основным методом окончательной обработки деталей.

Объясняется
в области

это, в первую очередь, тем, что общий прогресс
машиностроения и интенсификация технологических

промышленности требуют изготов¬
с высокой степенью чи¬
стоты поверхности деталей машин, а точные детали с чистыми
поверхностями могут быть в основном получены обработкой
металлов резанием.
процессов

ления все

во

всех

более

областях

точных и

обработанных

§ 88. Исторический обзор

ное

История развития отечественного станкостроения. Отечествен¬
станкостроение зарождалось в эпоху становления России,

которая

издавна

XII

славилась

своими

умельцами.

Известно,

что

при производстве оружия русские мастера пользо¬
вались сверлильными и токарными етанками с ручным приво¬
дом. Механический привод станков от водяного колеса появился
на Руси в XIV в.
Талантливый русский механик Андрей Константинович Нареще в

в.

который

по справедливости может считаться родоначаль¬
конструкторов русского станкостроения, в 1712 г. впервые
в
мире построил токарный станок с механическим суппор¬
том. Много
станков, построенных А. К. Нартовым, сохрани¬

тов,

ником

лось

до

наших

дней. Они демонстрируются

в

ленинградском

Эрмитаже.
11

Технология

металлов

321

На

Тульском оружейном

заводе

мастера

Сидоров, Батищев

др. создали оригинальные станки для оружейного производ¬
ства. В конце XVIII в. талантливый
оружейник Алексей Сурнии
усовершенствовал и внедрил специальные металлообрабатыва¬
и

изготовления

ющие станки для

Во второй

XIX

мелких

ружейных деталей.

конструктор В. Ф. Игнатов раз¬
работал оригинальные конструкции лобового и карусельного то¬
карных станков, а также специальные колесотокарные и осето¬
карные станки.
Гениальный русский ученый Михаил Васильевич Ломоносов
половине

сконструировал
В

1900

г.

в.

и изготовил специальные

на

Всемирной

выставке в

сферотокарные станки.
Париже получили выс¬

шую награду специальные станки для паровозостроения, по¬
строенные инженером Г. М. Гороховским на Брянском маши¬
ностроительном заводе. Однако производство станков в царской
России оставалось в неразвитом состоянии и, несмотря на вы¬
дающиеся
работы русских инженеров и мастеров, не смогло
подняться до уровня самостоятельной отрасли промышленности.
Все крупнейшие машиностроительные предприятия в России
закупали необходимое

Россия,

не

имела

а заводы

заводов,

режущие

станки в

станочное

оборудование заграницей.

специализированных

станкостроительных

общего машиностроения выпускали
небольших количествах. В 1913

г.

на

металло¬
заводах

«Бромлей» (Москва), «Феникс» (Петроград), «Фельзер» (Рига)
и «Герлях и Пульте» (Варшава) было выпущено всего 1490 стан¬
слабая производственная база станкостроения
ков. Но и эта
была почти прлностью ликвидирована за годы империалистиче¬
ской войны 1914 1918 гг. Поэтому после Великой Октябрьской

социалистической

революции станкостроительную промышлен¬
пришлось создавать вновь.
Этапы развития советского станкостроения. В первый период
восстановления народного хозяйства ряд машиностроительных
заводов был специализирован для выпуска станков. За годы до¬
военных пятилеток было построено большое количество заводовгигантов станкостроения. Количество станков, выпущенных в
СССР в 1940 г., примерно в 40 раз превысило выпуск станков
в царской России в 1913 г.
ность

Вероломное
Союз

в

1941

пятилетки

г.

(70

нападение
не

тыс.

дало

гитлеровской Германии

возможности

станков).

После

выполнить

окончания

на

Советский

план

третьей

Великой Отече¬

ственной войны широкое строительство новых и реконструкция
старых станкостроительных заводов позволили быстро увели¬
чить мощность производственной базы станкостроения и резко
повысить выпуск металлорежущих станков.
В 1956 г. в СССР было выпущено в 2,1 раза больше стан¬
ков, чем в 1940 г., и в 80 раз больше, чем в царской России в
1913 г.
322

XXII съезд

Коммунистической партии Советского Союза при¬
Программу коммунистического строительства
Программу

нял

нового мощного подъема экономики,

культуры

и

материального
народа.
Станкостроительная промышленность в быстром поступа¬
тельном движении советской
индустрии играет одну из перво¬
степенных ролей. От уровня развития станкостроения в боль¬
шой степени зависит качественное и количественное развитие
всей машиностроительной промышленности.
ТемпьГразвития отечественной станкостроительной промыш¬
ленности видны из следующих данных:
благосостояния

Годы.

.

.

советского

1913 1930 1933 1936 1940 1950 1954 1956 1958 1960

.

1963

1965

(план)
Количество
выпущен¬
ных стан¬
ков

в

тыс. шт.

.

1,5

7,5

29

19

58

70

102

121

138

154

183

270

В решениях XXI съезда КПСС предусматривалось довести
годовой выпуск станков к концу семилетки до 190 200 тыс. шт.
В результате перевыполнения планов первых лет семилетки вы¬
явилась возможность значительного увеличения принятых конт¬
рольных цифр производства станков. К 1966 г. выпуск металло¬
режущих станков составит 270 тыс. в год.

Наряду

с

количественным

ростом выпуска станков непре¬
типоразмеры. Приведенные ниже дан¬
рывно расширяются
ные показывают рост количества типоразмеров станков, выпу¬
их

скаемых

станкостроительной промышленностью.

отечественной

Годы
Количество типоразмеров

1932 1933 1940 1950 1955 1956 1960 1965 (план)
40
51
202 339 785 847 1020 1200

Для удовлетворения нужд точного

приборостроения

и

маши¬

ностроения только за период 1956 1960 гг. изготовлено около
42 тыс. прецизионных станков, в том числе ряд координатно¬
расточных станков особо высокой точности с программным уп¬
равлением. Непрерывно увеличивается производство тяжелых
станков. За 1956 -I960 гг. изготовлено более 21 тыс. тяжелых
металлорежущих станков. Среди них уникальные карусельные
станки для обработки деталей диаметром до 22 м, зубофрезерные станки для нарезания зубчатых колес диаметром до 12 м,

продольнофрезерные и
щадью рабочего стола

продольнострогальные станки с пло¬
5 X 15 м и др. Значительно возрос вы¬
пуск автоматов и полуавтоматов: в 1960 г. выпущено 436 типо¬
размеров. За последнее пятилетие количество выпускаемых
высокопроизводительных
лось

11*

в

1,5 раза

и

специализированных станков увеличи¬
в 1960 г. 500 типов. Все большее

составило

323

с
станки
программным
развитие
управлением.
получают
В 1960 г. промышленность освоила 18 моделей таких станков.
Крупных успехов добились станкостроители в области комп¬
лексной автоматизации производства. За последние пять лет
было создано 600 автоматических линий, что в 3 раза превышает
выпуск автоматических линий за все предыдущие годы.
Решениями XXII съезда КПСС намечено увеличение парка
станков в СССР за двадцатилетие в 2,5 раза. Выпуск станков
к 1980 г. будет увеличен в 4,2 раза по сравнению с настоящим
временем и достигнет 650 тыс. станков в год. При этом следует
учесть, что станок выпуска 1980 г. благодаря автоматизации
будет примерно в 3 раза производительнее современного станка.

Для реализации

задачи комплексной

автоматизации

метал¬

лообрабатывающей промышленности выпуск автоматов и полу¬
автоматов будет увеличен в 22 раза по сравнению с 1960 г. Вы¬
пуск автоматических и полуавтоматических линий для машино¬
строения увеличится в 62 раза по сравнению с 1960 г.

Быстрыми темпами, особенно в последние годы, развивалась
также и инструментальная промышленность. Так, например, в
1940 г. выпуск инструмента был почти в 7 раз больше, чем к
первой пятилетки, а в 1956 г. уже в 62 раза превысил вы¬
1932 г. По плану семилетки выпуск инструмента должен
увеличиться вдвое.
концу
пуск

§
До

начала

заготовкой,

в

89. Основы резания металлоэ

обработки резанием будущая
обработки заготовка

процессе
тываемой деталью; по
чается готовая деталь,

изделия.
Слой металла,

получения детали
ся припуском на

окончании

которая

всех

может

деталь называется

обраба¬
обработок полу¬
передана на сборку
именуется

видов

быть

который необходимо удалить с заготовки для
обработанном виде, называет¬
обработку. Припуск измеряется по нормали к
в окончательно

обрабатываемой

поверхности и, как правило, исчисляется на сто¬
рону. Однако при обработке круглых деталей припуск иногда
считают на обе стороны, т. е. на диаметр.
Для уменьшения расхода металла и сокращения затрат на
механическую обработку припуск должен быть минимальным,
но достаточным для осуществления наиболее экономичного тех¬
нологического процесса.
Удаление с заготовки припуска ручным способом называется

слесарной обработкой,

а снятие припуска на металлорежущих
механической обработкой.
Для обеспечения высокой производительности труда при ме¬
ханической обработке необходимо в совершенстве изучить осно¬

станках

вы
324

резания металлов, конструкции

и технологические возможно-

ci и

металлорежущих станков и инструментов, а также принци¬
построения технологических процессов.
Основные понятия и элементы резания. Основоположником
науки о резании металлов является русский ученый проф.
И. А. Тиме. В 1870 г. им была опубликована работа «Сопротив¬
ление металлов и дерева
резанию» и в 1877 г. «Мемуары о стро¬
гании металлов». Большие
работы в этой области были также
А.
К.
исследователями
проведены
русскими
Зворыкиным,
Я. Г. Усачевым и др.
Образование стружки. И. А. Тиме показал, что про¬
цесс образования стружки происходит по элементам (фиг. 139).
пы

Резец

своем

при

движении

находящийся перед
талла

металла,

нейшем
ким

образом

определенной

зоне

в

срезаемом слое ме¬
напряженное состояние. Когда

силу
сдвиг

При

движении

в

частиц

сцепления

стружки.

же

второй

превышает

происходит

элемента

деформирует
При этом

металл.

определенное

создается

напряжение
внутреннего

ним

даль¬
та¬

резца

отделяется

и

эле¬

последующие
стружки.
Плоскость, по которой

менты

исходит

скалывание

про¬

отдель¬

Фиг. 139.

ных

элементов стружки, при¬
нято называть плоскостью ска¬

Образование стружки.

лывания, а угол между плоскостью скалывания и направлением
скорости резания

углом скалывания г|). И. А. Тиме установил,

для вязких металлов почти не зависит от
угол
геометрии резца и обычно составляет 30-г-35°.
Виды стружек. В зависимости от силы сцепления отдель¬
ных элементов различают три вида стружки: сливную, скалыва¬
ния и надлома. Вязкие металлы (мягкая сталь, медь, алюминий
скалывания

что

и т.

п.) образуют
прерывной ленты,

сливные

ты этой стружки довольно

При обработке

стружки, которые сходят

завивающейся в спираль.
менее

прочно

вязких

в

Отдельные

связаны друг

виде

не¬

элемен¬

с другом.

(стали повышенной
п.) образуется стружка

металлов

твердости, некоторые марки латуни и т.
скалывания. Элементы
этой стружки имеют менее прочную
связь, и поэтому стружка после образования нескольких завит¬
ков обычно отламывается под действием собственного веса или

других

внешних

сил.

Стружка надлома
лов
(чугун, бронза)

обработке

хрупких метал¬
материалов (мрамор,
стекло, камень и т. п.). Связь между отдельными элементами
стружки надлома настолько слаба, что последняя представляет
собой совокупность отдельных частиц неправильной формы.

получается при
и

неметаллических

325

Вид образующейся стружки
но

зависит
также

и

не

только

от

свойств

от

скорости резания,
обрабатываемого материала,
геометрии резца и ряда других факторов.
Вследствие деформации срезаемого слоя наблюдается уко¬

рачивание длины стружки по сравнению с отрезком пути, прой¬
денным за это время резцом. Это явление называется продоль¬
ной

усадкой стружки.
Поверхности обрабатываемой детали. При лю¬
бом методе механической обработки (точение, строгание, фре¬
зерование

и т.

д.)

у

Фиг. 140.

обрабатываемой

детали на каждом данном

Поверхности обрабатываемой детали
в процессе резания.

поверхностей
резания различают три основных вида
(фиг. 140).
это поверхность, срезаемая
Обрабатываемая поверхность 1
с обрабатываемой детали за данный проход. Она исчезает по

этапе

окончании

прохода.
поверхность 3 определяется как поверхность,
в
результате снятия слоя материала с обрабатывае¬
полученная

Обработанная

мой детали за один проход. Эта поверхность отсутствует до на¬
чала прохода.

Поверхнбстью резания 2 называется поверхность, непосред¬
образованная на обрабатываемой детали главным лез¬
вием инструмента. Поверхность резания существует только в
процессе резания, но в некоторых случаях, например при фасон¬
ном точении, остается и по окончании обработки, превращаясь
в обработанную поверхность.
Геометрия режущего инструмента. Принцип работы любого
ственно

режущего инструмента основан

326

на

действии

клина.

Наиболее

наглядно можно рассмотреть элементы и

инструмента

геометрию

режущего

на

примере токарного резца.
Основные элементы резца. Резец

состоит из головки

(фиг. 141),

которая непосредственно принимает участие в отде¬
лении срезаемого слоя металла, подошвы, на которую опирается
резец при установке его на станке, и тела, с помощью которого
производится закрепление резца в резцедержателе.
Основными элементами головки резца являются: передняя

поверхность 1,

по

которой

3, обращенная

сходит стружка, главная задняя по¬

поверхности резания, вспомогатель¬
задняя поверхность 4 х, обращенная к обработанной поверх¬

верхность
ная

Фиг.

141.

к

Основные

элементы

резца.

ности, главное лезвие 2, являющееся пересечением

передней и
5, явля¬

главной

задней поверхностей,

ющееся

пересечением передней и вспомогательной задней по¬
и вершина 6, образованная пересечением обоих лез¬

вспомогательное лезвие

верхностей,
вий.

Исходные плоскости. Вопросы геометрии режущего
инструмента весьма сложны. Дело в том, что в общем случае
передняя и задние поверхности являются фасонными и соответ¬
ственно

говорить

лезвия

только

криволинейными. Поэтому фактически
об углах для данной конкретной точки

можно
лезвия.

еще усложняется тем, что большинство углов режущего
определяется направлением вектора относительной ско¬

Вопрос
клина

обрабатываемой детали и инструмента, а для
каждой данной точки лезвия при вращательном движении об¬
рабатываемой детали или инструмента направление этого век¬
тора изменяется и соответственно изменяются величины углов
рости движения

режущего клина.
1 Вспомогательные задние
поверхности могут быть две, например у

от¬

резного резца,
327

Однако все эти изменения углов для большинства случаев
резания весьма малы и имеют серьезное значение только для
теоретических исследований. Для практических работ с доста¬
точной точностью геометрию режущего клина можно опреде¬
лять относительно заданных исходных плоскостей.
В соответствии с ОСТ 6898 установлены понятия плоскость
резания
секущая

(фиг. 142,

см.

плоскость.

режущего

вклейку),

целесообразно

клина

основная

плоскость

и

главная

Для удобства определения некоторых углов
ввести

дополнительное

поня¬

нормальная плоскость.
Плоскостью резания называется плоскость, касательная к
поверхности резания и проходящая через главное лезвие.
Основная плоскость по ОСТ 6898 это плоскость, параллель¬

тие

ная

продольной

ление
чаю
в

основной

резания

плоскости

и

поперечной

плоскости

подачам.

Однако

соответствует

только

такое

опреде¬
одному слу¬

токарной обработке резцом, который установлен
параллельной направлениям продольной и попе¬

подач и вершина которого находится на уровне оси
вращения обрабатываемой детали. Для универсального опре¬
деления основной плоскости, пригодного для всех без исключе¬
ния случаев резания, ее следует охарактеризовать как пло¬

речной

скость, проходящую через вершину режущего клина и являю¬
щуюся перпендикулярной направлению движения резания.
Для процессов резания, у которых движением резания яв¬
ляется вращательное движение (точение, сверление, фрезерова¬
ние и т. д.) основная плоскость пройдет через вершину режу¬
щего клина и ось вращения обрабатываемой детали или режу¬
щего инструмента.

Нормальную
щую через

плоскость

определяем как плоскость, проходя¬
перпендикулярную плоскости реза¬

главное лезвие и

ния.

Главной секущей плоскостью
к проекции главного
Как видно из фиг. 142 б, в и
батываемой детали и исходные

дикулярная

называется плоскость,
лезвия на

перпен¬

основную плоскость.
г, основные поверхности обра¬
плоскости меняют свой вид и
расположение в зависимости от типа режущего инструмента и
направления подачи. Так, например, при обточке проходным
резцом (фиг. 142, а и б) поверхность резания представляет со¬
бой коническую поверхность, при обточке подрезным резцом
(фиг. 142, в) торцовую поверхность (плоскость), а при работе
отрезным или канавочным резцом (фиг. 142, г) цилиндриче¬
скую поверхность. Соответственно для каждого из этих случаев
изменяется и расположение плоскости резания и главной секу¬
щей плоскости.
Углы режущей части инструмента.
Различают
главные и вспомогательные углы, а также углы в плане. Глав¬
ные углы измеряются в главной секущей плоскости. К ним от828

носятся:

ний угол

главный

задний угол, угол заострения, главный перед¬

и

угол резания.
Главным задним углом а называется угол, образованный
главной задней поверхностью инструмента и плоскостью реза¬

(фиг. 143) К Этот угол необходим для уменьшения трения
обрабатываемой деталью и резцом. Практически угол а

ния

между

в пределах от 6 до 12°.
Главным передним углом у называется угол между передней
поверхностью и нормальной плоскостью. Величина переднего
находится

угла
+

процесс стружкообраот
широких пределах

оказывает существенное влияние на

зования.

25 до

Величина угла у колеблется
10°.

в

Фиг. 143. Главные углы резца.
Углом заострения (5 называется угол между передней и глав¬
ной задней поверхностями. Чем больше этот угол, тем прочнее
режущая часть инструмента и тем лучше условия отвода тепла
от

режущего лезвия.
Углом резания 6 называется угол между

стью

и

плоскостью

передней

поверхно¬

резания.

Из фиг. 143 очевидно,

8

что

а+р + Т
| р

== а

=

=

90°,

90°

у.

143, а), то угол у имеет положитель¬
(фиг. 143, б) угол у приобретает от¬
Сравнивая преимущества и недостатки

Если угол б < 90° (фиг.
При б > 90°

ное значение.

рицательное значение.
режущих инструментов
передними углами, надо
1

Здесь

и

в

дальнейшем,

рассматривать углы между
пересечения

и

в

сечении

с

положительными

и отрицательными
виду следующее. При положи-

иметь в

говоря

об

касательными

нормальном

к

углах

между

к данным

линии

поверхностями,

поверхностям

пересечения

в

будем

точке

их

поверхностей.
329

тельном у облегчаются условия стружкообразования, но зато
уменьшается прочность режущего клина, ухудшаются условия
отвода тепла от режущего лезвия и, кроме того, действие силы

резания Р, направленное

по

нормали

к

передней поверхности,

изгиба и среза, кото¬
хрупких материалов, таких,
рые
например, как твердые сплавы.
При отрицательном у прочность клина повышается, улуч¬
шаются
условия отвода тепла, а сила резания Р вызывает
вызывает

клине

в

деформации

режущем
являются нежелательными для

деформации сжатия, которые хорошо выдерживаются
инструментами как из стали, так и из твердых сплавов. Однако
в этом случае условия стружкообразования значительно ухуд¬

только

шаются.
Раньше, когда прочность твердых сплавов была недостаточ¬
ной, режущий инструмент с отрицательными передними углами
находил довольно широкое применение. В настоящее время от¬
рицательные передние углы применяют только на твердосплав¬
ных инструментах, работающих в тяжелых условиях и при удар¬
ных нагрузках (обтачивание квадратных болванок, обтачивание
закаленной стали, фрезерование твердой стали и т. п.).
Углы в плане и угол наклона главного лезвия.
Немалую роль в процессе резания играют также углы в плане.
Различают главный угол в плане, вспомогательный угол в пла¬
не и угол при вершине резца. Углы в плане рассматриваются в
основной плоскости (фиг. 142, а, б, и в).

Главным

углом

главного лезвия на

ния

подачи.

нимается

от

в плане ф называется

основную

плоскость

В зависимости от условий
30 до 90°, наиболее часто

угол между проекцией
направлением движе¬
обработки угол ф при¬
употребляется угол ф

и

равный 45°.
Вспомогательным углом в плане ф! называется угол между
проекцией вспомогательного лезвия на основную плоскость и
направлением, обратным направлению движения подачи.
Вспомогательный угол в плане оказывает большое влияние
чистоту обработанной поверхности и в зависимости от усло¬
вий обработки выбирается от 0 до 30°.
0° позволяет работать с
Режущий инструмент с углом ф!
очень крупными подачами
(до 3 5 мм/об), обеспечивая при
на

=

хорошую чистоту обработанной поверхности.
Углом при вершине резца е называется угол между проек¬
циями главного и вспомогательного лезвий на основную пло¬
скость. Чем больше этот угол, тем лучше условия отвода тепла
от лезвий. Вполне очевидно, что

этом

?

Углом наклона
угол

m

между

+ e + cPi=

главного

главным

^0°.

лезвия

лезвием

и

X

(фиг. 144)

основной

называется

плоскостью.

Угол \

считать

принято
низшей

точкой

положительным,

если

вершина резца

является

(фиг. 144, в). В этом случае
сторону обработанной поверхности. Если

главного

лезвия

стружка завивается в
лезвие расположено параллельно основной плоскости,
то угол X
0° (фиг. 144, б) и стружка сходит с резца прямо.
При отрицательном значении угла К (фиг. 144, а) вершина рез¬
главное

=

ца

является

вивается

и

наивысшей

сходит

в

ваемой поверхности.

точкой

этом

При

положительном

Фиг. 144. Угол

и стружка за¬
сторону обрабаты¬
значении угла А рез-

главного лезвия

случае влево

наклона

главного

в

лезвия.

лучше воспринимают ударную нагрузку и создаются более
благоприятные условия для дробления стружки.
Углы заточки. Как видно из предыдущего, все определения

цы

углов режущего клина даются от

воображаемых

скостей, которые могут быть представлены

исходных пло¬

только

в

процессе
резания
установки инструмента
обрабаты¬
ваемой детали. В зависимости от установки режущего инстру¬
мента эти углы изменяют свою величину. Поскольку исходные
плоскости являются воображаемыми, то прямыми методами из¬
мерения определить углы инструмента в процессе резания не¬
после

относительно

возможно, а косвенными методами очень сложно.
В то же

время при изготовлении режущего инструмента по¬
необходимо придать определенную геометрическую
форму с оптимальными углами для данного конкретного случая
резания. Поэтому при изготовлении и заточке режущего инстру¬
мента производят измерение и контроль не углов резания: а, у»
331

следнему

б, ф, ф!
фз, Ф13

и

и

X,
Х3.

а

соответствующих

им

углов

заточки: а3, уи

Углы заточки, характеризующие инструмент как изолирован¬
ное геометрическое тело, остаются неизменными независимо от
установки инструмента и параметров процесса резания.
Для определения углов заточки выбираются две реально
существующие базовые поверхности. Например, для резца
(фиг. 145) этими поверхностями являются подошва и боковая
грань. Однако для простоты определения углов заточки и
их определений с углами резания целесообразно

аналогии

Фиг.

пять три

исходные

145. Углы заточки резца,

плоскости:

лярную подошве резца

для

при-

и

плоскость

заточки,

проходящую через

перпендику¬

главное лезвие, пе¬

реднюю плоскость, перпендикулярную подошве и боковой грани
резца и проходящую через его вершину, и параллельную пло¬
скость, параллельную подошве резца и проходящую через его
вершину.
В этом случае углы заточки определятся: задний угол заточ¬
ки а3
как угол между главной задней поверхностью и плоско¬
как угол между пе¬
заточки; передний угол заточки у3
редней поверхностью и параллельной плоскостью; угол заточки
6.3 как угол между передней поверхностью и плоскостью за¬
стью

точки;

главный угол заточки

в

плане ф3

как

угол между

пе¬

редней

плоскостью и плоскостью заточки; вспомогательный угол
заточки в плане фи
как угол между
плоскостью и

передней

проекцией
332

вспомогательного лезвия на плоскость подошвы рез-

как угол меж¬
ца; заточной угол наклона главного лезвия %3
ду главным лезвием и подошвой резца.
Как уже указывалось, углы заточки назначаются с таким
расчетом, чтобы создать наиболее благоприятные условия про¬

текания процесса резания. Поэтому очень важно устанавливать
режущий инструмент относительно обрабатываемой детали так,
чтобы

углы

резания

были

соответствующим

равны

углам

за¬

точки.

Для обеспечения равенства углов резания углам
статочно

расположить
плоскости, а боковую

подошву

грань

резца

Заточки до¬

параллельно

перпендикулярно

основной

направлению

движения подачи.

Фиг. 146. Углы

заточки и

углы резания.

первое условие проще всего обеспечить, уста¬
вершину резца строго по оси центров станка (фиг. 146,а).
При установке резцов ниже центра (фиг. 146, б) или выше
центра (фиг. 146, в) углы резания не равны соответствующим
углам заточки. Так, например, при установке резца ниже цент¬
ра, в случае наружной обточки, задний угол резания а больше

При

точении

новив

заднего угла заточки а,, а передний угол резания у» наоборот,
меньше переднего угла заточки у3.
Сечение среза. На фиг. 147 показаны поперечные сечения сре¬
зов при токарной обработке. У каждого среза различают глу¬
бину резания, величину подачи, толщину и ширину среза и пло¬
щадь его

поперечного

сечения.

Глубиной резания t
между обрабатываемой
чиной подачи
за

один

s

наикратчайшее расстояние
обработанной поверхностями. Вели-

называется
и

при точении

называется

оборот обрабатываемой

путь перемещения резца

детали.
333

ду
по

Шириной среза b называется наикратчайшее расстояние меж¬
обрабатываемой и обработанной поверхностями, измеренное

поверхности резания. Толщиной среза а называется наикрат¬
чайшее расстояние между двумя последовательными положе¬
ниями поверхности резания за один оборот обрабатываемой де¬
тали. Из

фиг. 147,
т

а видно,

ф

что а

=

s

sin

ш
т

и

b

=
sin

90° sin ф= 1, и
подачи, а ширина среза

При

=

тогда

толшина

ф

среза равна

вели¬

глубине резания (фиг. 147, б).
Номинальной площадью среза f является произведение глу¬

чине

бины резания

щину,

т. е.

/

=

величину подачи
t s
а- Ъ мм2.

или

на

ширины среза

на его тол¬

=

Фиг. 147. Поперечные

сечения

срезов.

У фасонного резца (фиг. 147, в) каждая точка лезвия имеет
угол ф (ф7, ф", ф"') и, следовательно, толщина среза а яв¬

свой

в

ляется

этом

случае

величиной

переменной (а', а", а'"),

по¬

этому номинальную площадь среза удобнее определять как
произведение глубины резания на величину подачи, ибо они не
зависят от геометрии резца.
заметить, что вследствие усадки стружки ее тол¬
всегда больше толщины среза. В то же время ширина
стружки мало отличается от ширины среза.

Следует

щина

Инструментальные материалы. К инструментальным мате¬
риалам, используемым в качестве режущего инструмента при
механической обработке, предъявляются следующие основные

требования:
По

твердость, красностойкость, прочность, износостой¬

соображениям желательно, чтобы ин¬
струментальные материалы были дешевы и не являлись дефи¬
цитными.
кость.

Для
ванные

£34

экономическим

изготовления режущих инструментов применяют легиро¬
стали,

быстрорежущие

стали,

твердые

сплавы,

сверх-

прочную керамику и алмазы К Каждый из
лучшим образом отвечает тем или иным
глядно

видно

из

табл.

этих

материалов

требованиям,

наи¬

что

на¬

7.

Таблица 7
Распределение

мест для

инструментальных материалов

Место

По твердости и
красностойкости

По прочности и ударно#
вязкости

По наименьшей
стоимости

1

Алмазы

Быстрорежущие

Минералокерамика

стали

2

Минералокерамика
Твердые сплавы

3

Легированные

стали

Легированные

Алмазы

стали

Быстрорежущие
стали

Твердые

Быстрорежущие

4

сплавы

Твердые

сплавы

стали

Легированные

5

стали

Минералокерамика

Алмазы

Алмазный инструмент обеспечивает наибольшие скорости ре¬
зания порядка 2000 3000 м/мин. Однако он очень дорогой и не

выдерживает
тонкие

значительных

отделочные

нагрузок. Область

его

применения

операции.

Минералокерамика допускает высокие скорости резания до
300 400 м/мин, весьма дешевая, но недостаточно прочна и со¬
вершенно не выдерживает ударных нагрузок. Используется
только для получистовых и чистовых операций при безударных
нагрузках. В настоящее время ученые работают над созданием
прочных керамических материалов, что намного
рит область их применения для резания металлов.

более

расши¬

Твердые сплавы занимают среднее положение по стоимости,
прочности и красностойкости и являются в настоящее время ос¬
новным инструментальным материалом. Твердосплавный инст¬
румент обеспечивает скорости резания до 200 300 м/мин.
Быстрорежущие стали также имеют очень широкое распро¬
странение. Они весьма прочны. Хорошо выдерживают тяжелые
и ударные нагрузки, но не обеспечивают достаточно высоких
скоростей резания не более 80 100 м/мин.
Легированные инструментальные стали, обладающие высо¬
кой прочностью и износостойкостью, но недостаточной красно¬
стойкостью, используются для изготовления инструментов, ра¬

ботающих сравнительно с небольшими скоростями резания:
жовок, протяжек, машинных метчиков, долбяков и т. п.

1

Подробно об

этих

материалах

см.

на

но¬

стр. 113.
335

§

90. Влияние различных факторов

на

процесс резания

Силы резания. Для отделения стружки

режущий инструмент

ве¬
преодолеть силы сопротивления металла резанию,
личина которых зависит от величины усилий, возникающих при

должен

деформировании
трения стружки

и

о

срезаемого слоя, и величины сил
и обрабатываемой де¬
поверхность
переднюю
отделении

тали о заднюю поверхность режущего инструмента.

сопротивления принято назы¬
сопротивления резанию или, сокращенно, силой реза¬

Равнодействующую
вать силой

всех

сил

ния.

Величина
пример,

с

резания зависит от многих факторов.
увеличением твердости, прочности и вязкости
силы

Так, на¬
обраба¬

тываемого материала воз¬
растают и силы резания.
Сила

изменяется

резания

пропорционально глубине
резания. Изменение пода¬
также

чи

менению

Однако

приводит к из¬
силы
резания.

случае си¬
резания увеличивается
или уменьшается в мень¬
шей степени (для стали
в этом

ла

и

чугуна

чем

в

степени

величина

щественное

0,75),
Су¬

подачи.

влияние

на

силы

Фиг. 148. Составляющие
угла резания б на

силы

резания
величину
оказывает изменение угла
резания 6. С увеличением

Г сила резания увеличивается в среднем на

1 2%. Увеличение углов
шению силы

резания.

резания. В

в плане

основном

приводит

к

небольшому умень¬

изменение

углов в плане ска¬
зывается
изменении
на
направления действия силы резания.
В зависимости от типа применяемых смазочно-охлаждающих
жидкостей сила резания уменьшается от 3 до 25% по сравне¬
нию с работой всухую.
Знание сил резания необходимо для производства расчетов
на жесткость и прочность инструментов, приспособлений и стан¬
ков, а также для определения потребляемой мощности на реза¬
ние.

Для облегчения расчетов

и для удобства экспериментального
резания последнюю принято (для случая то¬
карной обработки) раскладывать на три составляющих силы
тангенциальная сила резания
(фиг. 148), одна из которых
осе¬
Рг
действует в направлении скорости резания, другая
вая сила Рх
в направлении движения подачи и третья
ра-

определения

силы

328
стр
К

плоскти.
Исходные
142.

Фиг.

диальная

сила

Pv

перпендикулярно первым двум

составляю¬

щим.
Основной

составляющей

сила

является

Р2, которая опреде¬

расход мощности на резание и величину крутящего момен¬
на шпинделе. Величина силы резания Рг определяется по

ляет
та

формуле
P,

Ср

где

хр

и

коэффициент,
характеризующий
условия работы;

При работе резцом
установлено, что Рх

Полная

степени

показатели

ур

резания и
При обработке стали
но

Cp-txp-syp,

=

сила

с
=

величине

соответственно

при

глубине

подачи.

1
чугуна хр
в
плане
углом
<р
и

=

(0,2

определенные

0,3)Р2,

а

и ур
=

Р

=

0,75.

45° эксперименталь¬
=

(0,4

резания может быть определена

-s-

по

0,5) Рг.
формуле

р=Ур1+р%+Щ.
резания. Скоростью резания называется линейная
скорость перемещения точки поверхности резания относительно
главного лезвия инструмента. Строго говоря, эта скорость зави¬
сит от скорости движения резания и скорости движения подачи.
Для подавляющего большинства случаев механической обработ¬
ки скорость движения подачи несоизмеримо меньше скорости
движения резания и поэтому практически при определении ско¬
рости резания движение подачи не учитывается.
Если движением резания является вращательное движение,
то для точек поверхности резания, находящихся на различных

Скорость

расстояних от оси вращения, скорости резания также различны.
Чем выше скорость резания, тем больше выделяется тепла в
единицу времени и тем быстрее изнашивается лезвие инстру¬
мента. В каком бы месте лезвие инструмента ни затупилось,
приходится производить заточку всей режущей части инстру¬
мента, поэтому все расчеты надо вести исходя из максимально¬
го значения скорости резания для данного случая обработки.

Окончательно можно сформулировать, что под расчетной
скоростью резания понимается максимальная скорость переме¬
щения точки поверхности резания относительно главного лезвия
без учета движения подачи.

Для

вращательным движением резания скорость
резания определяется по формуле
станков

с

ti

D

п

,

У==-КЮ(Г м1мин<
где D
п

максимальный диаметр поверхности резания;
число оборотов в минуту,

337

Из фиг. 149 видно, что при обточке максимальный диаметр
поверхности резания D соответствует диаметру обрабатываемой
диамет¬
поверхности, при расточке, сверлении и зенкеровании
ру обработанной поверхности, при цилиндрическом фрезерова¬
нии
и
максимальному диаметру инструмента
шлифовании
и т. д. Особым случаем является подрезание торцовых поверх¬
ностей, когда максимальный диаметр поверхности резания и
соответственно скорость резания непрерывно изменяются. В этом

Фиг. 149. Максимальный диаметр поверхности резания: а
при обта¬
чивании; б
при растачивании; г
при сверле¬
при подрезании; в
нии; д
при зенкеровании; ж
при цековании;
при зенковании; е
з
при цилиндрическом фрезерова¬
при торцовом фрезеровании; и
нии; к
при плоском шлифовании; л
при фасонном шлифовании.

случае за расчетную скорость резания условно принимают мак¬
скорость резания, которая возникает при подреза¬

симальную
нии торца.

Для

станков

с

прямолинейным возвратно-поступательным
формуле

движением резания скорость резания определяется по
V~

1000(*+
L

где

Пдв ход

k

длина хода
число

?f

м1мин>

рабочего органа

двойных

станка

в

мм;

ходов в минуту;

коэффициент, показывающий отношение скорости
хода к скорости рабочего хода.
большей скоростью удается работать на станке, тем
холостого

Чем с
меньше

т

время обработки деталей и, соответственно,

выше

про-

изводительность труда. Однако для каждого случая
в

обработки

от

различных факторов имеется своя оптималь¬
ная (наивыгоднейшая)
скорость резания, превышение которой
не только не увеличивает производительность труда, а наобо¬
рот, приводит к снижению производительности. Значение опти¬
мальной скорости резания зависит от многих факторов. Чем
более твердый и красностойкий материал применяется для ре¬
жущей части инструмента, тем выше может быть выбрана опти¬
мальная скорость резания. Так, например, твердосплавный ин¬
струмент при прочих равных условиях позволяет работать со
скоростью резания в 5 6 раз более высокой, чем инструмент
из быстрорежущей стали. Большое влияние на величину опти¬
мальной скорости резания оказывает выбор
периода стойко¬
зависимости

(времени

сти

от

работы

начала

до

затупления) режущего

ин¬

струмента. Чем сложнее заточка инструмента и его установка
и выверка на станке, тем больший период стойкости приходится
выбирать. Например, для токарного резца принимают период
стойкости 50 90 мин, а для фрезы сложной конфигурации
300 мин и более. Чем больший должен быть период стойкости
инструмента, тем ниже устанавливается скорость резания.
Величина оптимальной скорости резания тем ниже, чем проч¬
нее и тверже обрабатываемый материал. Существенное влия¬
ние на выбор' оптимальной скорости резания оказывает также
геометрия режущего инструмента, величина глубины резания и
подачи, применение смазочно-охлаждающих жидкостей и т. п.
Зависимость оптимальной скорости резания von от глубины t и
подачи

s

выражается

формулой
X

V

!

Г* .S'*
где
от

Cv
коэффициент, a xv и yv
обрабатываемого материала

показатели степени, зависящие
и

других условий обработки.
Мощность резания. Зная скорость резания и силу резания

достаточной

для

практики

Nay затрачиваемую

на

резание,
\т

эффективную

точностью,

=
а

можно

Pz*v

60^702

определить

по

с

мощность

формуле

КШ

того чтобы узнать, какая мощность
(Nd) затрачивается
электродвигателем для осуществления процесса резания, надо
учесть коэффициент полезного действия станка цст:

Для

»т

N*

Na

*

д

Если

Nd

меньше

или

тродвигателя станка,

то

Чст

равна номинальной мощности N

обрабатывать

элек¬

детали на данном станке
339

при выбранных режимах можно. Если Ne > N, то надо выбрать
другой более мощный станок или изменить режимы резания»
уменьшив скорость резания

или

величину подачи.
Таблица 8

Режимы резания

для наружного продольного точения

(Горячекатаные конструкционные углеродистые и легированные
75 кГ/мм2; резцы Т15К6)
ав

стали,

=

Подача 5 в мм/об

Глубина

Режим

резания
в мм

резания
0,1

0,15

0,2

0,26

0,3

0,4

1,0

Von
РZ
",

270 247 234 223 216
34
46
58
78
67
1,5 1,9 2,2 2,4
2,8

1,5

Von
Pz

248 231 216 206 200 180
85 100
51
68
117
143
2>1
2,6 3,1
4,3
3,9
3,4

2,0

®ОЛ
Р*
**»

8,0

von
Pz
K,

0,7

1,0

1,4

220 207 198 191
158 149
171
95 114 133
228 259
157
191
3,3 3,9 4,4
4,9
5,4
6,0
6,4
138 132
192 183 177
159 146
117
172 200 235 286 340 388 438 572
9,6 11,1
7,5
8,9
6,9
8,2
5,5 6,0
169 152
176
132 125 112
99
141
266 313 382 455 518 585 763 981
9,6 10,6 11,3 12,1 14,0 15,8
7,7
8,8

von
Pz

4,0

0,6

0,5

.

141
572

Von
Pz

6,0

13,3

N*.

134
763

Von
Pz

8,0

X*.
von
ния в

16,9

скорость

кГ; N3

резания

эффективная

130
681

121
778

14,6

123
910

115
876

103
1145
16,7 19,6

15,5

99
1530

88
1970

21,5

25,0

28,0

тангенциальное
м/мин\ Рг
мощность в квт.

в

22,0

111
1170

117
1037

18,5 20,0

91
1476

усилие

реза-

Выбор режимов резания. Определение силы резания, опти¬
мальной скорости резания и эффективной мощности, затрачивае¬
мой на резание, по приведенным
мени

340

и

относительно

сложно.

формулам
Поэтому эти

занимает много вре¬

величины

практиче-

ски

по

определяются

таблицам, приведенным

в

специальных

справочниках для различных методов обработки металлов реза¬
нием. В табл. 8 приводятся данные для определения режимов
резания при продольном обтачивании деталей из стали с преде¬
лом прочности ов
75 кГ/мм2 резцом с пластинкой твердого
=

Т15К6.
Выбор режимов резания производят

сплава

ности:

сначала

ботку,

а

в

также

инструменты

зависимости

прочности

и

детали

и

от

в

такой последователь¬

величины

жесткости

глубиной

задаются

обра¬
приспособления,

припуска

станка,

на

резания t. Затем,

в

заданной чистотой обработанной поЁерхностй* по
соответствующим таблицам выбирают величину подачи 5. Да¬
соответствии с

в справочнике таблицу, наиболее подходящую для
заданного случая резания, и для полученных значений t и s
определяют Р& von и N9.
4 мм и 5
0,3 мм/об из табл. 8 имеем:
Например, для t
313 кг, von
169 м/мин и N3
8,8 кет.
Pz
Если таблица не полностью соответствует заданным усло¬
лее находят

=

виям

=

=

=

=

резания,

вочные

то

полученные результаты умножают на попра¬
которые приводятся в этих же справоч¬

коэффициенты,

никах.

Время обработки. Производительность труда
жущих

станках

определяется

количеством

на

деталей,

металлоре¬
изготовляе¬

мых в течение смены, или, иначе говоря, штучным временем, т. е.
временем, затрачиваемым на обработку одной детали. Штучное
время Тштп определяется по формуле:

Т шт
где Т0

==

То -\-Тв-\-Тобсл~\-Тп

основное технологическое

мин,

(машинное)

вспомогательное время в мин;
Тв
Тобсл
время обслуживания рабочего
Тп
время перерывов, расходуемое
венные надобности, в мин.

места
на

время
в

в мин\

мин;

отдых

и

естест¬

Машинным (основным) временем Т0 называется время, не¬
посредственно затрачиваемое на процесс резания. Это время
прямо пропорционально расчетной длине пути L перемещения
инструмента и количеству проходов i и обратно пропорциональ¬
но величине подачи s и

числу

оборотов

п в

минуту:

Расчетная длина пути L складывается из длины обработки
участка детали, пути врезания инструмента и величины подхода
и перебега инструмента. Путь подхода необходим для предохра¬
нения от повреждения режущего лезвия инструмента; в зависи¬
мости от размеров деталей его принимают равным 1 3 мм.

В

таких же

пределах выбирают

и

путь

перебега, необходимого
341

образующегося

для снятия заусенца,

в конце обработки детали.
в
зависит
основном
от геометрии ре¬
пути врезания
жущего инструмента и глубины резания.

Величина

Количество проходов будет тем меньше, чем больше глубина
резания и меньше припуск на обработку.
Величина подачи s при черновых операциях ограничивается
мощностью
станок

и

прочностью станка,

приспособление

а

также

жесткостью

системы

инструмент. При чистовых
обычно ограничивается требования¬
поверхности. Однако, используя ре¬

деталь

операциях величина подачи

ми к чистоте обработанной
жущий инструмент со вспомогательным углом в плане q>i
удается и при очень крупных подачах (до 5 мм/об) получить

=

О,

чи¬

стоту поверхности порядка 6-го класса и даже выше.
Число оборотов п зависит от оптимальной скорости резания
von, максимального диаметра D поверхности резания и может
быть определено по формуле
п

=

об/минх.

Вспомогательное время Тв расходуется на управление стан¬
установку, выверку, закрепление и снятие деталей и режу¬
щего инструмента, на холостые перемещения рабочих органов
станка и на промеры деталей в процессе обработки. Сокраще¬
ние вспомогательного времени может быть достигнуто за счет
автоматизации станка, применения быстродействующих и мно¬
кам,

гоместных
зиционных

ции
ных

приспособлений, быстросменных многопо¬
резцедержателей и револьверных головок, механиза¬

зажимных

холостых

ходов,

а

автоматических

также за
отсчетных

счет

использования

устройств.

специаль¬

Вспомогательное
практически для

время не поддается теоретическому расчету и
каждого случая обработки определяется по таблицам, состав¬
ленным на основе опытных данных. Точно также по таблицам

определяется время

на

на отдых и естественные

обслуживание рабочего

места

и

время

надобности рабочих.

1
В расчетную формулу подставляют ближайшее меньшее число оборо¬
тов из имеющихся на данном станке.

ГЛАВА XVIII

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
И ИХ ТИПОВЫХ МЕХАНИЗМОВ

Металлорежущие станки выпускаются различных
разнообразных конструкций. Уже в настоящее время
ном
ков,

типов
в

и

серий¬

производстве выпускается более 1000 типоразмеров стан¬
а в ближайшем будущем их будет значительно больше.

Для удобства

ознакомления

со

станками

составлена

классифи¬

большое количество типоразмеров станков,
механизмы, из которых они состоят, имеют много общего и
сходного, что существенно облегчает задачу изучения этого вида
кация.

Несмотря

на

оборудования.
§ 91. Классификация
Классификация. В

и

нумерация металлорежущих

соответствии

с

станков

принятой классификацией

металлорежущие станки разделяются в зависимости от харак¬
тера выполняемых работ и типа применяемых режущих инстру¬
ментов на 11 групп.
1 .Группа токарных станков. Объединяющим признаком
станков

данной

движения

группы

группы

резания

является

вращения

предназначаются

для

использование

в

качестве

Станки

заготовки.

токарной
обработки поверхностей враще¬

ния.

2.
же

Группа

расточные

сверлильных станков. Эта группа охватывает
станки.

так¬

Объединяющим признаком группы свер¬

станков служит их назначение
обработка круглых
отверстий. Движением резания является вращение инструмента,
который обычно получает также и движение подачи. В горизон¬

лильных

тальнорасточных

станках

ляться также за счет

3.

движение подачи
перемещения изделия.

Группа шлифовальных

станков.

4.

абразивных шлифовальных кругов.
Группа *полировальных и доводочных

няется

по

признаку

использования

осуществ¬

Данная группа объеди¬

няется по признаку использования в качестве
мента

может

в

режущего инстру¬
станков.

качестве

Объеди¬
режущего
'343

инструмента абразивных брусков, абразивных лент, порошков и
паст. Станки предназначаются для отделочных работ.

5. Группа зубообрабатывающих
все

дят

станки,

служат

которые

шлифовальные.
6. Группа фрезерных

станков.

для

В

эту

группу

обработки зубьев

вхо¬

колес,

включая

Объединяет

станков.

все

станки,

ис¬

пользующие в качестве режущего инструмента многолезвийные
инструменты
фрезы.
7. Группа строгальных станков. Общим признаком станков

данной группы

использование

является

в

качестве

движения

резания прямолинейного возвратно-поступательного движения
резца или изделия.
8. Группа разрезных станков. Включает в себя все типы стан¬
предназначенных для разрезки и распиловки катаных мате¬
риалов (прутков, уголков, швеллеров и т. п.).
9. Группа протяжных станков. Имеет один общий признак:

ков,

использование

в

качестве

инструмента

режущего

специальных

многолезвийных инструментов
протяжек.
10. Группа резьбообрабатывающих станков. Объединяет
станки,

кроме

циально для

11.

станков

токарной группы, предназначенные
резьбы.

все
спе¬

изготовления

Группа

разных и вспомогательных станков. Объединяет
которые не относятся ни к одной из перечисленных
выше групп, но используются в механических цехах (например,
правильные, пилонасекательные и др.).
Группы станков подразделяются на типы и последние в свою
на типоразмеры. Подразделение станков на типы
очереди
про¬
изводится по различным признакам, основными из которых яв¬
все станки,

ляются:

а) технологическое назначение станка (круглошлифоваль¬
ный, внутришлифовальный, плоскошлифовальный);
б) расположение главных рабочих органоз в пространстве
(горизонтальнофрезерные, вертикальнофрезерные, продольно¬
фрезерные);
в) количество главных рабочих органов станка (одношпин¬
двустоечные);
г) степень автоматизации (обычные, полуавтоматы, авто¬
маты);
д) по конструктивным особенностям (консольнофрезерные,
бесконсольнофрезерные, радиальносверлильные и т. д.).
Кроме того, металлорежущие станки классифицируются по

дельные, многошпиндельные, одностоечные,

степени

тяжелые

точности,

ные),
344

на

специализации

ные и специальные; по

и

весу

уникальные;

повышенной

по

и

универсальные, специализирован¬
на обычные, крупные,
размерам
точности

точности

и

на

станки

прецизионные

нормальной

(высокоточ¬

Нумерация. В СССР принята единая система условных обо¬
значений станков, основанная на присвоении каждой модели
станка шифра (номера). Нумерация металлорежущих станков,
разработанная Экспериментальным научно-исследовательским
институтом металлорежущих станков (ЭНИМС), построена на

десятичной системе.
Все станки делятся на 10 групп, каждая группа подразде¬
ляется на 10 типов и каждый тип
на 10 типоразмеров. Как
видно из табл. 9, объединение станков по группам при нумера¬
ции несколько иное, чем при классификации. Номер, присваи¬
ваемый каждой модели станка, может состоять из трех или че¬
тырех цифр и букв. Причем буквы могут стоять после первой
цифры или в конце номера, например: 612, 1616, 6Н82, 2620,
6Н12ПБ. Первая цифра номера показывает группу, к которой

данный станок. Вторая цифра указывает на тип стан¬
данной группе. Третья или третья и четвертая цифры сов¬

относится
ка

в

местно

условный размер станка. Так, например, для
цифры показывают высоту центров в сан¬
дециметрах (1620, 1616, 1670); для токарно-ре-

указывают

токарных станков эти

тиметрах

или

рабатываемых прутков
сверлильных

верстия

в

фрезерных
ла, цифра

максимальный диаметр об¬
миллиметрах (1336, 1125, 1265); для
максимальный диаметр сверления от¬

автоматов

станков и

вольверных

станков

в

(2А125, 2А135, 2150). Для консольно¬
цифра условно показывает размер сто¬
соответствует размерам стола 200 X 800 мм, циф¬

мягкой стали
станков эта

0
размерам стола 250 X 1000 мм и т. д.
Для того чтобы отличить конструктивное исполнение стан¬
ков одного и того же размера, но с различной технической ха¬
рактеристикой, между первой и второй цифрами вводится буква.

ра 1

Например,
токарными

все
с

станки

моделей 162, 1А62, 1Б62, 1К62 являются
равной 200 мм. Однако модель

высотой центров,

162 имеет максимальное число оборотов в минуту 600, модель
1А62 1200, 1Б62 1500 и современная модель 1К62 2000 обо¬
ротов в минуту.
Буквы, расположенные в конце номера, означают выпуск
станков различных модификаций одной и той же базовой мо¬
дели.

Так, например, горизонтальнофрезерный

6Н82Г представляет собой упрощенный

тип

станок

модели

базового

универ¬

сальнофрезерного станка модели 6Н82, или копировально-фре¬
зерный станок модели 6Н12К представляет собой модификацию
базового вертикальнофрезерного

станка
модели 6Н12 и т. д.
В некоторых случаях четвертая цифра также означает выпуск
станка прежнего типоразмера, но новой конструкции. Напри¬
мер, модель 262 представляет собой горизонтальнорасточный
станок
второго размера. Аналогичный по размерам совре¬
менный расточный станок новой конструкции обозначается
2620.

345

Группы

и

типы

метал

Шифр
Наименование
группы станков

Шифр
группы
1

0

3

2

О1

Токарные

1

Автоматы и полуавтоматы
специали¬
зированные

Сверлильные
и

Вертикаль¬
носверлиль¬
ные

расточные

Шлифовальные
и

2

4

Зубо- и резьбо¬
обрабатывающие

5

Строгальные,
долбежные и

7

1

346

Нулевая rpyiзпа

шли¬

Резьбо¬

Зубостро¬

Зуборезные

Зубофре¬

гальные

для кони¬
ческих ко¬

Вертикаль¬
ные, кон¬
сольные

зерные

лес

Непрерыв¬
ного дей¬
ствия

Продольные
одностоеч¬

двухстоеч¬

ные

ные

8

Поперечнострогальные

Разрезные, работающие

9

станков

ные

нарезные

резцом

абразивным
кругом

гладким
диском

Опиловочные

Пилонасекательные

Правильно-

-

Разные

Обдироч¬
фовальные

протяжные

Разрезные

многошпин¬
дельные

ные

дрических
колес

6

одношпин¬
дельные

ные

для цилин¬

Фрезерные

верные

Полуавтоматы

ВнутриКруглошлифоваль¬ шлифоваль-

3

доводочные

Комбинированные

одношпин¬
дельные

Револь¬

многошпин¬
дельные

является резерв

ной

и

пока

наи*(енования

не

и бесцен¬
тровообди¬
рочные

им еет.

Таблица 9
лорежущих

станков

типа

4

5

Сверлильно¬

Карусель¬

отрезные

ные

6

7

8

9

Токарные
лобовые

Многорез¬

Специали¬
зирован¬

токарные

и

цовые

Разные

ные

Координатно¬
расточные

Радиально¬
сверлиль¬

Горизон¬
тальнорас¬

ные

точные

Заточные

Специали¬
зированные
шлифоваль¬

Алмазно¬
расточные

Плоскошли¬
фовальные

Г оризонтальносвер-

сверлиль¬

лильные

ные

Притироч¬

Разные,
работающие
абразивами

ные

и

поли¬

ровочные

Разные

ные

Для нарезания
червячных пар

Для обра¬
ботки тор¬
цов

Резьбофре¬
зерные

зубьев

Зубоотде¬
лочные

и

провероч¬
ные

Зубо- и
резьбо¬
шлифоваль¬
ные

Разные
зубо-

и

резьбооб¬
рабатываю¬
щие

Копироваль¬
ные

и

грави¬

ровальные

Долбежные

Вертикаль¬
бесконсольные

ные

Консоль¬
ные, широ¬
коунивер¬
сальные

Протяжные
горизон¬

Протяжные
вертикаль¬

тальные

ные

Горизон¬
тальные
консольные

Разные
фрезерные

Разные
строгальные

Пилы

Правильноот¬
резные
ленточные

Балансировоч¬ Для
ные

Продоль¬
ные

ния

дисковые

испыта¬
сверл

и

шлифоваль¬
ных

ножовочные

Делитель¬
ные ма¬
шины

кругов

347

§ 92. Движения

в

металлорежущих

станках

Для обработки изделий рабочим органам металлорежущих
станков

сложный

необходимо сообщить определенный,
комплекс движений. Все движения

иногда

довольно

могут быть под¬
разделены на три группы: основные, вспомогательные и взаимо¬
связанные.
Основные движения.

К

основным

отнесены

те

движения,

ко¬

торые осуществляют процесс непрерывного снятия стружки

обрабатываемой

с

детали. Основные движения делятся на движе¬

ния резания и движения подачи.

обеспечивает процесс

Движение резания непосредственно
снятия слоя металла в виде стружки. Это
стве случаев
сообщается инструменту

движение

в

большин¬

(сверлильные, фрезер¬

шлифовальные
(токарные и

другие станки), в некоторых случаях из¬
продольнострогальные станки), а иногда
изделию и инструменту
одновременно (станки для глубокого
сверления). Движение резания всегда осуществляется от сило¬
вого привода.
Движение подачи обеспечивает непрерывность процесса сня¬
тия стружки. Движение подачи также может сообщаться инст¬
рументу, изделию или тому и другому одновременно. У совре¬
менных станков в подавляющем большинстве случаев движения
подач также осуществляются принудительно от механического
ные,

и

делию

гидравлического привода. Ручные перемещения рабочих ор¬
иногда используются при обработке деталей как движе¬
ние подачи, однако, поскольку эти движения в основном предна¬
значены для установочных перемещений режущего инструмента
или заготовки, они условно отнесены к группе вспомогательных
движений.
Вспомогательные движения. Эта группа движений весьма
обширна. В нее входят все виды движений, которые непосред¬
или

ганов

ственно

не

в

участвуют

подготовки

станка

к

станка, автоматизации

но

процессе резания,

работу,

обработки деталей

Движения для настройки

необходимы

рабочими

управления
и

т.

для

органами

п.

заданные режимы реза¬
ния в большинстве случаев осуществляются от руки; однако у
ряда современных станков, например, у токарно-винторезного
станка

модели

деля имеется

1К620

для

станка на

изменения скорости вращения шпин¬

механизированный

Движения для наладки

привод.

станка

в

соответствии

с

размерами

конфигурацией обрабатываемой детали включают установоч¬
ные и быстрые перемещения, а также повороты рабочих орга¬
и

нов станков.

Движения управления

станком в

процессе

работы необходимы

для включения, выключения и реверсирования приводов движе¬
ния резания и подачи, для управления приводами взаимосвя348

движений

занных

и

управления

для

вспомогательными

приво¬

дами станка.
В ряде станков имеются встроенные приводы,
щие движения соответствующих
органов

рабочих

зажима

пруткового материала
Движения для закрепления

обеспечиваю¬

для подачи

и

штучных заготовок.
освобождения рабочих органов

или
и

станка могут осуществляться как от руки, так и от механизиро¬
ванных или
приводов.

гидрофицированных

вспомогательных движений относятся
движения, обеспечивающие принудительную смазку узлов стан¬

К последней группе

подачу охлаждающей жидкости

в зону резания, отвод струж¬
Эти виды движений имеют механизированные приводы.
Взаимосвязанные движения. В некоторых случаях механиче¬
ской обработки получение заданной формы и конфигурации по¬

ка,

ки

и т. д.

верхностей

детали достигается введением дополнительных дви¬

жений,

имеющих определенную строгую кинематическую связь
с основными движениями станка
движением резания и дви¬

жением подачи. Эти движения

общем случае

требуют

особой

настройки

и

по¬

следует называть взаимосвязанными.
этому
В зависимости от характера и назначения взаимосвязанные дви¬
жения могут быть подразделены на пять типов.
Движение обкатки используется в специализированных стан¬
в

их

ках для нарезания всех видов зубчатых колес, червяков, шли¬
цевых валов и других аналогичных изделий. Движение обкатки

иногда имеет кинематическую связь только с движением

реза¬

(нарезание прямозубых цилиндрических колес на зубофре¬
зерном станке), иногда только с движением подачи (нарезание
прямозубых колес на зубодолбежном станке), а в отдельных
случаях (нарезание косозубых колес на зубофрезерном стан¬
и с движением резания и с движением подачи.
ке)
ния

Движение образования винтовой поверхности применяется
при нарезании резьбы резцом на токарно-винторезных станках

фрезеровании резьбы и спиральных канавок на резьбо¬
фрезерных или универсальнофрезерных станках. При нареза¬
нии резьбы резцом на токарном станке движение образования
и

при

винтовой

резания,

а

поверхности кинематически
при фрезеровании резьбы

с

связано
с

движением

круговой подачей

из¬

делия.

Движение образования архимедовой спирали необходимо при
нарезании торцовых резьб на токарных станках. Оно связано с
резания.
Движение образования

движением

при обработке конусов
1К620

и для

всех видов

на

сложных

поверхностей используется

токарных станках
копировальных работ.

моделей

Движение деления может иметь особую связь
движениями, обеспечивая делительные повороты

с

163

и

основными

заготовки

на
349

необходимый угол

в

определенные периоды работы станка. В

не¬

которых случаях движение деления имеет связь не с основными,
а со вспомогательными движениями.

Виды движений. В металлорежущих станках,
типах

ное.

основным

машин,

видом

движения

Довольно широко используется

в других
вращатель¬

как и

является

в станках

и

прямолинейное

поступательное движение; в отдельных типах станков приме¬
няется прерывистое движение.
Вращательное движение используется главным образом в
резания (токарные, сверлильные,
другие станки) и значительно реже

качестве движения

шлифовальные
движения

также

и

подачи

фрезерные,
в

качестве

(шлифовальные станки). Движение

обкатки

случаев бывает вращательным.

в большинстве

Прямолинейное поступательное движение

в

качестве

дви¬

строгальной
резания применяется
группы, протяжных, зубодолбежных, зубострогальных, ножовоч¬
ных и некоторых других типах станков. В качестве движения
подачи в металлорежущих станках в подавляющем большин¬
стве случаев используется прямолинейное поступательное дви¬
жение

рабочих

на

только

жения

инструмента

органов

или

детали.

также

в

станках

Вспомогательное

основном

является

движение

прямолиней¬

ным.

Прерывистое
стве движения

движение

подачи

на

(периодическое)

применяют в каче¬
группы, для по¬
шпиндельных блоков в станках

станках

строгальной

ворота револьверных головок и
токарной группы и в некоторых других случаях.
Изменение скорости движения. Как уже указывалось выше,
для заданного максимального диаметра поверхности резания
D и выбранной оптимальной скорости резания von необходимое
число оборотов шпинделя пш может быть определено по фор¬
муле
ш

Ю00 von
7с
D

в

Для универсальных токарных станков диаметры поверхно¬
стей резания могут колебаться в широких пределах. Так, напри¬
мер, для токарных станков с высотой центров 200 мм диаметр
обрабатываемых в центрах деталей практически может нахо¬
до
диться в пределах от 40 до 240 мм, а при работе в патроне
400 мм.

Как уже

рость резания

известно из

предыдущего, наизыгоднейшая

также не остается

постоянной

и

изменяется

ско¬

в

за¬

ряда факторов в весьма широких пределах. На¬
пример, при нарезании резьбы резцом из быстрорежущей стали
рекомендуемая скорость резания составляет всего 8 10 м/мин.
В то же время для чистовой обточки стали резцами, оснащен¬
ными пластинками твердого сплава Т30К4, оптимальная сковисимости

350

от

рость резания достигает 300 400 м/мин. Следовательно, при
обработке поверхностей малых диаметров на высоких скоростях

потребуются

высокие

числа

1000 -»т«

оборотов
1000

.

шпинделя

300

_

°б/ЖМ«*

ra"iax=-.Dmin =1ЩТ40-~2500

а при обработке больших
диаметров на малых скоростях
оборотов шпинделя должно быть небольшим

10°°
"Ш П_

число

1000-9
=

=

*-£>тах

3,14

.

240

12

об1мин-

Само собой разумеется, что в работе могут встретиться и
любые другие
условия и, следовательно, не¬
промежуточные
обходимо обеспечить возможность изменения чисел оборотов
шпинделя.
Отношение

числа
верхнего
предела
оборотов шпинделя
Лтах к нижнему пределу Пт\п называется диапазоном регулиро¬
вания R

nmax
nmin

*

Для универсальных

станков диапазон регулирования R нахо¬
5 30 и для узко¬
пределах 30 200, для специальных
специальных 1 5.
Наиболее целесообразно обеспечить плавное бесступенчатое
изменение скорости с тем, чтобы иметь возможность работы с
любым числом оборотов шпинделя. Однако в силу ряда обстоя¬
тельств, приведенных ниже, большинство станков имеет ступен¬
дится в

чатое изменение

В

этом

скорости.
случае возникает необходимость решения задачи

о

наивыгоднейшем расположении ступеней чисел оборотов шпин¬
деля. Эту задачу впервые в 1876 г. блестяще решил русский уче¬
ный академик А., В. Гадолин. Он обосновал целесообразность

геометрической структуры рядов

чисел

оборотов

и

подач,

исхо¬

относительной потери скорости на
всем диапазоне регулирования.
Благодаря экономическим и конструктивным преимуществам
геометрический ряд является почти единственным, который ис¬
пользуется в приводах современных станков.
В СССР применяются семь стандартных знаменателей рядов
из

дя

чисел

условий

оборотов

2.
Числа

1,78

постоянства

и

величин

подач:

1,06 1,12 1,26 1,41

1,58

и

оборотов

и

величины

подач

также

стандартизованы

(табл. 10).
351

Таблица 10
Нормальные

оборотов

числа

и

величин

подач

105

112

118

125

132

140

150

160

170

180

190

200

210

225

235

250

265

280

300

315

355

375

400

420

450

475

500

530

560

630

670

710

750'

800

850

900

950

1000

335
ж

600

Эти числа

1000

и т.

могут быть увеличены или уменьшены

в

10, 100,

раз.

д.

§ 93. Приводы

станков

Совокупность устройств для передачи движения от его
к рабочим органам станка называется приводом.
Привод состоит из передач (ременных, цепных, зубчатых, чер¬
вячных, фрикционных, гидравлических и т. п.), валов, опор,
муфт, тормозов и т. д. Приводы бывают весьма сложные и раз¬
ветвленные. Поэтому разобраться в кинематике и устройстве
источника

привода по чертежам весьма трудно. Для облегчения изучения
кинематическая
составляется
кинематики
станков
привода
схема, которая на основе условных обозначений в упрощенном
и развернутом виде показывает расположение и
взаимосвязь
от источников движения до
между всеми элементами привода

рабочих органов
значения

на

станка.

Как

видно из табл.

кинематических

схемах

в

11, условные обо¬
соответствии

с

ГОСТ 3462 52, с одной стороны, своим внешним видом напо¬
минают конструктивные формы элементов и передач, что облег¬
чает их чтение, а с другой стороны, весьма просты в изображе¬
нии, что облегчает их начертание.

Классификация приводов. Существуют трансмиссионные,
групповые и индивидуальные приводы. Трансмиссионные и груп¬
повые приводы вследствие присущих им недостатков в совре¬
менных механических цехах не применяются и рассмотрение их
может представлять только познавательный интерес при изуче¬
нии истории развития привода. В настоящее время для металло¬
режущих станков применяются
дуальные приводы. Последние, в
на два

вида:

случае

все

одного

щается

однодвигательный

рабочие органы

и

почти
свою

исключительно

индиви¬

очередь, подразделяются

многодвигательный. В первом

станка

приводятся в движение от
электродвигателя,
втором случае станок осна¬
несколькими электродвигателями, каждый из которых

приводит

а

в

движение

один

во

или

несколько

рабочих

органов

станка.

Приводы для бесступенчатого изменения скорости. Для до¬
стижения большей производительности станка и удобства его
обслуживания на металлорежущих станках устанавливаются
352

приводы для плавного бесступенчатого изменения скорости. По¬
следние бывают механического, электрического или гидравли¬
типов (табл. 12).
Механические вариаторы. Из многочисленных кон¬
струкций механических вариаторов для бесступенчатого изме¬
ческого

нения

скорости в металлорежущих станках практически приме¬
вариаторы с раздвижными конусами, шарикового типа
тороидные.

няются
и

Вариатор
няют

с

раздвижными конусами (табл. 12,

тип

1)

выпол¬

со

стандартными или специальными клиновыми ремнями,
со специальной цепью или стальным кольцом. Во всех случаях
плавное изменение скорости достигается путем одновременного
раздвигания одной и сближения другой пары конусов. При этом
изменяются

рабочей части ведущего и ведомого шки¬
оборотов ведомого вала.
конструктивной схемы (фиг. 150), вариатор

диаметры

вов и, следовательно,

Как

видно

из

число

заимствует движение от шпинделя станка через цилиндрические
шестерни 8 9. Шестерня 9 закреплена на ведущем валике 10
привода движения подачи. Фрикционный вариатор выполнен в
виде четырех конусов 2, 3, 11 и 12 и стального кольца 4. Ко¬
нусы 2 и И, расположенные по диагонали, жестко закреплены
на валах 6 и 10 и не имеют возможности перемещаться в осе¬
вом направлении. Конусы 3 и 12 смонтированы на шариковых
подшипниках, запрессованных в подвижные стаканы 5 и 13. Оба
стакана имеют пазы: в паз стакана 5 входит выступ поводка 7,
а в паз стакана 12
выступ б поводка 14. При перемещении по¬
водков 7 и 14 вдоль оси конусы 3 yl 12 также перемещаются в
направлении, причем при перемещении поводков вниз
конусы 3 и 2 сближаются, а конусы 11 и 12 расходятся. При
перемещении поводков вверх конусы 3 и 2 расходятся, а кЪнусы
И и 12 сближаются.
При любом положении конусов стальное кольцо 4 всегда на¬

осевом

ходится в контакте с ними, однако с их

место

контакта

даточное

образующих

отношение

Изменение
ляется

на

приводов

передаточного
маховичка

поворотом

перемещением

конусов,

в

и

пределах

1/2

от

отношения

19,

меняется

соответственно

пере¬

ДО 2.

вариатора

осуществ¬

требуемая величина подачи
градуированному лимбу 20, кинематически
а

устанавливается по
связанному с валом маховичка 19 парой зубчатых колес 18 1.
При повороте маховичка 19 через конические шестерни 17 и
зубчатое колесо 16 приводится во вращение шестерня-гайка 15,
которая связана с резьбовым хвостовиком в поводка 14, послед¬
ний при вращении шестерни-гайки перемещается вместе с по¬
водком 7 вдоль своей оси.
В табл. 12, тип 2 показан тороидный вариатор для бессту¬
пенчатого изменения

няемый
12

на

скорости конструкции

токарных

Технология металлов

станках

моделей 1620

Светозарова,
и

приме¬

1М620,
353

И

Таблица

обзначеия
Условные
с

схемах

кинематчсх

схемы

Элемнты

шпон¬

деталей

пло¬ ремн ; рем¬
ремн ;

соедин¬ деталей

нсвобдне; апрвляющейшпонкй; шлицево;глухой выдижной шпонкй; глухое втулке

пердачи: открыая ским перкстная плоским нями цепью: роликвой; шумной
к
л
и
н
о
в
ы
м
Пердачи бзучатой
Ремные

двух

Соедин я валом: б с
а

с

в

2

ние

кой

дс

(бес¬

на

а

е

б

а

в

на

обзначеия обзначеия
Условные

Условные
схемы

лапк х;

Электродвига:

с
к
о
л
ь
ж
е
н
и
я
;
альный; ально-упрый; роликвый альный; ально-упрый; 3182 0
Подшипнк аобще вшарикоый гшариковый дшариковый жроликвый зроликвый
на

Элемнты а на фланцевый;
354

ради¬ ради¬ упор¬ ради¬ ради- сери

валу:об значе¬ уточне¬

встроеный

б в

(без

типа);

ный;

ние ния

Вал

б

е

муфты

хода

элек¬

муфты

оКулачковыесцеплния: днстря;двухсторня Фрикцоныесцеплния: коничесая; колдчная; дисковая; гдисковая, тромагния Муфты: бсводнг Предоханитльы кулачовя;шариковя

коничесй;ленточый;колдчный

обгона;

а*

а б

б

в

а

муфты:

а

Тормза: б в
а

б

I

с

косы¬

(гели¬

двух

зацеплния: сотве н прямыи, шевронымизубьями; коничес ; коидальне); проекциях); речное; храпове

гайка

(в

Зубчатые

цилндрческ

а

и

ми

б

винтое гчервяно

д

е

стан¬

шлифоваьных;ертикальноф¬ горизнтальфе-1

пердач: гайка; шпинделй работ: центровых; патроных; сверлиьных; зерных; зерных
вВинтовая инт; вразъемня Концы б прутковых; д

неразъмя

а б

для а
ков

в

г

е

ж

12

мо¬

вариа¬

кпримен я ординат¬ станк конструк¬

Таблица

Примеры

вращения Диап¬
скорсти

подач

Привод

т
о
к
а
р
н
в
и
е
з
ы
х
норастчг Унифцроваый круглошифваьных токарнго
ВР1

2450
дели

модели
бабки движеня
станк

модели ЭНИМС Привод

тор ции

ков

реза¬ то- стан¬

реза¬ 1620,

изделия стан¬ резания1К620

и

193С

движеня моделй 1П63
Приводы станков 1М620

Привод

ния

и

и

движеня токарнго
Приводы малых моделй
193

карно-евльг

ния ков

зон
.

д.
п.

К.

измен я

беступнчаог

привода
Схема

для

Приводы
ко¬
С

привода
Тип

1.

нусами

Механи¬ ческие

Торо- идный
2.

Шари¬ ковый
3.

реза¬ пазо¬ токар¬1670

движеня тяжелых станков, моделй
подач станков
Приводы фрез ных ных 1680

др.
и

и

ния

ДПТ
4.

Электри¬ ческие

А,

реза¬

и

7231

продльнстгаых

мо¬

реза¬ мо¬
др.
и

вертикаль¬ круглошиф¬

313

изде¬

реза¬ стан¬

3130,

станк станк

круглошифваьных алмзнорстчых

движеня моделй 724М
Приводы станков 7724,142А,

в
р
а
щ
е
н
и
я
д
в
и
ж
е
н
я
м
о
д
е
л
й
тПривод окарнго1П61 Привод 6П12 станков Привод М 582 Привод

ГД

ЭЛИР

ния

5.

движеня

подач

ния

6.

дели

и

нофрез го вальных
дели

лия

Гидравлческий
7.

станков

и

ния ков

вариатора следующий. На валу
ведущий 3 и ведо¬
тороидные шкивы
мый 6, связанные друг с другом сферическими дисками 4. По¬
следние свободно вращаются на поворотных цапфах 5. При ука¬

Принцип работы тороидного

8 свободно

занном

насажены

на схеме положении

Фиг.

150.

сферических

дисков 4 вращение от

Конструктивная схема вариатора с кону¬
сами и стальным кольцом.

ведущего тороидного шкива 3 на ведомый 6 передается с боль¬
шего диаметра D меньшему диаметру d. Ведомый шкив имеет
число оборотов больше, чем ведущий, во столько раз, во сколько
D больше d. При повороте цапф 5 со сферическими дисками 4
в

указанное на схеме штрихами, вращение пере¬
меньшего диаметра
ведущего шкива большему диа¬
метру ведомого шкива и число оборотов последнего становится
меньше числа
шкива.
измеположение,

дается

с

оборотов ведущего

358

Бесступенчатое

скорости вращения ведомого шкива 7 достигается
поворотом цапф 5 со сферическими дисками 4.

нение
ным

Нажим, необходимый
ния между тороидными
дается

двумя

муфта

1

для получения

силы

тре¬

сферическими дисками соз¬
шариковыми муфтами 2 и 9. Полуи

шкивами

встречными

надлежащей

плав¬

связана

с приводным электродвигателем.
Действие шарикового вариатора (табл. 12, тип 3) основано
на принудительном повороте
осей вращения промежуточных
шариков, вследствие чего изменяются радиусы г\ и г2 (фиг. 151)

окружностей

контакта

шариков
привода.

скими чашками

При

наклоне

осей

с

ведущей

промежуточных

и

ведомой

шариков

по

кониче¬

фиг. 151,

а

п2<п\. Фиг. 151, б показывает положе¬
шариков расположены параллельно осям кони¬

и, соответственно,
ние,

когда

ческих

оси

чашек

и

Г\

=

r2,

а п2

=

ri\.

Повышение

числа

оборотов

Фиг. 151. Принцип действия шарикового вариатора.

ведомой конической
ных шариков

Обычные

займут

чашки

произойдет, когда оси
по фиг. 151, в.

промежуточ¬

положение

механические

вариаторы применяются в сочетании
так как приводы металлорежущих

с'переборными устройствами,
станков
требуют большего

диапазона

чем
регулирования,
вариаторов.
Электрические приводы. Из электрических приводов
для бесступенчатого изменения скорости в станкостроении нахо¬
дят применение электродвигатели постоянного тока (ДПТ), си¬
стема
генератор-двигатель (ГД), электронно-ионный привод
(ЭЛИР) и привод с электромашинным усилителем (ЭМУ).
можно

обеспечить

с

помощью

одних

Применение электродвигателя постоянного тока (табл. 12,
4) позволяет в сочетании с шестеренной коробкой скоростей
или переборными устройствами обеспечить широкий диапазон
бесступенчатого изменения скорости. Привод имеет высокий

тип

к. п. д., дешев в изготовлении,

прост в эксплуатации и ремонте и
передавать неограниченные мощности. Однако ввиду
отсутствия на большинстве предприятий источников постоянного
тока, этот вид привода не получил широкого распространения.
Чаще всего его применяют на специализированных тяжелых и
уникальных станках.
359
позволяет

В настоящее время
выпрямители
п. д. После освоения

нашими

пактные
к.

учеными

на

созданы

мощные

полупроводниках

с

ком¬

высоким

нашей промышленностью серийного про¬
выпрямителей электродвигатели постоянного
найдут широкое применение в приводах металлорежущих

таких

изводства
тока

тока

станков.

Пока

что более широкое распространение получил привод по
двигатель (табл. 12, тип 5). В этом случае
генератор
вал асинхронного электродвигателя переменного тока АД со¬
единяют с валом генератора постоянного тока ГПТ, который
питает привод электродвигателя постоянного тока ДПТ, уста¬
новленный на станке. Обмотки возбуждения генератора ГПТ и
электродвигателя ДПТ питаются от отдельного самовозбуждаю-

системе

В, установленного

щегося генератора
двигателем

на

одном

валу с электро¬

АД.

Большой диапазон изменения скорости вращения
ДПТ (ГО 16) объясняется возможностью,

электро¬

с

двигателя

стороны, изменения напряжения тока,

тором ГПТ и,

с

другой,

изменения

вырабатываемого
магнитного

потока

одной

генера¬

возбу¬

ДПТ.

ждения электродвигателя

Система генератор

двигатель не требует пускового рео¬
электродвигателя АД, обеспечивает удобное реверси¬
рование привода и позволяет производить торможение с отдачей

стата для

энергии в сеть.
К числу недостатков
громоздкость,

большую

данного
стоимость

привода
и

следует

низкий

к. п. д.

отнести

его

(0,5 0,65).

Система генератор
двигатель широко используется
дах движения резания продольнострогальных станков.

в

приво¬

Электронно-ионный регулируемый привод ЭЛ ИР (табл. 12,
6) работает на том же принципе, что и система ГД. Однако
этом случае питание рабочего двигателя
постоянного тока

тип
в

производится не от генератора, а от сети переменного тока че¬
рез выпрямитель с тиратронами. Этот выпрямитель одновре¬
менно позволяет путем применения различных схем сеточного
управления регулировать напряжение подводимого к якорю ра¬
бочего электродвигателя тока в широких пределах 1 :30. Учиты¬
вая

возможность

электродвигателя

регулирования
за

счет

скорости

изменения

диапазон регулирования привода ЭЛИР
100.

Привод ЭЛИР

тельно

малый

вращения

магнитного

может

рабочего

потока,

общий

достигать

80

имеет

сложную монтажную схему, сравни¬
срок службы (порядка 1000 ч) и ограниченную

(5 7 кет).
Электронно-машинный

мощность

работая
честве

в

качестве

возбудителя,

изменения

скорости вращения рабочего электродвигателя в
широком диапазоне (400 1000), что позволяет

исключительно

360

усилитель с поперечным полем ЭМУ,
генератора постоянного тока, а также в ка¬
обеспечивает возможность бесступенчатого

использовать его в приводах движения резания, подачи и быст¬
рых перемещений без каких-либо дополнительных коробок ско¬

ростей или переборных устройств.
Гидравлические приводы. Гидравлический привод
для
бесступенчатого изменения скорости вращения принци¬
пиально схож с электрической системой- Г Д. Здесь также в ка¬
источника движения используется асинхронный электро¬
двигатель переменного тока АД (табл. 12, тип 7), который в
этом случае соединен не с генератором, а с гидравлическим на¬
ГН. Последний подает под высоким давлением (до
сосом
честве

200 ати)
с

масло в гидравлический двигатель ГД, соединенный
рабочими органами станка. Бесступенчатое изменение скоро¬

сти

за

осуществляется

счет

изменения

количества

потребляемого
оборот.

подаваемого насосом, так и

гателем на

каждый

его

масла,

как

гидравлическим дви¬

В станкостроении наиболее широко используются гидравли¬
ческие насосы и двигатели лопастного или поршневого типов.

Вследствие большой первоначальной стоимости, трудности
плуатации и ремонта,
лические приводы для
щательного движения

а также

низкого

к. п. д.

экс¬

(0,5 0,6)

гидрав¬
бесступенчатого изменения скорости вра¬
также широкого распространения не по¬

лучили.
Дальнейшее усовершенствование конструкции механических,
электрических и гидравлических приводов для бесступенчатого
изменения скорости позволит значительно расширить область их
как в качестве приводов движения резания, так
приводов движения подачи.
Однако до сих пор у подавляющего большинства металлоре¬
жущих станков в приводах используются-механизмы для сту¬
пенчатого изменения скорости, обладающие большой
надеж¬
ностью в работе, жесткостью характеристики, высоким к. п. д.,
простотой эксплуатации и рядом других преимуществ.
использования
и

в качестве

§ 94. Механизмы

для ступенчатого изменения скорости

В зависимости от назначения станка,

требуемого

диапазона

регулирования, величины передаваемых нагрузок и других усло¬
вий работы, в приводах металлорежущих станков используются
механизмы

различные

для

(табл. 13).
Парносменные колеса.
серийного производства, а
для изменения

станках

для

изменения

массового

скорости

и

крупно¬

также в

специализированных станках
скорости движения резания используются парно¬

сменные колеса

скоростей

В

ступенчатого

(табл. 13,

тип

1). В

зависимости

от количества

станку прилагается комплект сменных колес, поль¬
зуясь которыми получают геометрический ряд чисел оборотов
станка.
Количество возможных скоростей равно
шпинделя
361
к

13

и

при¬

реза¬

Таблица

и

примен я
Область

движеня станков

сприводы пециалзровныхоперациных
ния

скорсти скорстейвал*

ступенчаог

Приводы движеня
воды

и

в

ных ных

Практичес ограничео

при

Диапзон регулиро¬ вания

для

механизы

быстрохдны Приводыкруглошифваь¬
Приводышлифоваьных голвк. делия станкх

не

двух

измен я Количество

обкат и
подач

фрез р¬

-1.

Схема

Типовые

I

механиз

Наименов

колеса

ги¬
с

шкивы

колеса

Парносмеы

1.

Сменые
2.

тарой

из¬

Ступенчаты
3.

реза¬ узлы

рез;

сдвиженя танков)

движеня

(Приводышпиндельыбыстрохдны
ния

Приводы

привод
подач

типы

и

ния

Все

48

Пер бор
4.

бло¬

муф¬

подвижным

С

кулачовыми

С

5.

ками

6.

тами

скоростей коробки Шестеренные

13

реза¬ пе¬ орга¬

табл.

Продлжени

примен я
Область

движеня быстрыхрабочих
приводы станков
Приводы ремщний
и

ния нов

токарно¬
подач станков

Приводы винторезых

скорстей вдавлухх

Количество

при

Диапзон регулиро¬ вания
Схема

ше¬ ше¬

механиз

Наименов

фрикцоным

накидной конусом

С

С

7.

и

муфтами

8.

стерней стер н
скоростей робки

токарно¬

реза¬

подач

подач станков

движеня приводы

Приводы

Приводы винторезых

Приводы рнеижяе,

шпон¬

ме¬

выдижной

Множительый ханизм

«миандр»
типа

С

9.

10.

кой
ко

Шестеренные

подач

электро¬

Многскртйасинхроый двигатель
11.

количеству
ляется

сменных

Сменные

требуют

Передаточное

колес.

зубьев А

числами

В

и

сменных

i

отношение

опреде¬

колес:

максимальную простоту привода, но
времени на их смену. Однако вследствие
консольного расположения
колес
и
установки

колеса

создают

значительного

необходимости

скользящей посадке не обеспечивается высокая жесткость
необходимая точность центрирования. Сменные колеса приме¬

их на

и

няются

обычно

Гитара
обеспечить

колес.

изменение

шим количеством

В

тех

случаях,

в

широком

скорости

скоростей

и

при

используют гитару сменных
широкое применение этот

нии,

цепей

и

точном

он

необходимо

когда

с

диапазоне,

2). Осо¬

тип

нашел

встречается

боль¬

отноше¬

передаточном

механизм

обкатки, реже

более 8 м/сек.

(табл. 13,

колес

бенно

делительных

не

окружных скоростях

при

сменных

в

приводах

в

приводах

подачи.

Передаточное
определяется

отношение

каждой

для

соотношением чисел
а

зубьев

настройки

привода

сменных колес

с
'

г~Ь

h'

К станкам, имеющим гитару, прилагаются наборы сменных
Наборы бывают пятковые, четные и универсальные.
В пятковом наборе числа зубьев сменных колес от 20 до 100
чередуются череа 5, в четном наборе
через 4 зуба.
колес.

Универсальный

набор,

наиболее полным
ных цепей.

разработанный

ЭНИМС,

является

используется для ответственных делитель¬

и

Подбор чисел зубьев сменных колес гитар может произво¬
диться различными методами. Наиболее простым является спо¬
соб разложения на сомножители.
Например, необходимо подо¬
брать сменные колеса для передаточного
Раскладывая на сомножители, имеем
2-7.13

13-14

3-5. 17

15- 17*

отношения i

=

182/255.

1

Для

5,

а

набора каждый

пяткового

для

на

четного

65-70

ас
*

Ъ

Промежуточная
b

и

с,

зубьев

является

сменных

d

75-85

ось

1,

подвижной
колес

сомножитель умножается

на
и

52-56

ас

ИЛИ

*
*

b

d

которой
поэтому

60

68

устанавливаются колеса
при любых числах

почти

может быть осуществлено их зацепление.

Однако правильность месторасположения
366

на

4. Тогда, соответственно, получим

сменных

колес,

обес-

печивающих

возможность

их

зацепления,

определяется

двумя

условиями:
a

Если одно
для

из

+ fe^c+15
этих

обеспечения

и

условий

зацепления

c-\-d^b-\-\5.

сцепляемости не выполняется, то
поменять их
необходимо

колес

местами: а и с или bud.
шкивы (табл. 13, тип 3). Изменение скорости
ступенчатых шкивов достигается перестановкой
ремня с одной ступени на другую. Для того чтобы ремень без
специального натяжного устройства мог передавать крутящий
момент на любой из имеющихся скоростей, сумму диаметров
сопряженных шкивов делают постоянной на всех ступенях, т. е.
a + b
c + d
e-\-f.

Ступенчатые

с

помощью

=

=

Привод со ступенчатыми шкивами в силу ряда недостатков
(непостоянство передаваемой мощности, продолжительность из¬
менения скорости и т. д.) в современных станках почти пол¬
ностью вытеснен более удобными и
надежными
приводами с
шестеренными коробками скоростей. Однако привод со ступен¬
чатыми, шкивами обладает и существенными преимуществами,
заключающимися в спокойной, равномерной безвибрационной

работе при

весьма высоких скоростях.
В силу этого ступенчатые шкивы находят еще применение в
современных быстроходных станках, главным образом в при¬
водах движения резания, но иногда и в приводах подачи (на¬
пример в приводе изделия в шлифовальных станках). Двух- и

трехступенчатые шкивы с клиновыми ремнями нашли довольно
широкое применение для привода быстроходных вертикальных
фрезерных бабок, устанавливаемых при модернизации устарев¬

фрезерных станков.
Переборные устройства (табл. 13,

ших

тип 4).
В старых кон¬
обычно
снабжа¬
ступенчатошкивные
приводы
струкциях
лись переборами, которые увеличивали количество скоростей и
позволяли
передавать шпинделю большой крутящий момент.
В дальнейшем, в связи с применением шестеренных коробок

станков

скоростей, переборные устройства прежней конструкции
ряли

свое

в

настоящее

и

станков

поте¬

время вследствие

использования

так

по¬

назы¬

коробка скоростей монти¬
узла) переборные устройства
Перебор позволяет вдвое увели¬

разделенных приводов (когда

ваемых

отдельно от шпиндельного

вновь находят себе

чить

Однако

быстроходности

вышения

руется

значение.

ротов в 8

применение.

скоростей

количество

шпинделя и понизить его числа обо¬

16 раз.

Шестеренные коробки скоростей. Коробки применяются
самостоятельные
составная

следние

часть

имеют

узлы

в станках

с

шпиндельной бабки
большее применение

или
в

как

п

как

механизма подачи.

По¬

разделенным приводом
станках

вследствие

их
367

компактности, меньшей стоимости и
ния

рабочим органам

удобства передачи враще¬

станка.

Изменение скорости вращения ведомого вала шестеренных
коробок достигается за счет включения в работу той или иной
комбинации шестерен. В коробках скоростей применяются раз¬
личные способы включения зубчатых колес в работу: передвиж¬

(табл. 13, тип 5), кулачковыми муф¬
фрикционными
муфтами (табл. 13, тип 7),
6),
накидными шестернями (табл. 13, тип 8) или выдвижной шпон¬
кой (табл. 13, тип 9).
Каждый из указанных способов переключения скоростей
коробок обладает своими достоинствами и недостатками.
Коробки скоростей с кулачковыми и фрикционными муфтами
позволяют использовать зубчатые колеса с косыми и шеврон¬
ными зубьями, обеспечивающими, при прочих равных условиях,
большую прочность и долговечность, а также бесшумность в
ными

блоками

тами

(табл. 13,

работе.

шестерен
тип

Однако сравнительно низкий

к. п. д.

делает

их

менее

пригодными для быстроходных приводов. Коробки скоростей с
накидными шестернями, выдвижной шпонкой и множительного
типа, в силу недостаточной их прочности и низкого к. п. д., при¬
меняются

Для

почти

исключительно

в

механизмах

подачи.

скорости движения резания и подачи почти
всегда используют не один тип коробки, а определенную ком¬
бинацию из типовых механизмов, являющуюся для данного при¬
вода станка наиболее оптимальной. Так, например, для специа¬
изменения

лизированных и
сменные колесу

операционных
в

коробкой. Коробки
состоят

из

механизма.

сочетании

станков
с

двух-

используются
или

парно¬

трехскоростной

подач токарно-винторезных станков обычно
с конусом шестерен и множительного

механизма
В

коробках скоростей

обычно встречаются комбинации
блоками шестерен, кулачковыми

приводов движения резания

из
и

механизмов

с

подвижными

фрикционными муфтами,

пе¬

реборными устройствами и т. д.
Многоскоростные электродвигатели. В

современных конст¬
рукциях металлорежущих станков довольно часто встречаются
двух, трех- и даже четырехскоростные асинхронные электродви¬
гатели. Применение многоскоростных электродвигателей суще¬
ственно упрощает конструкцию коробки скоростей, но увеличи¬
вает для той же мощности габариты и стоимость самого элек¬

тродвигателя.
§ 95. Механизмы прямолинейного поступательного движения
Основным видом движения большинства элементов привода
металлорежущих станков является вращательное движение.
В то же время многие рабочие органы станков (суппорты, пол¬
зуны, шпиндельные гильзы и т. п.) совершают в процессе ра368

боты

прямолинейно-поступательное

вратно-поступательное движение.

прямолинейное

или

Для

преобразования

следней ступени привода вращательного движения

на

возпо¬

в

поступа¬
тельное в станкостроении используются различные типовые ме¬
ханизмы, показанные в табл. 14.
Винтовая передача. Наиболее распространенным механиз¬

ния

в

тип

1).

приводах подачи

и

приводах вспомога¬
преобразования вращательного движе¬
поступательное, является винтовая передача (табл. 14,
При этом могут быть различные варианты преобразова¬
в

используемым

мом,

тельного

движения

в

для

ния движения:

а) винт вращается, а гайка совместно с рабочим органом
движется поступательно. Этот вариант используется для подачи
продольных салазок суппорта токарного станка при нарезании
резьб и поперечных салазок при подрезании торцов;
б) гайка неподвижная; винт вращается и одновременно со¬
вершает поступательное движение совместно с рабочим органом

(продольная и вертикальная подача стола
станках);
в) винт неподвижный; гайка вращается

в

консольнофрезер¬

ных

чим

органом

дольнофрезерного
станка

модели

с рабо¬
(стол про¬
А662; стойка зубофрезерного
и

совместно

совершает поступательное движение
станка

5Д32

и

т.

модели

д.);

вращается; винт совместно с рабочим органом
поступательное движение (суппорт строгального станка).
Винтовая передача является самотормозящей, понижает ско¬
рость движения, но при любом варианте имеет низкий к. п. д. и
малую продольную жесткость.
В настоящее время имеется ряд конструкций винтовых пе¬
редач с шариками, у которых трение скольжения заменено тре¬
качения.
нием
К- п. д. таких передач почти вдвое выше, чем
обычных.
у
Реечная передача. Широко используется как в приводах дви¬
использовании
жения резания, так и в приводе подачи. При
рейки также может быть несколько вариантов преобразования
гайка

г)

имеет

движения. По варианту а
а

(табл. 14,

реечная шестерня вращается

и

тип

2) рейка неподвижна,

двигается поступательно

сов¬

рабочим органом (продольная подача суппорта токар¬
станка
при обточке). По варианту б реечная шестерня

местно с

ного

только

поступательное движение получает рейка
органом (движение стола продольностро¬
устаревших конструкций и подача шпинделя

вращается,

совместно
гальных

с

а

рабочим

станков

сверлильных станков).
Реечная передача имеет высокий к. п. д., но не является само¬
тормозящей и не обеспечивает достаточного снижения скорости
движения. Поэтому при использовании ее в механизмах подачп
369

14

Таблица движен

примен я

постуаельн Примеры
прямолиней зависмоть
в

движеня

Кинематчскя

механизы

и

сбпродльная ольнфрезых
ная

минут
в

мм;

м,(мин; винта заходв;об рот в
в

п

-t
д

шаг число

=

Схема

НТиповые аименов механиз

станк
с
т
а
н
к
о
в
;
вертикаль¬ стола

поерчной токарных подачи фрез ногА6 2; строгальн
сапривод упорта ков; встол модели гсупорт станк

s t

вращтельног
преобазвния

кон¬

подачи стан¬

Винтовй
1.

а

пчисло

и

суп¬

подач

станков. кронштейа

токарных

При¬

продльн¬ станков. шпинделя станков

Привод колн расточных
п
а
з
о
ф
р
е
¬
ф
р
е
з
н
ы
х
ссовтроемланых Привод подачи станков.
тяжелых крупных
подачи

вертикальносых продльнстгаых
стола

подачи

продльная портаПермщние станков;бпривод строгальных сверлиьных апривод станков. стола станков привод зерных пермщния стоек станков
вод

а

б

j

колеса
мм;

м!мш м / ин; колеса; об рот в
зубьев колеса
-

п
-

п

т

1000

-

г

я

т

z

%

v=

Речный
2.

число модуль =число минут
в

= = =
s

z

т

п

ЛтГм/ин' ts-na ачисло tsторцвй пчисло минут

а
-

t9-n

в

=

=

у

s

Червячно¬речный
3.

др.
и

механичск

Привод долбежных гальных станков

поерчнстгальых

к
р
и
в
о
ш
¬
скор ть; Mim
кривошпабортов минут
.

шаг

.

и

в

м / ин; заходв об рот в

.

здвиженя убодлежных

мм;

червяка; рейки; червяка

в

резания малых зубостро¬ подачи станков
ножвк, станков, Привод

/г

пермная io 6~ радиус число
г

4

=

v

=

Vcp

Кривошпн-шатуный
4.

г п

в

па

14

резания

табл.

Продлжени

дол¬

вспомга¬ автома¬ Привод

и

и

поерчнстгальых

и

тов

об¬

ход в ход в

зависмоть скорсть скорстейрабочего двойных минут
ползуна
мм;

задный

в

пермная \т(К+1)м ин /Сотншеи
ход

v

=

^

и

и

и

Привод бежных

=

станков

резания станков. приводышлифо¬ специ¬

станков
с
т
р
о
г
а
л
ь
н
ы
х
,
подач
пермщний полуавтм .долбежных движеня протяжных подач пермщнийфрез ных
Приводы тельных подач Привод совремныхбежных Приводыб стрых вальных, ализровных

примен я движеня
станков
Примеры

Кинематчскя

дол¬

L

измен

зар не
ратног ползуна; число ползуна движеня
Любой закон

Беступнчаое

движеня
скорсти

Кулачковый

Гидравлче¬

ский

в

и

=

п

Схема

Наименов механиз

Кривошпн¬кулисный

5.

6.

7.

приходится дополнительно устанавливать понижающий
тор, обычно в виде червячной передачи.

редук¬

Червячно-реечная передача. Среднее положение между вин¬
реечной передачей занимает червячно-реечная передача
(табл. 14, тип 3). Она обладает большой жесткостью, доста¬
точно высоким к. п. д., является самотормозящей и имеет ряд
товой и

других достоинств, что обеспечивает ей широкое применение в
приводах движения резания современных продольнострогальных
станков и в приводе подачи тяжелых фрезерных и горизон¬
тальнорасточных станков.

Кривошипно-шатунный
механизм

механизм.

Кривошипно-шатунный
(табл. 14,

при равномерном вращении кривошипа ОА

4) обеспечивает прямолинейное возвратно-поступательное
переменной скоростью v. Причем скорость
ползуна при прямом и обратном ходе для каждого его положе¬
ния одинакова. Эта закономерность работы кривошипно-шатун¬
тип

движение ползуна В с

ных

механизмов является существенным недостатком, так как
металлорежущих станках рабочий орган, как правило, должен
двигаться равномерно при этом в обратном направлении, при
холостом движении скорость должна быть много выше, чем при
движении вперед, когда совершается рабочий ход.
Однако, несмотря на указанные недостатки, благодаря боль¬
шой простоте и надежности в работе, этот механизм нашел до¬
в

широкое применение в приводах движения резания ряда
металлорежущих станков (ножовки, зубодолбежные, зубостро¬
вольно

др.)
Кривошипно-кулисный

гальные и

механизм.

Недостатки,

отношении

сущи

и

отмеченные

в

частично

при¬
кривошипно-шатунного механизма,
кривошипно-кулисному механизму (табл. 14, тип 5).
они выражены у последнего в меньшей степени. Ско¬

Однако
рабочего

хода кривошипно-кулисного механизма значи¬
тельно более равномерная на большей части пути ползуна С и
скорость обратного хода существенно больше скорости рабочего

рость

хода ползуна.

Кривошипно-кулисный

механизм до последнего

времени имел
движения
приводах
резания по¬

в

исключительное

применение
перечнострогальных и долбежных станков. Однако сейчас он
успешно вытесняется более прогрессивными гидравлическими
приводами.
Кулачковый механизм. Этот механизм (табл. 14, тип 6) позво¬
ляет обеспечивать любой закон изменения скорости рабочего
органа, получать необходимое

обратного

ходов

и,

в

одновременно выполнять

устройства. Благодаря
низмы

с

дисковыми,

соотношение скорости

отличие

от

других

рабочего

механизмов,

и

может

функции командно-распределительного

этим

преимуществам кулачковые меха¬
торцовыми и цилиндрическими кулачками
373

нашли широкое

применение в станках-автоматах и полуавтома¬
тах для осуществления автоматического цикла работы.
Гидропривод. Для преобразования вращательного движения
в

прямолинейно-поступательное

ках

особенно

движение

используется

широко

в современных стан¬

гидропривод

14,

(табл.

гидропривода заключается в следую¬
щем: масло из бака Б подается насосом Н под давлением к зо¬
лотниковому устройству 3. В зависимости от положения золот¬

тип

7). Принцип работы

ника

масло

подается по правому или левому маслопроводам в
соответствующую полость цилиндра Ц и заставляет переме¬
щаться поршень П со штоком Ш и связанный с ними рабочий
орган Р. Масло, находящееся в другой полости цилиндра, сли¬
вается обратно в бак. Изменением положения золотника дости¬
гается реверсирование движения рабочего органа.
Гидропривод обеспечивает бесступенчатое изменение скоро¬
сти в широком диапазоне и под нагрузкой. Он позволяет при
сравнительно небольших размерах привода получать большие

до 100 150 Т и выше, дает возможность про¬

тяговые усилия

безударное реверсирование, что очень важно
прямолинейным возвратно-поступательным дви¬

изводить спокойное
для

станков

с

Благодаря

рабочей средой в гидроприводах
привода имеют большую долговеч¬
ность. Гидропривод позволяет производить
размерную обра¬
ботку деталей по жестким упорам и создает условия для авто¬

жением.

является

матизации

Для

цикла

типах станков

станка.

резания

гидропривод

во

применяется

всех

группы и в протяжных станках. Для
гидропривод особенно широко используется
агрегатных станках, а также в некоторых
других станков.

строгальной

механизмов подачи
в

детали

работы

движения

что

тому,

все

масло,

шлифовальных и
фрезерных и
Гидропривод находит

типах

применение и в механизмах управле¬
ния станками для переключения блоков шестерен, муфт, вклю¬
чения

ных

тормозного устройства,
узлов станка.

Соленойд. Соленоид

а также для

находит

некоторое

закрепления отдель¬

лучения

с коротким ходом 2

§

96.

для

ди¬

и для

по¬

применение

рабочими органами станков
прямолинейного возвратно-поступательного

станционного управления

движения

6 лш.

Прочие

типовые механизмы станков

Из прочих типовых механизмов, применяемых в металлоре¬
жущих станках, особого внимания заслуживают механизмы для
изменения направления движения
(реверсы), механизмы для
получения прерывистого движения и предохранительные меха¬
низмы многократного действия.
Почти все рабочие органы станков должны иметь возмож374

кость двигаться

как в

прямом,

Для обеспечения этой

в

так и

обратном направлениях.

приводах станков преду¬
сматриваются механизмы для изменения направления движе¬
ния, которые называются реверсами, или иногда трензелями.
Механизмы для реверсирования. Реверсы бывают трех ви¬
дов: цилиндрические с двумя паразитными колесами, цилиндри¬
ческие с одним паразитным колесом и конические.
Реверс с двумя паразитными коЛесами (табл. 15, тип 1)
представляет собой механизм, состоящий из четырех цилиндри¬
ческих колес.

и

колеса

z2

возможности

Колесо Z\
и

z3

является ведущим, колесо z4

паразитными.

подвижной рамке Р, которая
В

в

ведомым

Последние

может

смонтированы в
находиться в трех поло¬

вращение от ведущего колеса Z\ к ве¬
г4
домому колесу
передается через оба паразитных колеса г2
и z3, и поэтому колесо z4 вращается в направлении, противопо¬
ложном направлению вращения колеса z\. В положении б веду¬
щее колесо Z\ не сцепляется ни с одним из паразитных колес, и
поэтому ведомое колесо z4 не вращается. В положении в пара¬
зитное колесо z3 непосредственно входит в зацепление с веду¬
щим колесом гь а колесо г2 вращается вхолостую, не принимая
участия в передаче движения. В этом случае ведущее и ведомое
колеса вращаются в одну сторону.
Реверес с одним паразитным колесом (табл. 15, тип 2) кон¬
структивно выполняется в различных вариантах. Однако прин¬
цип его работы остается неизменным. В одном случае вращение
от ведущего вала к ведомому передается зубчатыми колесами
Z\ z3 через паразитную шестерню Z2 (при включении муфты М
влево) и тогда направления вращения обоих валов совпадают,
или вращение передается непосредственно колесами г4 z$ без
участия паразитного колеса (при включении муфты М вправо)
жениях.

и

тогда

положении

а

направление вращения ведущего

и

ведомого

валов

бу¬

дет различным.
*

Конический реверс

(табл. 15,

тип

3)

не

имеет

паразитных

Изменение направления движения ведомого вала в этом
случае достигается за счет включения в работу с помощью ку¬
лачковой муфты М одного из конических колес Z\ или г2. Стрел¬
колес.

ками

на

схеме

ветственно,

показано

валов

при

направление вращения
муфты М в ту

включении

колес
или

и,

иную

соот¬
сто¬

рону.
Механизмы для получения прерывистого движения. В ряде
случаев рабочие органы станков требуют периодического (пре¬
рывистого) поступательного или вращательного движения. Пер¬
вое требуется, например, для подачи рабочих органов в станках
для поворота
строгальной и шлифовальной групп, а второе
револьверных головок в токарно-револьверных станках и одно¬
шпиндельных автоматах, а также для поворота шпиндельного
блока в многошпиндельных автоматах и т. п.
375

15

Таблица примечаня

совре¬

не

токарных конструк¬ почти

реза¬

в

и

подач

ряда

примен я приводах недостакв станкх
Область
станков Вследтви тивных меных используетя

подач

различных принцп случаях

движеня однако всех
пприводах риводах одинаквым
Применятс
в

во

в

и

В

В

па¬

п;

двумя

колесами

одним

Реверс

Наименов разитным

Реверс

1.

2.

ния

модифкацях,работы остаея

вспом¬ враще¬ перскаю¬ углом
подач пер даче двумя прямы
и

движенй
приводах Удобен между щимся валми
гательных
при под

В

ния

станков

механизы

Схема

типовые
Прочие

махниз

Назнчеи

с

изме¬ на¬
Для не ия

с

правления движеня

кониче¬

колесм

разитным

с

Рев рс колесами
3.

ским

ii

S

5

g
g

O-fl

2 S

§!5 &

a

I

*

of
s

*

И

;£ 2

CS
HKSsg

^Ои5ю
j\o S ? ^
S)
S

м

о

U

U

о

2

и

cl

#"i
w

д>л.

c

DQ

X

*

S £

* *CQ И
йй
о я
3 л
С н
XI

S

S S

*«2

О,

С

со

аз

«

gg

^

S

2Ю

11|-= ss
§ 21
S11
3
?-1
c

g

S

x

cu
«

?
*
s={

UH«

s§

Ssg

55

§

*

£

«=

*

h

gg
c

£

g,U

я§и|с

Й S 3

^
2
S°

3 2

go
ю =

oajgg
*
* О И
S

os

*£3
нх«о2
i-г Л

я

X

x
со

H
^

p.g

H

^

s

>т*

s
о
н
и
я

Ю
-л
ч
о
a

£
5
д
о
u

a
о
и
о
е

ж
CQ я
н
и

I
о
Си
X

«
О
со
о
с
л
О,
X

£ i

=

S

5 =5

ь? ea

SL.Q,

*i
3

ggiigg
£ ^ pLii н 2

i5

ччлн
И *
О
c* ca

=

2
M

Qj

>r*0

s S
О* Q

ca
»Q

м

°"

g,

M

«=

CW4
ЛО
CQ Р-m
о о;
О Си

и
л
CQ et «
os
оо I

о
«=(
о

а
«
И
Л
си
гг

*

35
s
а
о
в
S
н
J3
4
л
5

в
S

«J
*=с
св

«5
65

g
^

и

С

И

S

35
ю о
н
о

со

[S.

в
с

н

&
w s'
л Я
®
~

°
*

а
2

.

.

ев

2

я
сд
PU
И

О
Л

«
ев

i
«
®

О

«

ос

"

ГГ
°

О

н

jd

м
«

О
о

S

К

I

Й

Й

s

5
5
о ?.

м

я

Ч¥а

s

2

Л

s
н

о

00

S

377

Для получения

прерывистого

используют в основном

два

движения

механизма:

в

станкостроении

храповой

и

с

мальтий¬

ским

крестом.
Механизм с храповиком (табл. 15,

(R

ком диапазоне

перемещения

=

10-^20)

4) позволяет в широ¬
величину периодического

тип

изменять

рабочего органа.

Принцип работы механизма с
При непрерывном и рав¬

храповиком заключается в следующем.

номерном вращении кривошипа 0\А коромысло 02В, связанное
с последним шатуном АВ, получает непрерывное качательное
движение относительно точки 02. С коромыслом 02В связана

С, упирающаяся

собачка
мысла

в

в

зубья

направлении стрелки

а

колеса

z.

При

качании

собачка, упираясь

в

коро¬

один

из

угол. При
качании коромысла по стрелке б собачка, приподнимаясь, сколь¬
зит по спинкам зубьев, не поворачивая колеса. Угол поворота
колеса z можно регулировать или за счет изменения радиуса
кривошипа 0\А, вследствие чего изменяются пределы качания
коромысла 02В, или другими способами, о которых будет ска¬

зубьев

колес, увлекает его, поворачивая на

некоторый

зано ниже.

Мальтийский механизм (табл. 15,

тип

5) работает

на

ином

принципе. При равномерном вращении кривошипа К с роли¬
ком Р мальтийский диск М периодически получает поворот на
определенный угол, зависящий от количества пазов в диске.
При четырех пазах угол поворота мальтийского креста состав¬
ляет

90°,

а

при

няется

в

60°.

шести

Мальтийский

диск

станках

с

для

большим

количеством

поворота

многопозиционных

пазов

приме¬
столов.

Тонко регулировать величину угла поворота в этом механизме
не представляется возможным. В случае необходимости можно
за счет установки второго кривошипа с роликом увеличить угол
поворота мальтийского креста в два раза.

Предохранительные устройства. Во избежание
талей

станков

и

механизмы

поломок

де¬

приводах последних устанавливаются всевоз¬
можные предохранительные устройства как однократного дей¬
ствия
(например, срезаемые штифты), так и многократного
включения типа кулачковых или фрикционных муфт. Последние
служат не только в качестве предохранительного устройства, но
как

в

автоматического

останова

движения

рабочих

станка, что значительно облегчает автоматизацию про¬

органов
цесса работы

на

станках.

станкостроении наибольшее распространение получили
предохранительные устройства типа падающего червяка и са¬
мовыключающихся кулачковых муфт.
Механизм падающего червяка (табл. 15, тип 6) под дей¬
В

ствием
дачу.

усилий при перегрузках

Это осуществляется

в

какого-нибудь препятствия,
378

автоматически

выключает

по¬

суппорт доходит до
например до неподвижного упора,
момент,

когда

установленного

При

этом

на

и дальше не может перемещаться.
2 продолжает передавать вращение
кулачковую муфту 5. Последняя благодаря
станине,

приводной

червяку 3

через

скошенным

зубьям

пружины 8,

и

валик

отходит

назад,

преодолевая

сопротивление

кронштейн 7, который

при помощи
уступа 6 поддерживает червяк 3 в зацеплении с червячным ко¬
лесом 4. В определенный момент, когда муфта 5 настолько ото¬
что
6 не будет больше поддерживать
двинется
назад,
уступ
червяк 3, последний, под действием собственного веса, упадет
ениз и, поворачиваясь относительно оси 1, выйдет из зацепле¬
ния с червячным колесом 4.
нажимает

Самовыключающиеся
служат тем же целям,

на

кулачковые

что и

муфты (табл. 15,

тип

7)

червяки.
При соприкосновении суппорта с упором возрастает крутя¬
щий момент, передаваемый от ходового валика 4 через посред¬
ство муфты 5 и червяка 7 колесу 6, и благодаря наличию скосов
на
кулачках муфты 5 осевое усилие, действующее на муфту,
стремится переместить ее влево, разъединив с червяком 7. Это¬
падающие

му препятствует двуплечий рычаг 3, один конец которого упи¬
рается в скос плунжера 2. При определенной, заранее отрегули¬
рованной нагрузке плунжер 2, преодолевая сопротивление пру¬
жины 1, утапливается,
рычаг 3 поворачивается, и муфта 5 отхо¬
дит влево, разрывая цепь механической подачи суппорта.

ГЛАВА
ТОКАРНЫЕ

XIX

СТАНКИ И РАБОТА НА НИХ

§ 97. Токарные работы
Назначение и классификация токарных станков. Станки то¬
карной группы предназначаются для обработки наружных и
внутренних
ских

и

ных

поверхностей

вращения,

цилиндрических,

фасонных поверхностей, подрезания торцов
для нарезания резьбы.

и

в

кониче¬
отдель¬

случаях

В зависимости от вида производства (индивидуальное, се¬
рийное или массовое), конфигурации, размеров и веса деталей
для

обработки применяются различные типы токарных стан¬
В табл. 16 приведены основные типы токарных станков и
указаны области их применения.
Основным видом режущего инструмента для токарных стан¬
их

ков.

ков

являются

зуются

также

резцы. Однако для обработки отверстий исполь¬
сверла, зенкеры, развертки и метчики. Для наре¬

наружной крепежной резьбы применяются плашки.
станков токарной
группы движением резания яв¬
ляется вращение обрабатываемой детали, только в отдельных
случаях, например при сверлении отверстий малого диаметра
зания

У

и

всех

нарезания резьбы
из вращения

вается

на

автоматах,

движение

обрабатываемой

щего инструмента.
Движение подачи

резания склады¬

детали и вращения режу¬

(автоматы про¬
режущему инструменту.
В большинстве случаев движение подачи является прямолиней¬
ным поступательным движением. В многорезцовых, револьвер¬
за

редким

исключением

дольно-фасонного точения), сообщается

специализированных токарных станках движение подачи
осуществляется по дуге окружности.
Почти у всех машин и механизмов основным видом движе¬
ния является вращательное, поэтому большинство деталей ма¬
шин и механизмов представляют собой тела вращения, обраба¬
тывать которые наиболее удобно на станках токарной группы.
Вследствие этого токарные станки по сравнению с другими ви¬
дами металлорежущего оборудования имеют наибольшее рас¬
пространение и составляют до 40% станочного парка заводов.
ных

и

иногда

380

Работы,

выполняемые

на

токарных

Токарные

станках.

наиболее универсальными из всех видов ме¬
можно
производить
таллорежущего оборудования. На них
самые разнообразные работы: обтачивать и растачивать цилин¬
и
дрические, конические
фасонные поверхности вращения,
являются

станки

подрезать торцы

и

резать

резцом

Кроме

того,

крепежные

на

обрабатывать плоскости, про¬
профиля, производить отрезание, на¬
и ходовые резьбы любого профиля.

соответственно

резать канавки различного

токарных станках
в пиноли задней

с

помощью

бабки,

инструментов,

можно

производить
сверление, зенкерование, зенкование и развертывание отвер¬
стий, расположенных соосно со шпинделем станка, а также на¬
резать внутренние и наружные крепежные резьбы с помощью
метчиков и плашек. Экономическая точность и чистота
обра¬

устанавливаемых

ботки,

достигаемые на токарных станках, следующие: при

5-й класс
при чистовой

рочной работе

точности

и

2 3-й

класс

обди¬

чистоты

по¬

4-й класс точности и
обработке
верхности,
4 6-й класс чистоты поверхности, при тонкой обработке
до
3 2-го

класса

точности

и

до

7 8-го

класса

чистоты

поверх¬

ности.
В

табл.

показаны

17 даны

типы

основных

схемы

видов

работ

токарных

и

этом

режущих инструментов.
Обтачивание (табл. 17, поз. 1) производится проходными
резцами, которые бывают прямыми и отогнутыми. Цилиндри¬
ческие поверхности получаются при обтачивании с продольной
подачей суппорта.
Конические поверхности могут быть получены различными
методами. При обтачивании в центрах пологие конусы обраба¬
тывают со смещенной задней бабкой. В этом случае ось вра¬
щения детали становится непараллельной направлению движе¬
ния, вследствие чего образуется коническая поверхность. Поло¬
конические
гие
поверхности могут быть также получены с
помощью копировальной линейки.
Крутые конусы можно обрабатывать за счет установки верх¬
ней части суппорта под нужным углом относительно оси вра¬
щения

используемых при

детали.

Короткие конические поверхности
фасонным резцом с соответствующим

типа

фасок образуются

главным углом

в

плане.

В современных токарных станках моделей 163 и 1К620 ко¬
нические поверхности любой длины и с любым углом наклона
образующей могут быть получены за счет одновременного вклю¬
чения

При

продольной

этом

подачи

и

конусность зависит

верхней

подачи

верхней

от соотношения

часта

суппорта.
подач и

скоростей

части

суппорта.
ступенчатые поверхности обтачиваются с при¬
менением механических, электрических или гидравлических ко¬
пировальных устройств.

угла

поворота

Фасонные

и

381

Таблица 16
Основные

станк

Тип

Специалзровны

Общий

типы

станков

токарной группы
Основные узлы

Назначение

1
привод;
2 станина; 3
передняя бабка;
4
магазин;

Для выполне¬
ния определен¬
ной
токарной

вид станка

5

суппорт

операции
обработке

при
одно¬

го вида изделия
в условиях мас¬
сового
произ¬
водства

0.

привод;

Для

изготов¬

механизм

ления

крепеж¬

1

2

полуавтмы

зажима

ОАвтомаы дношпиельы
и

1.

чи

пода¬

материала;

3 бабка; 4 бо¬
ковые

суппор¬

5

револь¬
верная головка;
6 вал управ¬
ста¬
ления; 7
ты;

станина;

2

шпиндель¬

ный

блок;* 3

радиальные суп¬
порты; 4
про¬
дольный
суп¬
5
рас¬
порт;
пределительный
механизм; 6
привод

1
3
ю
о
ХЗ
со
о
Л
о
U
о
ас

S
г-

в

лей

условиях

серийного

н

массового

про¬

изводства

В
основном
для тех же це¬
лей, что и одно¬
шпиндельные,
но
обеспечи¬
вают значитель¬

большую
производител ь-

но

и

ность
ляют

позво¬

обрабаты¬

вать более круп¬
ные детали

2.

о

деталей,
деталей
арма¬
и
мелких
туры
фасонных дета¬
ных

нина

1

Многшпидельы

и

основание;

2 привод; 3
передняя бабка;
4 задние суп¬
порты; 5 пере¬
дний
суппорт;
6 задняя баб¬
ка; 7 станина

Для

обработ¬
сту¬
пенчатых и фа¬

ки

жестких

сонных валов, а
также

неболь¬

ших

деталей

класса
в

дисков,
условиях

крупносерийно¬
го

и

массового

производства

табл.

Продолжение

16

I

Тип

станк

Общий

вид стрнка

Основные

1
3

стани¬
пневма¬
за¬

тический
жим;
няя

Револьрные

4 перед¬
бабка; 5

суппорт; 6
вольверная
ловка;

7

для

же

тех

целей,

что и автоматы,
однако

ввиду

меньшей

ре¬

про¬
изводительно¬
зато
но
сти,

го¬

большей

про¬
суп¬

дольный

про¬
наладки
используются в
стоты

серийном,

порт

3.

Служат

основа¬
2

ние;
на;

Назначение

узлы

в

же

и да¬

мелкосе¬

рийном

произ¬

водстве

5

Карусельны

6

1
привод
планшайбы; 2
траверса; Зи 7
стойки; 4 пор¬
тал; 5 и 6 вер¬
тикальные суп¬
порты; 8 ко¬
подач;
робка
9
планшайба

5.

Для обработ¬
ки крупных де¬
класса
талей
дисков, у кото¬
рых высота не
больше одногодиамет¬
двух
ров (маховики,
фланцы, шкивы,
заготовки зуб¬
колес

чатых
и

Токарные
6.

1
передняя
бабка; 2 суп¬
порт; 3 задняя
ста¬
бабка; 4
5

нина;

и

8

тумбы; 6 фар¬
тук; 7 коробка
Затыловочный
ста¬

нина; 2 гитара
настройки; 3

Специалзровны
8.

передняя бабка;
4
шлифоваль¬
ное

Для

самых

разнообразных
токарных работ
в условиях
ин¬
дивидуального

и

мелкосерий¬

ного

производ¬

ства

подач

станок: 1

п.)

т.

приспособ¬

ление; 5 суп¬
порт; 6 задняя
бабка

из
Каждый
специальныхто¬
карных станков
предназначен
для
производ¬
ства того или
иного вида то¬
работ
карных
обточки колен¬
чатых валов,об¬
точки кулачко¬
вых валков, заин¬
тылования
струментов
прочих работ

и

383

17

резьбы

Таблица

Резьбовые

Нарезние

5.

Внутрен¬

наре- нор-

сможно типы пециаль- ьгаруж- внутрен¬

резцами

ний

Наруж¬

как

и

Резьбовыми сотве ующгпрофиля мальных
резцом обрабо¬ обраб ¬
произвдть деталейКанвочым вытачию галтеи
и

все

ный

I

резьб так

зать

>

ных ных, них

[

:

за¬

Канвоч-

и

Отрезание проезани

и

ный

Отрезной

4.

инструмеов
Подрезани

Подрезны Правый

3.

токарных

и

Подрезанимобра т ь вогнутые торцы
[

об¬

виды

можно

Левые

Основые Растчивне

Расточные

2.

Операция

Правые

мож¬

обработки Схема I

резцов

цил н¬

вра¬

вра¬
ф
а
с
о
н
¬
наруж¬

Обтачивнем обрать цилндрческ, коничес поверхнсти щения
и

Прохдные Правые

1.

и

квнутреи оничес поверхнсти
Растчивнем работаь дрическ,фасоные щения

Левые

Обтачивне
384

Отрезным можно отрезани таных готвк. резцом канвки тывают
можно плоские,
выпукледеталей

Левый

и

работ

Прямые

и

но

Типы

ные ные

возможн.

Технолог,

Растачивание

(табл. 17, поз. 2) производится расточными
резцами. Естественно, что размеры поперечного сечения расточ¬
ных резцов должны быть меньше диаметра растачиваемого от¬
верстия, а длина вылета резца, наоборот, больше глубины отвер¬
стия. Это приводит к недостаточной жесткости системы и за¬
ставляет работать на пониженных режимах резания.
Образование различных видов поверхностей вращения про¬
изводится в основном теми же методами, что и при обтачи¬
вании.

Подрезание (табл. 17, поз. 3) торцовых поверхностей у ци¬
линдрических деталей и обработка плоскостей у корпусных
деталей производятся при поперечной подаче суппорта подрез¬
ными резцами.
Отрезание деталей и прорезание канавок (табл. 17, поз. 4)
также производится при поперечной подаче суппорта. Однако в
этом случае используются соответственно отрезные и канавочные резцы. Величина подачи при отрезке
и
прорезке сущест¬
венно меньше, чем при подрезке.
Нарезание резьбы резцом (табл. 17, поз. 5) позволяет полу¬
чать
типы
все
резьб: метрическую, дюймовую, модульную и
любым
с
треугольным, прямоугольным,
питчевую
профилем
трапециевидным, полукруглым и т. п. Производительность наре¬
зания резьбы резцом сравнительно невысока. Резьбовые резцы
должны иметь профиль, соответствующий профилю впадины
нарезаемой резьбы.
Универсальные приспособления для
работы на токарных станках необходимо
лений

токарных

работ. Для

ряд приспособ¬
для придания им

иметь

закрепления деталей, так и
и размеров. Основные из этих приспособлений
18.
в
табл.
представлены
Поводковые устройства. Кроме обычных поводко¬
как

для

заданной формы

патронов и хомутиков, в настоящее время широкое распро¬
странение получили поводковые центры (табл. 18, поз. 1, в),

вых

которые передают крутящий

зубчатой

шайбы

момент

от

шпинделя

за

счет

вне¬

торец детали. Поводковые центры
позволяют значительно сокращать время на установку детали
при обработке в центрах.
Центры. При высоких скоростях резания, которые приме¬
няются на современных токарных станках обычные невращающиеся центры (табл. 18, поз. 2, а), обладающие достаточной

дрения

в

оказываются

неработоспособными вследствие бы¬
поверхностей центровых углублений и самих цен¬
тров. Невращающиеся центры с наконечником из твердого
сплава также не решают проблемы скоростной обработки. Вра¬
жесткостью,

строго износа

щающиеся центры (табл. 18, поз. 2, б) лишены указанных недо¬
статков, но они имеют малую жесткость и поэтому могут быть
использованы на легких работах. У современных токарных

13

Технология металлов

385

18

крутя¬

Таблица

де¬

обра¬ валов: центры;обо¬ исполь¬ обра¬

и

обратывемой

центрах: патрон;

в
р
а
щ
е
н
и
я
Назнчеи обраотке
пердачи моента
в

при

Для

станкм

щего тали

процес типа числах об!мин; центры;скор тной

неподвижы деталей
хаповдкый омутик;вподкый подержания длиных аупорные применяютс ротовбвращюиеся зуютсяботке
центр

в

деталей

при

500

до

б

Для

ботки

при

римеющих аспо¬ зажиме цен¬

концетрич поверхнсти.обеспчиватя одтнестиаельли шпинделя
закреплния
цилндрческ ложены автомическ триоване вращения
При

деталей,
Для

токарным
к

присобленя
Универсальы

вид

Общий

Тип

Повдкые устрой ва
1.

Упорные центры

2.

оси

патрон

Самоцентри-рующий
3.

j

!

пе¬

типа:

|

j

по- при

друга

I

в

свер-

ста¬

суп¬об¬

на

при

рычагов, патрона приме- валов работ длиных закреплятс
деталей друг люнет; подрезных, салзкх валов
крестовин, деталей кулачков независмо обточке жесткои расточныхбраотки закреплятс люнет; используетя нежстких
закреплния кронштейв Каждый няется нижеой произвдсте лиьных процес деталей; нине; подвижный продльных порта точке

всеозмжных

и

от

и

при

из

Для

эксцентриов, корпусных ремщатся

анеподвижый

Четырхкулач¬

патрон
ковый

Люнеты

4.

плит,

5.

и

и

на

б

ра¬ сеи

эта¬
или

токарных Применятсшаблону

фасон¬
и

мелкосрийнг произвдст. ступенчаых
по

автомизц условиях обраотке детали поверхнстй

Для

в

бот

Гидрокп ¬

6.

супорт
вальный

рийног при лон ой ных

станков

в

шпиндель

бабки

задней

пиноль
на

подшипниках

вращающийся

встраивается
в

качения,

коническое

гнездо

кото¬

обычный жесткий центр. Такая конструкция
имеет высокую жесткость и обеспечивает возможность работы
на больших скоростях.
Патроны. В табл. 18, поз. 3 и 4, показаны патроны с руч¬
ным зажимом. За последние годы на заводах широкое примене¬

рого

вставляется

ние получили патроны с пневматическим и гидравлическим при¬
водами для крепления деталей. У гидравлических патронов в
качестве приводов используются гидравлические цилиндры, а у
либо
пневматических
пневматические цилиндры,
патронов
либо пневматические камеры. Последние более компактны и
удобны, хотя и обеспечивают несколько меньший расход кулач¬

патрона по сравнению с приводами от цилиндров.
Люнеты. Кроме обычных подвижных и неподвижных лю¬
18, поз. 5, для обработки особо
нетов, показанных в табл.

ков

применяются люнеты-виброгасители конст¬
д-ра техн. наук В. Г. Подпоркина. Люнет-вибро¬
гаситель кроме трех жестких кулачков имеет еще три кулачка,
прижимаемых к обрабатываемому валу с помощью гидравличе¬
ской системы. Необходимое давление в системе создается руч¬

неустойчивых
рукции проф.,

ным

валов

насосом.

При скоростной обработке
щаются

вместо

кулачков

на

роликами, смонтированными

Копировальные устройства. В
рийного и особенно серийного производства
получили широкое распространение

люнеты

подшипниках

условиях
за

мелкосе¬

последние

всевозможные

осна¬

качения.

годы

копироваль¬

устройства механического, электрического и гидравличе¬
ского типов, которые позволяют в значительной степени авто¬

ные

работу универсальных станков и тем самым со¬
вспомогательное время, затрачиваемое на обработку
деталей. Для современных токарных' станков гидросуплорты
стали нормальной принадлежностью.
Принцип работы гидрокопировального устройства следую¬
щий. Масло от насоса 1 (фиг. 152) через фильтр 3 поступает в
центральное отверстие неподвижного штока поршня 7 и оттуда
в
полость подвижного цилиндра 4, который выполнен
заднюю
за одно целое с кареткой суппорта и резцедержателем. Из зад¬
ней полости цилиндра масло перетекает в переднюю полость
через калиброванное отверстие а в поршне, а оттуда через зо¬
лотниковое устройство 5 со щупом 6 идет на слив в бак.
Когда золотник запирает выход для масла из передней по¬
совместно с резцом
лости цилиндра, то последний
вследствие
матизировать

кратить

разности

рабочих площадей передней

дра перемещается

свободный

выход маслу в

цилиндра падает,
383

вперед, к детали.
в

задней

бак,

и задней полостей цилин¬
Когда золотник открывает

то давление

полости остается

в

передней
почти

полости

неизменным

благодаря малому

сечению калиброванного отверстия в порш¬
каретка с резцедержателем отходит назад. Если золотник
приоткрывает выходное отверстие настолько, что давление в

не

7у

и

задней

полости

Фиг.

цилиндра будет вдвое больше,

152. Схема гидросуппорта модели

чем

в

передней,

КСТ-1.

усилия, действующие на цилиндр, уравновешиваются и ка¬
ретка остается неподвижной.
Так как щуп жестко связан с кареткой суппорта, то послед¬
няя автоматически следит за движением щупа и связанного с

то

ним

золотника.

гидросуппорта расположены под углом 45°
станка, благодаря чему с помощью гидро¬
можно подрезать торцы. В гидравли¬
суппорта
копировального
ческой системе предусмотрен предохранительный клапан 2.

Направляющие

по

отношению

к

оси

§ 98. Токарные

станки

общего

Наиболее распространенными

типами

назначения

токарных станков об¬
1А62. В настоящее время эта
модель станков не выпускается, наибольшее распространение
начинают получать станки
модели 1К62, которые позволяют
более полно использовать возможности современного твердо¬
сплавного режущего инструмента и тем самым добиться суще¬
машинного времени при
изготовлении
ственного сокращения

щего

назначения являются станки

389

токарн-виезг

1К62.

модели
Общий станк
вид

153.

Фиг.

390

деталей. Вместе

с тем конструкторы станка 1К62 максимально
усовершенствовали его в целях сокращения вспомогательного
времени и расширения его технологических возможностей.
Основные узлы токарного станка. Современный токарный

(фиг. 153) состоит из станины, основания, коробки ско¬
ростей, передней бабки, гитары сменных колес, коробки поД&ч,

станок

фартука, суппорта, задней бабки, привода быстрых перемеще¬
ний, органов управления и систем охлаждения и смазки.
Станина является основной несущей деталью, на которой
монтируются все узлы станка. Одновременно станина служит
направления перемещения продольных салазок суппорта и

для

задней бабки вдоль оси станка. Для
этой цели станина имеет четыре на¬

154), из которых
4
направляющие
служат для на¬
правления салазок суппорта при его
продольном перемещении, а 2 и 3
(фиг.

правляющих

1

для

направления

и

правляющие 1
тическими,

а

задней

бабки.

На¬

3 называются призма¬
2 и 4
плоскими. У тя¬
и

желых станков все

четыре направляю¬
щие делают плоскими, а у малых и вы¬

сокоточных

станков,

наоборот,

все

на¬

Флг. 154. Поперечный разрез
станины

станка.

токарного

правляющие делают призматическими.
Основание, на котором установлена станина станка, в боль¬
шинстве случаев делается раздельным, состоящим из двух или

тумб. Однако для получения более высокой жесткости при¬
меняются и сплошные основания. В передней тумбе М (фиг. 153)

трех

размещаются приводной электродвигатель и иногда пусковая
электроаппаратура. Задняя тумба 3 обычно используется в ка¬
честве шкафчика и для размещения привода системы охлажде¬

Между тумбами размещается поддон К
жидкости и сбора стружки.
Коробка скоростей служит для изменения

ния.

слива

для

охла¬

ждающей
ния

шпинделя.

шения

У быстроходных токарных

вибраций коробка скоростей

скорости враще¬
для умень¬

станков

выполнена

в

виде

отдель¬

узла и размещена в передней тумбе совместно с приводом
электродвигателя. Однако у большинства токарных станков, как
и у станка модели 1К62, коробка скоростей устанавливается в
корпусе передней бабки.
В передней бабке Б монтируется шпиндельный узел, являю¬
ного

щийся
ного

самым

узла

в

ответственным

узлом

передней бабке обычно

станка.

Кроме

шпиндель¬

устанавливаются

также

переборные устройства, позволяющие получать пониженные
числа оборотов шпинделя. Передняя бабка неподвижно закре¬
плена на станине так, чтобы ось шпинделя была строго парал¬
станины.
В
бабки
корпусе передней
направляющим

лельна

391

обычно монтируется механизм реверса, служащий для измене¬
ния направления подачи суппорта при нарезании резьбы.
Гитара сменных колес А служит для передачи вращения от

передней бабки к коробке подач и для изменения передаточного
отношения этой передачи в целях обеспечения возможности на¬
резания всех типов резьб.
подач J1 служит для изменения величины продоль¬
подач суппорта. В токарно-винторезном

Коробка
и

ных

поперечных

коробка

станке

подач

служит

также

для

установки

нужного

передачи движения либо
ходовому винту, либо ходовому валику. Первый используется
для обточки.
при нарезании резьбы резцом, второй
Фартук И служит для размещения разъемной маточной
гайки ходового винта и механизма подач, который передает вра¬
шага

при

нарезании

резьбы

и

для

щение от ходового валика и одновременно
тельное

движение

суппорта

либо

в

в

преобразует враща¬
поступательное движение
либо в поперечном направле¬

прямолинейное

продольном,

нии.

Суппорт

Г обеспечивает

возможность

механического переме¬

резца в продольном и поперечном направлениях и руч¬
ного перемещения под любым углом к оси шпинделя. У некото¬
рых моделей токарных станков (например, модель 1К620) эта
подача тоже механизирована. Суппорт состоит из продольных
салазок 3, которые могут перемещаться по направляющим ста¬
нины, поперечных салазок 4, поворотной части 5 и верхней ча¬
сти 8. На последней устанавливается поворотный четырехпози¬
ционный резцедержатель 6.
Задняя бабка Д выполняет функцию второй опоры при обра¬
ботке длинных деталей в центрах. В то же время задняя бабка
щения

используется для закрепления и подачи инструмента при обра¬
ботке отверстий сверлами, зенкерами, развертками и при наре¬
зании

резьбы

метчиками

Задняя бабка

и

плашками.

корпуса 13, пиноли 10 и основа¬
конусов корпус 13 смещается в
поперечном направлении на нужную величину относительно
основания 14. Центры и инструменты для обработки отверстий
закрепляются в коническом гнезде пиноли, которая переме¬
щается вдоль своей оси посредством винта с маховичком 12.
У современных моделей токарных станков 1К62, 1К620, 163
ния

14.

При

состоит

обточке

из

пологих

для сокращения времени, затрачиваемого на холостые переме¬
щения
суппорта, устанавливают привод быстрых перемеще¬

ний Ж.

Привод имеет отдельный электродвигатель, от которого
вращение передается непосредственно ходовому валику, минуя

подач; при этом обеспечивается высокая скорость пе¬
ремещения суппорта, порядка 4 м/мин.

коробку

Органы управления необходимы для изменения
вращения шпинделя (рукоятки 1 и 2), для изменения
392

скорости
величины

подач или шага

резьбы (рукоятки 17 и 18), для пуска,
(рукоятки 15 и 16) и т. д.

останова

и реверсирования станка

Кинематика

станка.
Вращение от электродвигателя мощ¬
передается клиноременной передачей 142 254
валу 1 коробки скоростей (фиг. 155, см. вклейку в конце книги).

10

ностью

кет

Усиленные многодисковые фрикционы, управляемые муфтой Ми
служат для включения прямого и обратного ходов шпинделя.
При прямом ходе вал II получает вращение через двойной
подвижной блок шестерен Б\

При обратном

с

двумя различными скоростями.

сообщается вращение

ходе валу II

с

одной

ско¬

ростью шестернями 50 24 и 36 38. Наличие тройного блока
шестерен Б2 позволяет получить на валу III шесть различных
чисел оборотов в минуту. Последние могут быть либо непосред¬
ственно переданы шпинделю через шестерни 65 43, когда двой¬
ной блок шестерен £5 включен влево (как показано на схеме),
либо через перебор, когда блок Б5 включен вправо. В этом слу¬
чае вращение валу V от вала III передается двумя двойными
и Б4, позволяющими получить три раз¬
подвижными блоками
личных передаточных отношения:
отношение

точное

совпадает

чей 27 54.

Через перебор
скоростей вращения. Всего

со

1, !/4> Vie (четвертое переда¬

вторым),

и

постоянной переда¬

получает 18 различных
шпиндель имеет 24 скорости в диа¬
шпиндель

12,5 до 2000 об!мин.
Следует заметить, что практически

пазоне от

станок модели
1К62
имеет только 23 различные скорости вращения шпинделя вслед¬
ствие близкого совпадения наибольшего числа оборотов шпин¬

получаемого через перебор (670 об/мин), с наименьшим
оборотов, получаемых без перебора (690 об/мин). При
обратном вращении шпиндель имеет 12 скоростей: от 19 до
2420 об/мин.
Привод подач состоит из звена увеличения шага, двухско¬
ростного механизма реверса, гитары сменных колес, коробки
деля,

числом

подач

и

механизма

фартука. Движения

подач

заимст¬

подач

либо

от
шпинделя
непосредственно
через
шестерни
когда блок Б6 звена увеличения шага находится в край¬

вуются

60 60,

нем левом положении
(как показано на схеме), либо
III через шестерни 45 45, когда блок Б6 перемещен в

правое

вала

крайнее

положение.

В последнем случае,
шения

от

перебора,

32 раза.
Реверс,

в

зависимости

подача и шаг

используемый

в

резьбы

основном

от передаточного отно¬
увеличивается в 2; 8 или

изменения

для

ния вращения ходового винта, имеет две скорости
одну скорость левого вращения. При крайнем левом

тройного

подвижного блока шестерен

Б7у вращение

валу VIII передается шестернями 42 42
шением,

равным

1,

в

среднем

с

положении

направле¬
правого и
положении

от

вала

VII

передаточным отно¬
блока Б7
шестер¬
393

28 56 с передаточным отношением равным 72, а при край¬
правом положении блока Б7 изменяется направление вра¬
щения, которое в этом случае передается колесами 35 28 35.
нями

нем

Коробка подач получает вращение от вала VIII через гитару
со сменными блоками шестерен Сх и С2. Для нарезания метри¬
ческих

дюймовых резьб

и

сменные блоки

С\

и

и

механической

получения

С2 устанавливаются,

подачи

как показано на схеме,

вращение коробке подач сообщается колесами 42 95 50.
При необходимости нарезания модульных и питчевых резьб
и

блоки шестерен переворачивают
подач передается колесами 64 95 97.

сменные

и

вращение коробке

подач состоит из обратимого семиступенчатого ме¬
конусом шестерен, четырехступенчатого множитель¬
механизма и переключающего устройства с обгонной
ного
муфтой.
Последняя представляет собой механизм, обеспечивающий

Коробка
с

ханизма

соединение ведущего и ведомого валов при передаче
вращения первого ко второму и автоматическое разъединение
валов, в случае если скорость вращения ведомого вала превы¬
сит скорость вращения ведущего вала.
Наиболее известным случаем использования обгонной муфты
является применение ее в задней втулке дорожного велосипеда.
Нарезание дюймовых, питчевых и торцовых резьб произво¬
дится, как показано на схеме, при включенной шестерне 35,
установленной на валу X, и выключенных муфтах М2, М3 и М4.
Вращение от вала IX передается валу XIV через шестерни 35
37 35, механизм с конусом шестерен, колеса 35 28 и 28 35
и множительный механизм, состоящий из двух подвижных двой¬
жесткое

и Бд, которые обеспечивают получение
ных блоков шестерен
четырех различных передаточных отношений равных 7в, !/4,1/2 и 1.

кулачковой муфты Л15

вращение от вала XIV
XVI.
передается ходовому винту
Для нарезания метрических и модульных резьб, а также для
получения механической подачи коробка подач перестраивается.

При

включении

Шестерня 35 на валу X выводится из зацепления с шестерней
37, включаются муфты М2 и М4, а муфта М3 остается выключен¬
ной. В

этом

муфтой М2,

МА

и

В

случае вращение

XI,

валом

множительным

от

IX валу XIV передается
конусом шестерен, муфтой

вала

механизмом

с

механизмом.

схеме положении двухвенцовая
шестерня
/>ю передает вращение ходовому валику XVII через двухвенцовую шестерню 56, обгонную муфту М0 и вал XV, для осущест¬
показанном

вления

на

При смещении шестерни
зубчатый венец входит в зацепление с ше¬
стерней 56, жестко закрепленной на валу XV, и вращение по¬
следнему передается помимо обгонной муфты, что необходимо

Бю

механических подач суппорта.

влево

ее

левый

для нарезания торцовых

394

резьб,

От ходового

валика

XVII вращение через

предохранительную муфту Мп

колеса

27 20 28,

червячную передачу 4 20

и

со¬

передней шестерней 40
муфт М7 и
зубчатыми
М9, а задней шестерней 40
через паразитное колесо 45 с зуб¬
чатыми венцами кулачковых муфт MQ и М8.
-При сцеплении кулачковых муфт М6 или М7 включается ме¬
ином
ханическая продольная подача в том или
направлении,
общается валу XIX. Последний
непосредственно

с

венцами

при этом вращение от
ленной на нем реечной
Поперечная подача

М8

связан

кулачковых

XX передается валу XXI с закреп¬
шестерней 10 колесами 14 66.
в ту или иную сторону включается муф¬

вала

тогда вращение от вала XXII передается попе¬
речному ходовому винту XXIII шестернями 40 61 20. При
одинаковой настройке коробки подач поперечные подачи имеют
тами

или

М9,

вдвое меньшую величину, чем продольные.

Быстрые перемещения суппорта в продольном и поперечном
направлениях осуществляются от отдельного электродвигателя,
расположенного в задней части станины станка, через клиноре¬
менную передачу 85 147, ходовой валик XVII и далее по тем
же кинематическим цепям фартука, по которым передаются ра¬
бочие подачи суппорта. Скорость быстрых продольных переме¬
щений

составляет 3,8 м/мин.
Конструктивные особенности. Станок 1К62

имеет

жесткую

станину коробчатой формы с поперечными П-образными реб¬
рами и усиленными направляющими для продольных салазок
суппорта.
Станина смонтирована на двух пустотелых тумбах. В перед¬
ней тумбе установлен электродвигатель привода станка, а в зад¬
ней расположен бак для охлаждающей жидкости.
Задняя бабка закрепляется на станине одной рукояткой 11

(фиг. 153), однако она имеет при этом также дополнительный
болтовой зажим, используемый при сверлильных и тяжелых то¬
карных

Для

работах.
предотвращения травмирования

отлетающей стружкой

станок

оснащен

рабочего сходящей или
быстрооткидывающимся

щитком с прозрачным козырьком 7.
Все электрооборудование сосредоточено

Е,

установленном позади станка,

с

правой

в

отдельном

шкафу

его

стороны.
Пуск и остановка главного. электродвигателя осущест¬
вляются кнопочной станцией, смонтированной на правой верх¬
ней части фартука.

Для

экономии

электроэнергии

реле, ограничивающее время

При нейтральном

на

станке

холостого

хода

1К62 установлено
главного

электро¬

положении

рукоятки управления
пусковыми фрикционами, когда шпиндель не вращается, реле
автоматически,
определенный
промежуток
времени
через
(5 8 сек) отключает электродвигатель от электрической цепи.

двигателя.

395

Вместо
станке

трех

1К62

рукояток

имеется

управления

только

одна

подачами суппорта

рукоятка,

расположенная

на
с

фартука (фиг. 156). С

помощью этой рукоятки
можно управлять перемещениями продольных и поперечных са¬
лазок суппорта. При наклоне рукоятки влево (по стрелке а)

правой

суппорт

стороны

перемещается

к

передней бабке,

при наклоне вправо
(по стрелке в) суппорт пе¬
ремещается к задней баб¬
ке.
Наклон рукоятки от
себя (по стрелке б) вклю¬

чает

подачу
поперечную
по направлению

суппорта
к

центру, а наклон руко¬
на себя (по стрелке

ятки

г)

подачу
поперечную
суппорта от центра.
Включение
быстрых

перемещений суппорта

во

всех
ях

четырех направлени¬
осуществляется также

этой

рукояткой,

полнительным
кнопки

Фиг. 156. Однорукояточное управление фартуком.

жет быть выведена из зацепления с

но

с до¬

нажимом

К, встроенной

в

шарик рукоятки.
Для большей безопас¬
ности в работе реечная
шестерня 10 (фиг. 155)

при нарезании резьбы мо¬
В этом случае махо¬

рейкой.

ручной продольной подачи вращаться не будет.
Для обеспечения механической подачи задней бабки при
сверлильных работах к последней вплотную подводят продоль¬
вичок

суппорта и путем перемещения поперечных салазок
себя» закрывают специальный замок 9 (фиг. 153), соединяя
суппорт с задней бабкой. После этого при включении продоль¬
ной подачи суппорта будет перемещаться также и задняя бабка.
ные салазки

«на

§

99.

Прочие

типы

станков

токарной группы

Лобовые и карусельные станки. Эти станки предназначаются
обработки крупногабаритных деталей больших диаметров,

для

сравнительно небольшой длины типа: маховиков, шкивов, за¬
зубчатых колес, дисков и соответствующих корпусных
деталей.
Лобовые станки отличаются от универсальных токарных
станков некоторыми конструктивными особенностями и в пер¬
вую очередь
отсутствием задней бабки. Деталь закрепляется
но

готовок

396

планшайбе станка. Установка, выверка и закрепление тяже¬
деталей, а также промеры их в процессе обработки связаны
с большими трудностями и отнимают много
времени. В боль¬
шинстве случаев лобовые станки имеют один, редко два суп¬
на

лых

порта.
Шпиндель
очень

опоры шпинделя лобовых станков работают в
условиях и быстро выходят из строя

и

неблагоприятных

консольного расположения
имеющих большой вес.

обрабатываемых

обработки деталей

станках

вследствие

лей,

Точность

Вследствие

всех

этих

лобовых

на

в

недостатков

дета¬

невысока.

время выпуск
выпускают карусель¬

настоящее

лобовых станков прекращен. Вместо них
ные станки, которые служат для тех же целей, но не имеют
большей части недостатков, присущих лобовым станкам.

Карусельные станки (табл. 18, тип 5) имеют вертикально
расположенный шпиндель, а их планшайба вращается в гори¬
зонтальной плоскости. Поэтому установка, выверка и закрепле¬
ние на ней деталей не вызывает особых трудностей. Вес детали
подпятником

воспринимается

и

направляющим^

круговыми

планшайбы, благодаря чему шпиндельный узел работает
мальных

условиях.

деталей

станках

станках.

Промеры обрабатываемых

также

Конструкция

значительно

новых

проще,

на

чем

в

нор¬
карусельных
на
лобовых

отечественных

ков допускает полное использование

карусельных стан¬
твердосплавного режущего

инструмента.
Многорезцовые станки (табл. 18, тип 7). Принцип многорез¬
цовой обработки заключается в том, что вместо последователь¬
ной обточки различных участков, деталей, требующей частой
смены резцов и многократных
промеров, используется метод
концентрации переходов, при котором все участки детали обра¬
батываются одновременно комплектом
резцов, заранее на¬
строенных на заданные размеры.
Время настройки многорезцовых станков весьма значи¬
тельно,

их

поэтому

целесообразно только при
партий деталей, т. е. в основном в усло¬

использование

изготовлении больших

крупносерийного и массового производства.
Применение в современных многорезцовых станках гидро¬

виях

копировального

стройку

станка

успешно

Наличие

изготовление

(что

значительно

детали

но

на¬

на

эти

позволило

станки

многорезцовых

станках

фасонных деталей.
Поскольку многорезцовые токарные

ступенчатых,

упрощает

производительность)
и в условиях серийного про¬
гидрокопировального устройства обеспечи¬

повышает его

использовать

изводства.
вает

устройства
и

не

только

много¬

и

одновременно

станки

обрабатывают

несколькими

резцами, то для преодоле¬
момента
от
тангенциальных

ния
суммарного
крутящего
составляющих сил резания они выполняются с весьма

мощным
397

и

приводом

имеют

обрабатываемые
достаточно

на

жесткую массивную конструкцию. Детали,
многорезцовых станках, также должны быть

жесткими.

Многорезцовые станки отличаются от токарных тем, что они
имеют один передний и один или два задних суппорта. Перед¬
нему суппорту сообщается только продольное движение подачи,
которое служит для одновременной обточки
ских, и при наличии специальных копиров
ских

поверхностей. Задние суппорты

имеют

всех

цилиндриче¬

пологих

кониче¬

только

поперечное
служат для подрезки торцов, обточки ко¬

движение подачи и
ротких конических и фасонных поверхностей,

выточки

канавок

других подобных работ.
На фиг. 157, а показана типовая схема обработки шестернивалика на обычном многорезцовом станке. Резцы 8 14, закреп¬
ленные в переднем
суппорте, служат для обработки соответ¬
ствующих цилиндрических участков валика; резец 15 с помощью
копира обтачивает коническую поверхность шестерни; резцы /,
3 и 4 заднего суппорта служат для подрезки торцов; резец 2
и

обеспечивает получение короткой фасонной поверхности
нем торце конической шестерни, резцы 6 и 7 снимают
а резец 5
прорезает канавку. В случае обработки этой
тали

на

станке

на

зад¬

фаски,
же

де¬

с

гидрокопировальным суппор¬
том (фиг. 157, б) количество резцов, а следовательно, и время
наладки станка, резко сокращаются. Резцы 1, 2, 3 и 4 заднего

многорезцовом

суппорта в этом случае подрезают торцы и вытачивают канавку.
Все остальные поверхности обрабатываются резцом 5, установ¬
ленным в гидрокопировальном суппорте.
Револьверные станки (табл. 18, тип 3). Принцип работы

револьверных

станков заключается в том, что весь

данной операции

необходимый

комплект

режущих инстру¬
ментов
(резцов, сверл, зенкеров, разверток, плашек и т. п.)
заранее, в соответствии с конфигурацией и размерами обраба¬
тываемой детали, закрепляется в приспособлениях станка и по
мере надобности последовательно и быстро устанавливается
для производства

в

рабочее

положение.

Так как для настройки револьверных станков необходимы
довольно сложная осластка и весьма значительное время, то
они

обычно

использовались

только

в

серийном

и

крупносерий¬

ном

производстве.
Однако применение группового метода обработки деталей,
предложенного д-ром техн. наук, проф. С. П. Митрофановым и
основанного на использовании групповых приспособлений, при¬
годных для обработки не одной, а группы аналогичных деталей,
позволяет
в

использовать

револьверные

мелкосерийного производства.
Основным отличием револьверных станков

станки

и

условиях

ных

398

рационально

токарных

станков

является

наличие

от универсаль¬
продольного суппорта

Поперечные суппорты

Задний суппорт

Обрабатываемая

деталь

копир
**

Копировальный суппорт

Фиг. 157. Схема обработки шестерни-валика
ках:

а

обычной

конструкции; б
портом.

с

на многорезцовых
гидрокопировальным

стан¬

суп¬

399

револьверной головкой и отсутствие задней бабки. Револь¬
верные станки, предназначенные для обработки деталей из
пруткового материала, кроме того, снабжаются приспособле¬
нием для подачи и зажима прутка.
Револьверные головки бывают с горизонтальной и верти¬
кальной осями вращения. Вертикальные револьверные головки
с

обычно

делают шестигран¬
ными, а горизонтальные
круглыми.

Фиг. 158. Схема обработки
револьверном

ниппеля

на

станке.

Станки с.вертикальной револьверной головкой кроме про¬
дольного суппорта имеют также поперечный для производства
отрезных и подрезных

работ.

Станки

верной головкой поперечного суппорта

с

горизонтальной револь¬

не имеют, так как в этом

случае подрезка и отрезка осуществляются за счет медленного
поворота револьверной головки относительно своей оси. Мед¬
головки
может производиться
ленное вращение револьверной
как вручную, так и механически. На фиг. 158 показана схема

настройки револьверного станка с вертикальной револьверной
головкой*и поперечным суппортом для обработки ниппеля.
В позиции I револьверной головки пруток подается до упора,
в позиции II с помощью резцовой державки и центровки про¬
изводится обточка по диаметру D{ и центрование отверстия.
В позиции III обтачивается поверхность по диаметру D2 и свер¬
лится отверстие диаметром d\. Сверление отверстия диаметром
d2 и обточка пояска диаметром Z)3 производятся в позиции IV

револьверной

головки.

расточных резцов 1 и 2, установленных
поперечного суппорта, последовательно растачивается
отверстие диаметром d3 и вытачивается внутренняя канавка.
С помощью развертки, установленной в позиции V револьвер¬

Далее,

в головке

400

с

помощью

ной головки, производится окончательная обработка отверстия
диаметром d3.Канавки под резьбу и по диаметру D{ прорезаются
резцом 3. Резьба нарезается в позиции VI револьверной голов¬
ки

плашкой, закрепленной
Резец 3 служит

для

в

также

подрезки торца

патроне.
отрезки деталей, а

специальном

для

подачей прутка

перед

резец 4

до упора.

Токарные автоматы и полуавтоматы (табл. 18, типы 0,1
Вследствие значительных затрат времени на настройку
а

ладку,
ные
в

также
и

автоматы

массовом

В

и

изготовление специальной оснастки токар¬
полуавтоматы применяются преимущественно

на

все

типа

данного

виды

движения

рованы. Изменение скорости движения резания
и

ний,
в

рабочих движений

выключение

автоматах

Автоматы

и

автоматизи¬

и подачи,

вклю¬

холостых

перемеще¬
органов в различные позиции и все
элементы
станком
управления
производятся
и полуавтоматах без участия рабочего.

установка

остальные

2).
на¬

крупносерийном производствах.

станках

чение

и
и

рабочих

отличаются

от

полуавтоматов

только

тем,

что

первых установка и закрепление заготовки и сня ^ие готовой
детали также производятся автоматически, а у вторых эта опе¬
рация осуществляется вручную.
Автоматы бывают одношпиндельные и многошпиндельные.
Одношпиндельные автоматы, в свою очередь, под¬

у

разделяются на фасонно-отрезные автоматы, автоматы продоль¬
но-фасонного точения и токарно-револьверные автоматы.
У фасонно-отрезных автоматов суппорты имеют только по¬

перечное перемещение, а револьверная головка отсутствует. По¬
этому на них можно обрабатывать детали сравнительно про¬
стой конфигурации и небольшой длины.
У автоматов продольно-фасонного точеная шпиндельная пе¬
редняя бабка совместно с обрабатываемой деталью имеет про¬
дольное

можно

подачи

движения

обрабатывать

относительно
со

Задавая определенный

перемещение.

скорости

детали

большой

сверлильным

и

изделия

весьма

длины.

и

сложных

Наличие

резьбонарезным

расширяет технологические
токарных автоматов.

больше

закон

изменения

поперечных

суппортов,

конфигураций

продольного

приспособлениями
возможности

и

суппорта

этого

еще
типа

Токарно-револьверные автоматы (табл. 18, тип 1) представ¬
ляют собой автоматизированные револьверные станки.
и
автоматы
Много шпиндельные
полуавто¬
маты

(табл. 18,

тип

В СССР

2)

строятся

в

основном

с

четырьмя,

пятью

и

шестью

изготовляются

четырех- и ше¬
стишпиндельные автоматы и полуавтоматы. Шестишпиндельные
автоматы строятся как с горизонтальным, так и с вертикальным
шпинделями.

расположением шпинделей.
401

ГЛАВА
СВЕРЛИЛЬНЫЕ СТАНКИ

§

100.

XX
И

РАБОТА

НА

НИХ

Сверлильные работы

Назначение.

Большинство деталей машин и механизмов
Последние бывают неточные
кре¬
пежные и точные
посадочные. Отверстия бывают сквозные
и глухие, цилиндрические, конические и резьбовые. По своему
расположению отверстия в деталях бывают соосные, параллель¬
ные, с пересекающимися или перекрещивающимися осями. Осо¬
бое место занимают глубокие отверстия, в которых длина в 10
и более раз превышает их диаметр.
Станки сверлильной группы предназначены для обработки
имеет

круглые отверстия.

всех типов

круглых отверстий

отверстий.
Классификация.

и

в

редких случаях

многогран¬

ных

станков.

Имеется

Основные

типы

много
этого

разновидностей сверлильных
оборудования представлены

табл. 19.
Наибольшее распространение имеют одношпиндельные вер¬
тикальносверлильные станки (табл. 19, тип 1). Они бывают на¬
стольными, настенными и стандартного типа (на колонне). На¬
стольные станки весьма быстроходны, они применяются для
обработки отверстий диаметром до 5 8 мм. Например, у на¬
в

сверлильных станков модели 2А106 шпиндель имеет
1545 до 15 000 об /мин.
Широкое распространение имеют также радиальносверлиль¬
ные станки (табл. 19, тип 5). Последние бывают стандартного

стольных

от

типа, универсальные и щирокоуниверсальные (переносные).
Многошпиндельные сверлильные станки также строятся раз¬
личных типов: рядовые, у которых все шпиндели расположены
в один ряд, колокольные (табл. 19, тип 3) и агрегатные, исполь¬
зуемые в крупносерийном и главным образом в массовом про¬
изводствах.
Особое место в группе сверлильных станков занимают рас¬
точные станки. Наиболее универсальными из них являются го¬

ризонтальнорасточные
ные

402

станки

станки

предназначены

(табл. 19,
для

тип

6). Алмазно-расточ¬

получения

точных и чистых

отверстий.
служат для

Координатнорасточные
обработки точных и

(табл.

19,

тип

4)

взаимосвязанных

от¬

станки

строго

верстий.
Процесс

сверления. Единственным инструментом, позволяю¬
щим путем механической обработки получить глухие и сквоз¬
ные отверстия в сплошном
материале, является сверло. Сверла
бывают разных типов: перовые, спиральные, пушечные, кольце¬
вые

и

комбинированные

Основным

видом

(фиг. 159).
Элементы
ментов:

а

специальные.
является

сверл

сверла.
б

головка,

Фиг.

Сверло

состоит

рабочая

159.

спиральное

часть,

из

в

сверло

следующих

хвостовик,

эле¬

г

Спиральное сверло.

У сверл с цилиндрическими хвостовиками лапки отсут¬
ствуют. Спиральное сверло представляет собой двухлезвийный
инструмент, поэтому у него в отличие от резца имеются две пе¬
редние поверхности 1, две главные задние поверхности 2, две

лапка.

вспомогательные
ственно

два

задние

главных

поверхности

лезвия

4,

3

(ленточки)

и

соответ¬

два вспомогательных лезвия 5

6. Кроме того, у сверла пересечение главных
поверхностей образует поперечное лезвие 7.
Геометрия сверла. Задние углы а у сверла перемен¬
ные, они увеличиваются от периферии к центру сверла, достигая
30°. Передние углы у, наоборот, максимальное
величины 25
значение имеют у периферии сверла и уменьшаются
по мере
к
зависят
от
приближения
центру. Передние углы
углов со на¬
и

две

вершины

задних

чем
больше углы со, тем больше и
клона винтовых канавок:
углы у.
Удвоенный угол в плане 2ф принимается для сверления от¬
верстий в стале и чугуне около 116 118°. Для обработки алю¬
миния
и
латуни угол 2ф делают равным 130 140°, а для

403

Таблица 19
Основные

станк

типы

сверлильной группы

станков

Основные узлы

Общий вид станка

Область применения

Тип

1

основание;
3

2 стол;

Вертикальносвы

шпиндель; 4
кронштейн; 5

коробка
стей;
лонна

скоро¬
6 ко¬

Для
обработки
отверстий в дета¬
весом до 25 кг
и сравнительно не¬
больших размеров
в
условиях инди¬

лях

видуального

и

се¬

произ¬

рийного
водства

1.

сверлиьны

1 основание;
2

стол;
шпиндели;

3
4

многошпин¬
дельная
ка

Многшпидельы
3.

404

голов¬

колокольно¬

го типа;

5 при¬

вод; 6 стойка

Для одновремен¬
ной обработки не¬
скольких
стий

в

отвер¬
деталях

размеров
средних
и веса в условиях

серийного и
носерийного
изводства

круп¬

про¬

Продолжение табл. 19

станк

Основные узлы

Область применения

1 основание;
неподвиж¬
ная
колонна;

Для
обработки
отверстий в круп¬

Общий вид станка

Тип

2

Радильносверы
5.

Горизнтальсчые

3 вращающая¬
ся колонна;

траверса; 5
ханизм

4
ме¬

подъе¬

ногабаритных де¬
талях большого ве¬
са в индивидуаль¬
и
ном
серийном

производствах

и

ма

опускания
траверсы; 6

7

бабка;
шпиндель;
стол

8

1
станина;
2 задняя стой¬
ка;
3 крон¬

штейн; 4 стол;
5
шпиндель;
6
планшайба;
7
передняя

Для

обработки
и

взаимо¬

связанных

отвер¬

точных

стий

(соосных,

па¬

пер¬
раллельных,
пендикулярных) в

корпусных деталях

стойка; о баб¬
ка

6.

станина;

1

2

Кординатсчые

стойка; 3

привод;

4

кронштейн; 5
шпиндель; 6
стол; 7 салаз¬
ки; 8 отсчетные устройства

Для
особо
строго
занных
в

обработки
точных

и

взаимосвя¬
отверстий

приспособлениях,

штампах и корпус¬
ных деталях

г.

405

сверления неметаллических материалов
75 80°.

Вспомогательные

равны нулю.
Элементы

углы

в

плане

еще меньше: порядка
у

спиральных

сверл

глубину резания t при сверлении
Величиной
подачи 5 является пере¬
принимают радиус сверла.
мещение сверла вдоль своей оси за один оборот. Однако по¬
За

среза.

скольку спиральное сверло имеет два главных лезвия, то тол¬
щина для каждого из двух срезов будет определяться исходя
из половины величины подачи s. Суммарное поперечное сечение
срезов, как и для резца, равно произведению глубины резания
на величину подачи, т. е. fc
t»s.
Силы резания. В процессе работы на сверло действует
осевая сила Р0 (фиг. 159) и крутящий момент Мкр. Их вели¬
=

чину,

как и

при

токарной обработке, определяют

по

формулам

таблицам.
Основные виды работ (табл. 20). Для получения отверстий

или

5-му классу точности в сплошном материале применяют опе¬
рацию сверления. Для обработки отверстий диаметром до 50
80 мм используют спиральные сверла, а для изготовления от¬
верстий больших размеров применяют пустотелые кольцевые
сверла. Точные и чистые отверстия до 2-го класса точности
по

включительно

обрабатывают последовательно тремя инструмен¬
разверткой. Для получения отверстий

тами: сверлом, зенкером и

по 2-му классу точности диаметром более 15 18 мм
серийного
двукратное
производства
применяют

в

условиях
разверты¬

вание.

Обработка отверстий
пок

под головки винтов, шурупов и закле¬
или зенковками соответствующей

производится зенкерами

конфигурации.
Торцы у отверстий обрабатываются цековками (торцов¬
ками). Для обработки сквозных резьбовых отверстий приме¬
одиночные удлиненные метчики. Глухие резьбовые отвер¬
обрабатываются последовательно наборами из двух или
трех метчиков. Операция растачивания отверстий производится
только на расточных станках.
Сверлильные станки для этой
не
приспособлены.
работы
Растачиванием можно обработать отверстия любых разме¬
ров от 3 5 мм и выше. Применяя тонкое растачивание при
больших скоростях резания (150 300 м/мин), небольшой глу¬
бине резания (0,02 0,1 мм) и малой подаче (0,05 0,1 мм/об),
няют

стия

можно

получать

отверстия

поверхности до 10-го

до

1-го

класса

точности

с

чистотой

класса.

от 12
более закрепляются в шпинделе сверлильного станка
и удерживаются там благодаря наличию
у них конического хво¬
стовика с лапкой. Конус точно
центрирует инструмент относи¬
тельно оси шпинделя, и передает
крутящий момент от шпинделя

Приспособления. Режущие инструменты диаметром

15

406

мм

и

\

!

50

цилндри¬ материл
возмжнсти глухи сплошнм
станкх Технолгичск сквозных отверстий
Сверлние ческих диаметро
до

от

мм
500

сверлиьных

выполняемх

Инструмен

ских ных

до

|

сверло

сверло

цельный

насдный

Спиральное

Пустоел

Зенкер

Зенкер

работ,
виды

Основые

обра тки*
Схема

Операци

Сверлние

и

5-й

0,15

на

т.

клас

80

в

п,)

пдиаметро оверхнсти обраотки класы поверхнсти
сверлние За4-й
сверлами обраоткиобра тной цилндчскх предваитльно методами обраоткиобра тной
ш
т
а
м
п
о
в
к
,
клас ы
класы
о
т
в
е
р
с
и
й
,
иными
Пустоелыми Точнсть Чистоа 34-й Зенкро&аие прошивка, Точнсть Чистоа 45-й
и

мм

и

кониче¬ получен¬(литье,

от

Зенкроваие

20

табл.

Продлжени

по-

пред¬ точной

возмжнсти

цилндрче¬ котрые обраотке клас поверхнсти
достачн

чистых

вин¬

потайные, голвки
под

2 3-й

оточных тверсий, обра тной отверстий цилндрческ
Технолгичск коничесх подверглсьмевхасниечгскоой обраотки класы заклепо
Получени варительно чаще Точнсть Чистоа б7-й Зенковаие лупотайные
косзубая
к
о
н
и
ч
е
с
а
я
п
р
я
м
о
з
у
б
а
я
Инструмен
и

и

и

и

ских

тов

Развертка

Развертка

Зенкова

обраотки
Схема

Операци

Развертыни

Зенковаие

поверхнсти
обратной
класы

Чистоа 4 6-й

цилндрческая
Зенкова

(на

и

винтов,
голвки

резьбы глухи мм обра ты¬ тремя

п
о
в
е
р
х
н
с
т
и
поверхнстй
под

и

до

или

крепжной сквозных отверсия двумя
метчика точнси диаметро резьбовые
Нарезние клас отверсияхбольше Глухие ваются метчика
3

от

п.
т.

в

торцвых обра тной
отверсий)шайб, класы
Обраотка выходе болтов,Чистоа 4 5-й
и

последватьн

гаек

3-го

(цекови)
Торцвки

Метчик

резьбы

Торцевани

40

Нарезние

к

инструменту, а лапка предохраняет инструмент от провора¬
в конусе шпинделя. Если
конус инструмента меньше
размера конуса шпинделя, то применяют соответствующие пе¬
реходные конические втулки (фиг. 160,а).
Инструменты с цилиндрическими хвостовиками закреп¬
ляются в патронах различного типа:
двухкулачковых, трехку¬
лачковых, цанговых или быстросменных. Трехкулачковый пат¬
рон распространенной конструкции показан на Лиг. 160.6.
В условиях серийного производства
при необходимости быстрой смены ин¬
струмента без остановки станка, при по¬
следовательной
обработке
отверстия
чивания

и
сверлом, зенкером
разверткой ис¬
пользуются
быстросменные
патроны

Фиг. 160.
в

Приспособления для закрепления инструментов

шпинделе

ческая

станка:

сверлильного

втулка;

б

а

переходная

трех кулачковый патрон;
сменный патрон.

в

кони¬

быстро¬

(фиг. 160, в). Для смены инструмента кольцо 1 поднимается
вверх; при этом шарики 2 под действием центробежных сил
расходятся, и инструмент со втулкой 3 свободно выходит из
патрона. После установки очередного инструмента кольцо 1
опускается вни-з и своими скосами принудительно заводит ша¬
рик 2 в углубление т, имеющееся во втулке 3. Шарики 2 удер¬
живают инструмент от выпадения и
одновременно передают ему
крутящий момент от шпинделя.
Обрабатываемые

детали

в

зависимости

конфигурации либо просто устанавливаются
ваются
шинных

в

на столе.
410

нужном

тисках.

положении

Крупные

от

их

размеров

и

на столе и

удержи¬
руками, либо закрепляются в ма¬

детали закрепляются непосредственно

В серийном и массовом производствах для закрепления де¬
талей используются специальные кондукторы, располагающие
закаленными
наличие
направляющими
втулками,
которых
обеспечивает получение точного рас¬

тельной

их

На

разметки.

изображен кондуктор
одного

без

отверстий

положения

отверстия

в

для

предвари¬
фиг. 161
сверления

5, распо¬

детали

параллельно к опорной по¬
верхности детали. Кондуктор состоит
из
4, к которому при
угольника
помощи шарнирно-рычажного зажи¬
1 прижимается обрабатываемая
ма
5
и
деталь
кондукторной плиты 3

ложенного

с

втулкой 2, расположенной

ном

расстоянии

обрабатываемой

сти

щей

§

на

точ¬

базовой поверхно¬

от

детали

и

служа¬

для направления инструмента.

101.

Вертикальносверлильные

станки

Фиг. 161. Кондуктор
нирно-рычажным

Основные узлы

и движения.

кальносверлильный станок
ной конструкции (фиг. 162)

с шар¬
зажимом.

Верти¬

современ¬

состоит из основания 1, колонны 6,
коробки скоростей 5, направляющего кронштейна 4, в котором
смонтированы механизм подач и шпиндельный узел 3, стола 2 и
противовеса, расположенного внутри колонны.

Коробка скоростей с
руется на верхней части
основании.

менно

Последнее

баком

для

щий кронштейн

приводным электродвигателем монти¬
колонны, которая устанавливается на

делается пустотелым и является одновре¬
жидкости. Направляю¬

сбора охлаждающей

со

узлом и стол могут переме¬
и. закрепляться в
нужном
размерами обрабатываемой де¬

шпиндельным

щаться по направляющим
положении, в соответствии

колонны
с

тали.

В

вертикальносверлильных станках движение резания и
получает шпиндель с режущим инструментом.
Для совмещения оси шпинделя с осью обрабатываемого от¬
верстия необходимо вручную перемещать обрабатываемую де¬

движение подачи

таль

на

столе

станка.

Вследствие

этого

вертикальносверлиль¬
успешно могут применяться только для обработки
сравнительно нетяжелых и компактных деталей.
Кинематические схемы станков. У всех типоразмеров верти¬
кальносверлильных станков с максимальным диаметром сверле¬
ные

станки

ния от 18 до 75 мм кинематические схемы построены по
одному
принципу. Для примера рассмотрим кинематическую схему
станка модели 2А135 (фиг. 163, см. вклейку в конце книги).

411

Вращение от электродвигателя мощностью 4,5 кет с числом
1440 об /мин передается с помощью клиноременной
оборотов п
передачи со сменными шкивами валику / коробки скоростей.
=

Валик II
ния

в

зависимости

тройного

шестерен

Бх

от положе¬

подвижного

блока

получает три различ¬

ные

скорости вращения, которые
передаются валику III зубчатыми
колесами 34 48. Тройной блок Б2
с валика///
IV
валику
утраивает

при передаче вращения

пустотелому
количество

скоростей,

доведя их до

девяти.
Все эти девять

скоростей враще¬
передаются от валика IV через
шлицевое соединение шпинделю V<
От последнего через шестерни 27
50 и 27 50 получает вращение ко¬
ния

робка подач, состоящая из двух ме¬
с выдвижной шпонкой.
ханизмов

Коробка
вать

12

Однако

подач

скоростей
ко

Фиг.

162.

Общий

вид верти¬
станка.

кальносверлильного

И
От

практически

величин

гильзе

шпинделя,

и

обеспечи¬

имеется толь¬

подач.

валика
VIII коробки подач
вращение через предохранительную
муфту М1 передается соооному с
ним валику IX и далее через
чер¬
вячную передачу 1 47, кулачковую
муфту М2 и валик X
реечной ше¬
стерне 14. Последняя находится в
зацеплении

на

должна

различных величин подач.
вследствие совпадения двух

с

рейкой, закрепленной

сообщает ему осевую подачу. Ручное

шпинделя, а также включение и выключение
ханических подач производится штурвалом III.

перемещение

Перемещение

ме¬

колонне направляющего кронштейна с ме¬
производится рукояткой Рх через червячную
передачу 1 32 и реечную шестерню 18. Подъем и опускание
ханизмом

по

подач

стола

производится вручную рукояткой
шестерни 16 43 и ходовой винт XII.

§ 102. Прочие

типы

Радиальносверлильные

станков

412

может

конические

сверлильной группы

(табл. 19, тип 5). Вращаю¬
траверсой 4 и шпиндельной баб¬

станки

щаяся колонна 3 совместно с

кой 6

Р2 через

поворачиваться

относительно оси

неподвижной

ко-

того, шпиндельная бабка может перемещаться
направляющим траверсы. Эти движения позво¬
радиально
ляют устанавливать ось шпинделя в любой точке площади коль¬

Кроме

2.

лонны

по

цевого сектора, ограниченного окружностями максимального
и минимального радиусов предельных положений оси шпинделя
на траверсе и образующими угла поворота траверсы.

Таким

образом, конструкция радиальносверлильных станков
приспособлена для обработки отверстий в крупно¬
габаритных и тяжелых деталях, так как позволяет при непо¬

специально

закрепленной

движно

совмещать оси

детали
за

деля

с

лонны

счет

или

столе

на

основной

обрабатываемых отверстий

перемещения шпиндельной бабки

плите

станка

с осью

и

шпин¬

поворота

ко¬

траверсой. В конструкциях универсальных радиально¬
на

шпинделя

траверса и шпиндельная бабка монти¬
кругах, что позволяет установить ось
любым углом в пространстве для сверления

станков

сверлильных
руются

на

поворотных
под

отверстий.
Многошпиндельные сверлильные станки. Существует
разновидностей многошпиндельных сверлильных станков,
наклонных

дый

из

которых предназначен для решения определенных

нологических
ков

задач.

используются

ного

и,

ряд
каж¬

главным

Однако

только

в

образом,

все

типы

многошпиндельных

условиях

массового

тех¬
стан¬

серийного, крупносерий¬

производства.

Обработка в одной и той же детали отверстий различных
диаметров или одного отверстия различными режущими инстру¬
ментами
(сверлом, зенкером, разверткой) связана с большой
затратой времени на частую смену
Применение многошпиндельных
щим

столом

ляет

и независимым

заранее устанавливать

режущих инструментов
на

инструментов.
сверлильных станков
приводом каждого шпинделя

их

и

в

в

шпинделях

дальнейшем

не

с

об¬

позво¬

необходимый набор
затрачивать времени

смену.

Одновременная обработка

ряда отверстий с параллельными
либо
на
станках
колокольного
типа
производится
(табл. 19, тип 3) с переставными шпинделями, либо на агрегатных
станках с постоянным расположением шпинделей. Первые при¬
в массовом
меняются в серийном, а вторые
производстве.
Расточные станки. Сверлильные станки позволяют произво¬
дить обработку отверстий сравнительно небольшого диаметра
осями

до 80 100 мм. В то же время при изготовлении крупных машин
часто встречается необходимость в обработке отверстий в кор¬

пусных деталях диаметром до

нескольких

метров.

Сверлильные станки не приспособлены также для обработки
точных отверстий, к которым предъявляются строгие требова¬
прямолинейности оси и расположения относи¬
других поверхностей деталей. Для решения этих задач
наиболее приспособленными являются расточные станки.
ния

в

отношении

тельно

413

Горизонтальнорасточные

станки

(табл. 19,

тип

6)

являются

наиболее универсальными из всей группы сверлильных станков.
На них, кроме операций, для которых приспособлены обычные

сверлильные станки, можно также производить расточку отвер¬
стий, обточку бобышек, подрезку резцом наружных и внутреннихторцов, расточку внутренних канавок, нарезку резцом внут¬
ренних резьб, а также все фрезерные операции.
Движение резания получает шпиндель 5 или планшайба 7.
Движение подачи может сообщаться шпинделю вдоль его оси,
летучему

8

суппорту

по

радиусу

планшайбы, шпиндельной баб¬

вертикальном направлении и столу 4 в
поперечном направлениях. Кроме того, верхняя
жет поворачиваться на 360° вокруг своей оси.

ке

в

продольном
часть стола

и

мо¬

модели расточных станков строятся без план¬
и летучего суппорта, который служит для расточки ка¬

Некоторые
шайбы

подрезки торцов

навок,

и

Координатнорасточные
в

станки

первую очередь высокой

специальных

отсчетных

работ.
(табл. 19, тип 4)

тому подобных
точностью

устройств

изготовления

(механических,

отличаются

и

наличием

оптических

электрических), позволяющих производить установку стола
обрабатываемой деталью относительно оси шпинделя по двум
координатам с точностью до 0,01 0,005 мм. Благодаря этому
на координатнорасточных станках можно обрабатывать отвер¬
или

с

стия

до

1-го

±

0,01

класса

точности

расстояния

данные

включительно
осями

между

и

выдерживать

отверстия

с

точностью

за¬
до

мм.

станки особенно необходимы в инструментальных цехах
производства кондукторов, приспособлений и штампов,
а также в экспериментальных цехах для изготовления первых
образцов деталей без кондукторов и приспособлений.
Алмазно-расточные станки предназначаются для обработки
особо точных отверстий с весьма чистой поверхностью. Высокая
точность и чистота при работе на алмазно-расточных станках

Эти

для

достигается за счет использования в качестве
мента

алмазов

или

их

заменителей

режущего инстру¬

(металлокерамические

сверхпрочная керамика), а также применения особых
режимов резания: высоких скоростей, небольших глубин реза¬

сплавы и

ния и

в

малых

подач.

Алмазно-расточные станки нашли широкое распространение
автотракторной и моторостроительной промышленности для

расточки блоков цилиндров,

гильз,

шатунов

и

других работ.

ГЛАВА XXI
ФРЕЗЕРНЫЕ СТАНКИ

И

РАБОТА НА НИХ

Характер работ, производимых на фрезерных станках,
разнообразен, чаще всего эти станки используются для
обработки плоскостей, пазов, канавок, нередко фрезерные
станки применяются для обработки линейных фасонных поверх¬
ностей. Специальные виды фрезерных станков приспособлены
для обработки сложных пространственных фасонных поверх¬
весьма

ностей.
В настоящее время,
ности

в

силу своей

высокой

производитель¬

широкой универсальности, фрезерные станки являются
распространенной группой после группы токарных

и

самой
станков.

§

103.

Классификация фрезерных

Консольнофрезерные
зуется тем,

что

станки.

Этот

них стол совместно с

тип

станков

станков

характери¬

обрабатываемой

деталью
может перемещаться в трех взаимно перпендикулярных напра¬
и под углом относительно
влениях, а у некоторых моделей

у

шпинделя. В силу своей универсальности и удобства в ра¬
боте консольнофрезерные станки являются самыми распростра¬
ненными из всех типов фрезерных станков. Они предназначены
для обработки сравнительно малогабаритных и нетяжелых де¬
оси

талей.

Консольнофрезерный
отечественным

выпускаемых
стола 400 X 1600 мм.
В зависимости

станок

самой

от конструкции

модели из
имеет размеры

крупной

станкостроением

консольнофрезерные

станки

именуют вертикальными, горизонтальными, универсальными и
широкоуниверсальными.
У вертикального станка (табл. 21, тип 1) ось шпинделя рас¬
положена перпендикулярно плоскости стола. Эти станки больше
станков других моделей приспособлены для обработки плоско¬

фрезами, а также для работ, выполняемых хво¬
фрезами. У некоторых моделей верти¬
кальнофрезерных станков шпиндель головки делается по¬
стей

торцовыми

стовыми

и

пальцевыми

воротным.
415

Таблица 21
Основные
Тип
станка

типы

фрезерных

станков

Основные узлы

Общий вид станка

1

основание;

2 привод; 3
станина; 4
шпиндель; 5
кон¬
стол; 6

Вертикальные

Назначение

Для фрезерова¬
ния плоскостей,
шпоночных кана¬
вок, тавровых па¬
зов, пазов типа
и

ласточкин хвост

соль

других работ

1.

5

в
1 основа¬
ние; 2 стани¬

УКонсль-фрезы ниверсальы
8.

на;

4

шпиндель;
стол; 7
соль;

416

кон¬

8 допол¬

хобота

зания

с

цилиндри¬

ческих

зубчатых

колес, спиральных
канавок и других

работ

кон¬

солью

2

7.

6

нительная связь

1

Широкунвесальы

3 привод;
хобот; 5

Для обработки
линейчатых по¬
верхностей, наре¬

основание;
консоль;

3 поворотная
стол;
часть; 4
5
вертикаль¬
ная

фрезерная

головка; 6 го¬
ризонтальная
бабка; 7 ста¬
нина

Для

обработки

штампов

прессформ, изготовле¬
ния режущего
инструмента и для

фрезерования
талей

де¬

сложной

конфигурации

Продолжение табл. 21
Тип
станка

1

станина;

2

Бесконльфрзы

Назначение

Основные узлы

Общий вид станка

поперечные
салазки;
3
стол;

4
фрезерная
бабка; 5 стой¬
ка; 6 привод
подач

Для обработки
плоскостей, пазов
и

на де¬

канавок

средних раз¬
меров при скоро¬

талях

стных режимах
резания

и бы¬

стрых переме¬
щений

5.

Продльнфезы

1

и

2

и

4

стойки;

3 фрезер¬

ные бабки;
5 привод
стол
бабки; 6

Для

обработки

тяжелых и крупно¬

габаритных

дета¬

лей, а также для
одновременной
обработки не¬
скольких деталей
средних размеров

6.

1
2

станина;
стол; 3
стойка для

обрабатывае¬

Копирвальн-фезы

мой детали
и копира; 4

копировальная
головка; 5

Для

обработки

штампов

пресс-

форм, металличе¬
ских моделей, ко¬
килей

и

других

деталей, имеющих
пространственно¬
сложную форму

шпиндельная

бабка; 6 стой¬
ка

бабки

4.

*/а14

Технология

металлов

417

У

горизонтальнофрезерных

станков

ось

шпинделя

распола¬

горизонтально, т. е. параллельно рабочей поверхности
стола. Эти станки предназначены в основном для обработки де¬
талей цилиндрическими, дисковыми, фасонными и другими на¬
гается

фрезами.

садными

являются

станков

8),
ротной

тип

Разновидностью горизонтальнофрезерных
универсальнофрезерные станки (табл. 21,

отличаются

которые

от

первых

только

наличием

пово-

части, позволяющей поворачивать и подавать стол под
к
оси шпинделя. Это позволяет на универсальнофрезер¬
углом
ных станках, кроме всех операций, производимых на горизон¬
тальнофрезерных станках, еще нарезать спиральные канавки на
сверлах, зенкерах, развертках, фрезах, зубчатых колесах и
других аналогичных деталях.
У широкоуниверсалькых фрезерных станков (табл. 21, тип 7)

обычно имеется два шпинделя: горизонтальный и поворотный
вертикальный. Стол у этих станков также поворотный. Широко¬
универсальные станки используются главным образом в инстру¬
ментальных цехах для изготовления специальных

приспособлений,

штампов,

обработки
Бесконсольнофрезерные

ростроении для

пресс-форм
сложных

и

по

инструментов,

в прибо¬
конфигурации деталей.
т.

п.,

а

также

станки. Они могут быть вертикаль¬
горизонтальными. В СССР строятся только вертикаль¬
ные бесконсольнофрезерные станки (табл. 21, тип 5), предна¬
значенные для обработки сравнительно крупных деталей. Эти
и

ными

что у них стол может перемещаться
перпендикулярных направлениях: про¬
дольном и поперечном. Вертикальное перемещение имеет сама
шпиндельная бабка.
Продольнофрезерные станки. Станки данной конструкции
станки

только

характерны тем,

в

двух

взаимно

типов:

строятся различных

(табл. 21,

6)

одношпиндельные, двухшпиндельные

портального типа, с тремя или четырьмя
шпиндельными бабками. Все продольнофрезерные станки отли¬
чаются тем, что стол у них имеет только продольное перемеще¬
ние. Вертикальное и поперечное перемещения имеют шпиндель¬
ные
бабки.
Продольнофрезерные станки используются для

обработки
ной

тип.

и

крупногабаритных

обработки

нескольких

деталей

деталей

или

для

значительных

одновремен¬
размеров и

веса.

тип

Копировально-фрезерные станки. Эти
4) служат для серийного изготовления
шаблонам

вания

системы.

станки

по

Наибольшее

находят

штампов.
418

(табл. 21,
по конфи¬

моделям. У старых моделей
применялась механическая си¬
копирования. В современных станках для точного копиро¬
используют электрические или гидравлические следящие

гурации деталей

копировально-фрезерных
стема

станки
сложных

в

или

станков

применение

инструментальных

копировально-фрезерные
цехах для

производства

'

Станки для непрерывного
станки
типов

подразделяются
с

одним

или

на

фрезерования. По конструкции эти
карусельного и барабанного

станки

несколькими

шпинделями.

Эти

станки

при¬

в

крупносерийном производстве.
Станки карусельного типа имеют круглый стол, вращаю¬
щийся в горизонтальной плоскости. Обрабатываемые детали
меняются

закрепляются на столе в

приспособлениях. Шпиндели

вертикально над столом. На этих
ровать детали только с одной стороны.

жены

Станки

станках

располо¬

можно

фрезе¬

имеют многогранный
барабан,
горизонтальной оси. Обрабатывае¬
мые детали закрепляются на
гранях барабана. Шпиндели рас¬
полагаются горизонтально по обе стороны барабана и могут,
таким образом, фрезеровать детали сразу с двух сторон.
Специальные фрезерные станки. К специальным фрезерным
станкам относят все фрезерные станки, предназначенные для
производства узкого круга операций, например шпоночно-фре¬
зерные, используемые только для фрезерования шпоночных па¬
зов,
пазофрезерные, применяемые для фрезерования пазов
в роторах турбогенераторов, агрегато-фрезерные станки, исполь¬

барабанного

вращающийся

типа

относительно

зуемые в массовом производстве, и т. п.

§ 104. Процесс фрезерования
Работа фрезы принципиально отличается от работы других
многолезвийных инструментов: зенкеров, разверток, зенковок,
при резании которыми подача производится
вращения инструмента, в результате чего все
режущие кромки инструмента одновременно участвуют в ра¬
боте, непрерывно производят съем стружки, а поперечное се¬
чение стружки при равномерном припуске остается постоянным.
метчиков

и

т.

всегда вдоль

п.,

оси

При фрезеровании

подача
направлена
перпендикулярно беи
вращения инструмента, вследствие чего каждый зуб фрезы на¬
ходится в контакте с обрабатываемой деталью только в тече¬
части своего оборота. В работе одновре¬
участвует один или несколько зубьев фрезы, но не более
половины, а сечение стружки, снимаемое каждым из зубьев, не
остается постоянным, изменяясь от нуля до своего максималь¬
ного значения. Наличие у
фрез большого количества зубьев,
ние

незначительной

менно

каждый

из которых работает небольшую часть времени и в те¬
большей части оборота фрезы успевает охладиться, обес¬
печивает большую стойкость инструмента и
высокую произво¬
дительность фрезерования.
Виды фрезерования. Существует два основных вида фрезе¬
рования: цилиндрическое и торцовое.
чение

При цилиндрическом фрезеровании (фиг. 164, а) обработан¬
поверхность 1 профилируется главным лезвием 2, располо¬

ная

V214*

419

женным

на

поверхности вращения фрезы.

профиль обработанной

Поэтому поперечный

поверхности полностью зависит

от

про¬

филя образующей фрезы и является обратным ему, т. е. если
фреза будет выпуклой, то обработанная поверхность вогнутой,
и наоборот.
Продольный профиль обработанной поверхности при этом
виде
фрезерования будет волнистым, причем расстояние а
между волнами зависит от величины подачи на

бина, кроме

того, еще и от диаметра

зуб,

а

их

глу¬

фрезы.

п

Фиг.

164.

Виды фрезерования: а
цилиндрическое; б
вое; в
комбинированное.

Для получения высокой

чистоты

при
фрезеровании
цилиндрическом
небольшими величинами подач.

обработанной

торцо¬

поверхности

работать

приходится

с

При торцовом фрезеровании (фиг. 164,6) обработанная по¬
верхность 1 образуется не главными 2, а вспомогательными 3
лезвиями, которые
расположены на торцовой поверхности
фрезы. Поэтому независимо от профиля образующей фрезы
обработанная поверхность всегда является плоскостью.
При торцовом фрезеровании чистота обработанной поверх¬
ности также зависит от величины
подачи на зуб. Однако в этом
случае,
420

применяя

малые

вспомогательные

углы

в

плане

или

делая

их

равными

нулю,

можно

получить

весьма

высокую

обработанной поверхности при больших подачах на зуб.
Поэтому торцовое фрезерование, при прочих равных усло¬

чистоту

виях, обеспечивает большую производительность, чем цилиндри¬
ческое. Однако его применение ограничено только обработкой

плоскостей,

в

остальных

случаях приходится

использовать

ци¬

фрезерование.
При обработке пазов, канавок, уступов и т. п. фреза ра¬
ботает комбинированно; при этом некоторые из обработанных
поверхностей образуются главными лезвиями зубьев фрезы,
а
некоторые
торцовыми (фиг. 164, в).
Методы фрезерования. Как цилиндрическое, так и торцовое
фрезерование могут осуществляться либо методом «(против
подачи» (встречное фрезерование), либо методом «по подаче»
(попутное фрезерование).
линдрическое

Фиг. 165. Методы фрезерования:

против подачи (встречный); б

а

даче

по

по¬

(попутный).

При встречном методе фрезерования (фиг. 165, а) движение
подачи 5 изделия 2 направлено в сторону, противоположную
направлению скорости резания v. В результате каждый зуб

фрезы 1 плавно входит в контакт с деталью и снимает стружку,
толщина которой изменяется от нуля до максимума. Усилие
резания Р направлено вверх и стремится оторвать деталь 2 от
стола 3.
При попутном методе фрезерования (фиг. 165,6) движение
подачи детали направлено в ту же сторону, что и скорость ре¬
зания v.

Каждый зуб фрезы 1

снимает

стружку, толщина

кото¬

Уси¬
резания Р прижимает деталь 2 к столу 3.
Как показывает практика, по ряду причин попутный метод
фрезерования, при прочих равных условиях, обеспечивает боль¬
шую стойкость фрезы, лучшую чистоту обработанной поверх¬
ности и меньший расход мощности на фрезерование.
Однако
этот метод требует жесткой конструкции станка и отсутствия
зазора в приводе продольной подачи стола. Если обрабатывае¬

рой

изменяется от своего максимального значения до нуля.

лие

поверхность детали имеет литейную корку или окалину,
лучшим оказывается метод встречного фрезерования, так как

мая
то

14

Технология металлов

421

этом зуб фрезы врезается под корку, надламывает и от¬
брасывает ее из зоны резания, в то время как при попутном
методе фрезерования зуб срезает корку и заносит ее вместе
с абразивными частицами в зону резания, что неизбежно при¬
водит к быстрому затуплению фрезы.
Элементы резания при фрезеровании. При фрезеровании, так

при

же как и при других видах обработки, режимы резания харак¬
теризуются скоростью резания, величиной подачи, глубиной
резания и дополнительно шириной фрезерования.
Скоростью резания v при фрезеровании называется окруж¬
ная скорость наиболее удаленных точек лезвий зубьев фрезы.

Она выражается в м/мин.
Глубиной резания t называется наикратчайшее расстояние
между обрабатываемой и обработанной поверхностями, иначе
говоря, толщина

снимаемого

за

один

проход

(фиг. 164).
Шириной фрезерования

слоя

материала

в мм

В называется ширина
параллельном
направлении,
поверхности
выражаемая в мм (для торцового фрезерования
нии, перпендикулярном к оси фрезы).
мой

в

Подачей

на

зуб

sz называется величина

обрабатывае¬
оси
фрезы,

к

в

направле¬

перемещения заго¬

фрезы за время ее поворота на один зуб;
в
мм/зуб.
измеряется
Подачей на оборот s называется величина перемещения за¬
готовки относительно фрезы за один ее оборот; измеряется
в мм/об.
Минутной подачей sM называется скорость перемещения за¬
готовки относительно фрезы в мм/мин.
Подачи при фрезеровании связаны между собой следующей
товки относительно

зависимостью:

sM = s-n
где z

число

п

число

Как видно

=

sz-z-n

мм/мин,

зубьев фрезы;
оборотов фрезы в минуту.
из фиг. 165, толщина стружки

при любом методе

непрерывно изменяется, а следовательно, попереч¬
ное сечение стружки и усилие резания при фрезеровании также
являются переменными величинами.
типы
Основные
фрез. Слово «фреза» в точном переводе

фрезерования

французского означает земляника. Действительно, первые
фрез, имевших подобно напильникам мелкие насеченные
зубья и применявшихся только для фасонных работ, напоми¬

с

типы

нали своим внешним видом землянику. В дальнейшем развитие
шло как по линии усовершенствования их конструкции и

фрез

профиля зубьев,

так

и.по

линии

Существующее разнообразие
различным признакам:
422

по

их

специализации.

типов

фрез классифицируют
по форме зубьев и

назначению,

по
их

по

направлению,
и т.

конструкции,

по

методу крепления

на

станке

п.

По конструкции фрезы разделяют на цельные, напайные, наборные и со вставными быстросменными зубьями (фре¬

зерные головки).
Цельные фрезы 1, 2, 4,
из

высококачественного

7

(фиг. 166)

изготовляются

целиком

инструментального материала.

Фиг. 166. Типы фрез.
Напайные фрезы

сталей,

ных

стинки

По

из

а

на

но

части

их

из

дешевых

зубьев

конструкцион¬

напаиваются

пла¬

высококачественных

изготовлению они

ные,

изготовляются

рабочие

зато

более

инструментальных материалов.
более трудоемки, менее прочны, чем цель¬

экономичны.

Наборные фрезы 3 состоят из корпуса, изготовляемого из
легированной конструкционной стали и вставных зубьев, за¬
в
крепляемых
корпусе
фрезы механическими средствами:
14*

423

коническими штифтами и т. п. Затачивается набор¬
фреза в собранном виде.
Фрезерные головки 15 имеют быстросменные зубья, которые
представляют собой обычные резцы. Заточка таких зубьев про¬
изводится как отдельно от корпуса с последующей установкой
в собран¬
зубьев в корпусе фрезы по шаблону, так и целиком
ном виде. В зависимости от вида работ зубья могут устанавли¬

клиньями,
ная

своими

ваться

вершинами

в

одной

плоскости

или

ступен¬

стали

обычно

чато.

Фрезы

небольших размеров

изготовляются

а

цельными,

из

быстрорежущей

оснащенные

напайными.

твердыми
более 60

Крупные фрезы (диаметром
наборными. Для скоростного
используют фрезерные головки.

делаются
всего

Фиг.

167.

Зубья фрез:

а

остроконечные; б

сплавами

мм) обычно
фрезерования чаще

затылованные.

зубьев различают фрезы с остроконеч¬
зубьями. По направлению зубья могут
быть прямые или спиральные (винтовые).
Остроконечный зуб (фиг. 167, а) имеет переднюю поверх¬
ность 1, заднюю поверхность 3, ленточку 2 и рабочую впадину 4.
Заточка остроконечных зубьев, как это условно показано на
фигуре производится только по задней поверхности. Впадина 4
По

ными

профилю

и

служит

затылованными

для

размещения

стружки.

По

предложению новаторов
И. Леонова и В. Карасева,

Ленинградского Кировского
впадины у фрез с остроконечными

завода

зубьями делаются увеличен¬
размеров с большим радиусом закругления и полирован¬
ной поверхностью. Это облегчает сход стружки и значительно
повышает производительность труда при фрезеровании.
Затылованные зубья (фиг. 167,6) отличаются тем, что они
не имеют ленточки, а их задняя поверхность 2 очерчена по архи¬

ных

медовой спирали. Впадина 3 делается сравнительно узкой, но
глубокой. Заточка затылованных зубьев производится только
по передней поверхности 1. Затылованные зубья значительно
более сложны

в

изготовлении, чем

применяются только
после переточки не
424

в

остроконечные,

поэтому они

конструкциях фасонных фрез, которые

должны

менять

своего

профиля (модуль-

ные,

и

червячные
с

делаются

Прямой
вием,

т.

д.). Во

спиральный зуб

а

фрезы

с

остальных

фрезы

случаях

прямыми

Поэтому фрезы

постепенно.

работают более
зубьями. Однако

зубьями

ральными

всех

остроконечными зубьями.
зуб входит в работу сразу, всем своим главным лез¬
плавно

и

последние

со

спи¬

спокойно,

чем

более

просты

в изготовлении и не вызывают в процессе фрезерования допол¬
нительных осевых нагрузок на шпиндель станка.
По

способу

крепления фрезы подразделяются
и торцовые.
Насадные фрезы 1, 3, 4, 7 (фиг. 166) имеют отверстие
ночный паз и закрепляются на шпиндельной оправке.

садные,

Хвостовые фрезы 6
целое

с

коническим

с

коническим

в

шпинделе

в

и

9

(фиг. 166)

на¬

хвостовиком.

цилиндрическим
хвостовиком закрепляются

станка,

или

с

одно

Фрезы

или

непосредственно
лереходных
хвостовиком
закрепляются

помощью

Фрезы

и шпо¬

за

изготовляются

или

с
цилиндрическим
патроне.
Торцовые фрезы 15 (фиг. 166)

втулок.

на

хвостовые

конических

цанговом

ственно

на

Крутящий

устанавливаются непосред¬
торце шпинделя и закрепляются четырьмя болтами.
момент передается от шпинделя к фрезе двумя тор¬

цовыми шпонками.
назначению

По

угловые,

фрезы

разделяются

на

следующие

обработки плоскостей, прорезные, пазовые,
зубонарезные,
резьбовые и специальные.
фасонные,

основные типы:

для

К фрезам для обработки плоскостей,

в

первую очередь,

отно¬

фрезы, которые более других приспособлены
для высокопроизводительной и высококачественной обработки
плоскостей. Сюда относятся также цилиндрические фрезы с пря¬
мыми и спиральными зубьями.
Прорезные фрезы 5 (фиг. 166) являются, по существу, цир¬
сятся

торцовые

кульными

пилами

и служат для

прорезки

шлицов,

канавок

и

разрезки материалов.

Фрезы для обработки пазов бывают различных конструкций:
трехсторонняя, дисковая фреза 4 (фиг. 166) служит для про¬
резки прямоугольных пазов, пальцевые фрезы 9 используются
соответственно для обработки тавровых пазов и пазов типа
ласточкина

хвоста.

Концевой фрезой 6 обрабатывают

шпоноч¬

и

криволинейные пазы.
фрезы бывают одноугловые

ные пазы, окна

7 (фиг. 166)
Угловые
8.
Фасонные *фрезы 10 применяются для обработки
профилей, вогнутых, выпуклых и криволинейных.

и

двуугло¬

вые

фасонных

К зубонарезным фрезам относятся дисковые модульные
фрезы 11, пальцевые модульные фрезы 12 и червячные модуль¬
ные фрезы 16s Все они служат для нарезки зубчатых колес.
425

Сюда

относятся

же

ческих

зубчатых

фрезы

специальные

для

нарезания

кони¬

колес.

Резьбовые фрезы бывают двух типов: дисковые 14 и гребен¬
13. Первые применяются для фрезерования длинных и

чатые

для нарезания коротких
профилю резьб, вторые
крепежных резьб.
К специальным фрезам относятся: гравировальные фрезы и
фрезы для объемного копирования, используемые при изгото¬

глубоких

по

матриц, пресс-форм и т. п.
Приспособления к фрезерным станкам. При работе на кон¬
сольнофрезерных станках, помимо специальных приспособлений

влении штампов,

для

деталей, широко

закрепления

версальные
ные

тиски,

приспособления, как
круглый поворотный

используются

делительные

стол

и

такие

головки,

уни¬

машин¬

оправки для закрепле¬

фрез.
Универсальная

ния

головка
делительная
(фиг.
168, а) применяется в основном на горизонтальном и универ¬
сальнофрезерном станках и служит для деления заготовки на
равные части при фрезеровании квадратов, шестигранников,
нарезании зубчатых колес, звездочек и других подобных работ,
для поворота заготовки на заданный угол и для сообщения вра¬
щения заготовке при нарезании винтовых канавок.
Основными элементами делительной головки является шпин¬

Ш (фиг. 168, б), который связан с рукояткой
передачей 1 40, постоянный делительный диск Ди
Ь и с
d и ряд зубчатых передач.
ных колес а
Универсальная делительная головка позволяет

дель

деление четырьмя

методами:

непосредственным,

Р

червячной

гитара

смен¬

производить
ком¬

простым,

бинированным и дифференциальным.
При непосредственном методе расцепляют

червячную пе¬
редачу 1 40 и, используя защелку Зи производят деление по
диску Ди который имеет 24 отверстия. Непосредственный метод
весьма точный и

2, 3, 4, 6, 8, 12

производительный,

но им можно делить только

24 части.
методе
отключают гитару сменных колес и де¬
При простом
ление производят по сменному диску Д2 посредством защелки
32 через червячную передачу 1 40. Передаточное число червяч¬
ной передачи называют характеристикой головки N. Для оте¬
40. К головке прилагается
чественных делительных головок N
на

три

и

сменных диска.

Первый

диск имеет по разным окружностям

15, 16, 17, 18, 19 и 20 отверстий, второй диск имеет 21, 23, 27,
29, 31 и 33 отверстия и третий диск снабжен 37, 39, 41, 43, 47
и 49 отверстиями.
Простым методом можно поделить обрабаты¬
ваемую деталь на любое количество равных частей до 50. На
большее количество частей простым методом можно делить
только в том случае, если z
при делении на число 40 (характе¬

ристика
426

делительной

головки)

дает

неправильную

дробь,

голвка;

делитьная
б
и
а

тиски.

станкм: машиные
г

консльфрезым

стол;

круглый

к

в

Приспобленя
168.

Фиг.

427

которой

числитель
ки

не

Р определяется

более 50. Необходимый поворот

по

п

рукоят¬

формуле
N
п

= ~.
z

Например,
=

1~=1^.

для деления на 34 равных части имеем

Это значит,

^

рукоятку Р надо повернуть

что

=

=

на

один

3/i7 оборота. Эту
поворота от¬
Д2.
32
диску
первому
Защелку
устанавливают по
кругу с 17 отверстиями.
При комбинированном методе каждое деление обрабатывае¬
мой детали осуществляется как сумма или разность двух по¬
воротов, один из которых осуществляется защелкой 32, как и
при простом методе, а второй, добавочный, фиксируется задней
полный

оборот

и

еще

на

часть

считывают по

защелкой З3. Этот

метод несколько расширяет
деления, но в силу низкой производительности и
сти практически не используется.

возможность
малой точно¬

Дифференциальный метод наиболее универсален, так
делить обрабатываемую деталь на любое число

как

позволяет

рав¬
ных частей. Он основан на том, что необходимый дополнитель¬
ный поворот диска Д2 в ту или иную сторону осуществляется

механически через гитару сменных
которых рассчитываются в
заданных частей z.

зубьев

Делительная

головка

фрезерных
нарезания

станках

фрезерных

станках

для

обрабатываемой

детали

головок

участки

цилиндрических
на

заготовки

с

с

количеством

а

также

на

применяется

дышл

на

канавок

и

вертикально¬

образом для сообщения
подач при фрезеровании ку¬

и

других

поверхностей,

заданный угол

числа

главным

круговых

шатунов,

d,

универсально¬

фрезерования спиральных

служит

лачков,

и

колес

используется

косозубых колес.
Круглый стол (фиг. 168, в)
и

Ь

соответствии

и

для

частей простым методом.
Машинные тиски (фиг.

а

деталей,

также

деления

ее

на

имеющих

поворота
равное коли¬

для

чество

видах

консольнофрезерных

ритных деталей.
За последнее
пневматические

и

торые

позволяют

обрабатываемых деталей.
105.

из

станков

Универсальные консольнофрезерные станки
(фиг. 169). Основания Л, которое
является баком для сбора охлаждающей жидко-

следующих узлов

одновременно
428

используются на всех
закрепления малогаба¬

Устройство консольнофрезерных

Основные узлы.
состоят

для

время широкое распространение получили
пневмогидравлические машинные тиски, ко¬
весьма быстро и надежно производить закреп¬

ление

§

168,г)

станков

£, на которой смонтированы все узлы станка, прикоробкой скоростей В, шпиндельного узла Д с перебор¬
устройством, хобота Г с подвесками Е и Ж, служащими для

сти, станины

вода
ным

с

поддержания шпиндельных

перечных

фрезерных

JI, поворотной

салазок

оправок,

части стола

консоли

/С,

стола

Af, по¬
Я, при¬

вода подач Н и дополнительных связей 3 хобота с консолью.

Кинематическая

5,8

кет

Фиг.

169.

схема.

От

электродвигателя

фланцевого

передается полужесткой муфтой
первому валу коробки скоростей (фиг. 170, см. вклейку в конце

мощностью

движение

Общий

вид универсальнофрезерного
станка.

книги). На валу / коробки перемещается по шлицам двойной
блок шестерен Б\. На валу II неподвижно закреплены шестерни
34, 31, 28, 24 и 38. По валу III перемещаются два двойных блока
Б2 и />з. В зависимости от положения Б\ движение передается
38 24, либо через шестерни 24
блоков Б2 и £3 вращение пе¬
38,
II
III
от
вала
шестерни 34 28 или 31 31,
валу
через
редается
если включен блок Б3, либо через шестерни 28 34 или 24 38,
валу II либо через шестерни
а

в зависимости от положения

блок Б2. Всего, таким образом, вал III
скоростей вращения.
Выводной шкив 0 140 коробки скоростей установлен

если

включен

имеет

восемь

дельном

валике

стерни 20 20.
Валик IV

поворачиваться

IV

и

получает вращение

смонтирован

.

в

относительно

от

вала

кронштейне,
оси

вала

на

III через

от¬

ше¬

который может
III, обеспечивая
429

перемещения шкива для натяжения
ременной
передачи.
Далее вращение передается тремя клиновыми ремнями че¬
рез шкив 0 210 пустотелому валику V, расположенному соосно
На противоположном конце валика V
со
станка.
шпинделем
имеется шестерня 30.
При выключенной кулачковой муфте Мх движение шпин¬
делю VII передается от валика V через шестерни 30 64, пере¬
борный вал VI и шестерни 25 69. Высокие числа оборотов пе¬
возможность

редаются шпинделю непосредственно

от валика

V*

когда

муфта

Mi

включена, а шестерни 64 и 25 выведены из зацепления с ше¬
стернями 30 и 69.

удваивает количество скоростей, обеспечивая шпин¬
различных чисел оборотов в минуту.
Как при подаче, так и при быстрых перемещениях, механизм
консоли получает вращение
от
фланцевого электродвигателя
мощностью 1,7 кет, непосредственно связанного полужесткой
муфтой с первым валом VIII коробки подач. Валу IX вращение
передается блоком Б4 либо через шестерни 24 38, либо через
шестерни 38 24. Вал X получает вращение через блок Б$ или
Б6 и имеет всего восемь скоростей. На конце вала X закреплена

Перебор

делю

шестнадцать

широкая шестерня 18, которая находится

в постоянном, зацепле¬

шестерней 37

подвижного блока Б7. Шестерни последнего
с
зацепляться
шестернями 15 или 37, жестко закреплен¬
могут
ными на валу XII, обеспечивая этому валу шестнадцать различ¬
нии

ных

с

скоростей

От
2 36

вращения.
XII вращение передается через червячную передачу
обгонную муфту М0 валу XIII. На противоположном

вала
и

конце последнего закреплена шестерня 22, которая через ше¬
стерни 42 и 42 вращает центральный вал XIV коробки реверсов.
Распределительная шестерня 42 связана с валом XIV предохра¬
нительной муфтой Мп и зацепляется одновременно с шестер¬
ней 30, закрепленной на валу XVII и с правыми шестернями 42
и 42, свободно сидящими на валах XV и XVIII. Левая шестерня
30, закрепленная на валу XVII, находится в постоянном зацеп¬
лении с левыми

шестернями 42

и

42, свободно

сидящими на ва¬

лах XV и XVIII.

Нетрудно

видеть, что при этом левые шестерни

такой

42, 42 будут

скоростью, как и правые шестерни 42,
42, но в обратном направлении. Кулачковая муфта М3 служит
для реверсирования вертикальной подачи стола, осуществляе¬
мой ходовым винтом XVI, который получает вращение от ко¬
робки реверсов через конические шестерни 15 30. Кулачковая

вращаться

с

же

муфта М4 установлена для реверсирования поперечной
осуществляемой винтом XVIII.
Движение

продольной подачи стола заимствуется от
и передается
шестерне 33 и далее через

робки реверсов
430

подачи,

ко¬

ше-

стерни 35 27, шестеренчатый вал 19, шестерни 19 19, кони¬
продольному
ческую передачу 14 28 и конический реверс
ходовому винту XXII. Кулачковая муфта Ms служит для ревер¬
сирования продольной подачи.
Быстрые перемещения стола, поперечных салазок и консоли
осуществляются с постоянной скоростью соответственно: 2,9;
2,3 и 1,15 м/мин.
В этом случае вращение от электродвигателя, минуя коробку
подач,

непосредственно

12 24

передается

через

вал

VIII,

винтовые

фрикционную муфту М2 валу XIII и далее к ра¬
бочим органам станка. При быстром вращении вал XIII благо¬
даря наличию обгонной муфты М0 автоматически расцепляется
колеса

с

и

корпусом червячной шестерни 36.

§

106.

Прочие

типы

фрезерных

станков

Бесконсольный вертикальнофрезерный станок модели 6А54
(табл. 21, тип 5). Размеры стола станка 600 X 2200 мм. К спе¬
цифическим особенностям конструкции этого станка, делающим
его особо пригодным для скоростных методов обработки, не¬
обходимо отнести: высокую мощность и быстроходность приво¬
дов как движения резания, так и подачи, массивность станины
и стола;
отсутствие консоли; наличие тяжелого маховика на
шпинделе фрезерной бабки; установку автоматически действую¬
щего зажимного

фрезерной

устройства

бабки

и

для закрепления поперечных сала¬

гильзы шпинделя;

применение червячно¬
реечного привода для продольной подачи стола; наличие быст¬
рых перемещений всех рабочих органов; гидрофицированное
зок,

управление коробкой скоростей и коробкой подач; возможность
работы по полуавтоматическому циклу; установку указателя
для точного перемещения шпинделя с гильзой и наличие тор¬
мозного устройства для быстрой остановки шпинделя.

Коробка скоростей, смонтированная в бабке, имеет четыре
двойных подвижных блока шестерен, что обеспечивает шпин¬
делю шестнадцать различных скоростей (от 16 до 1250 об/мин).
Продольнофрезерные станки портального типа (фиг. 171).
Эти станки состоят из следующих основных узлов: станины 1
с V-образными направляющими, двух стоек 3 и 10 с плоскими
направляющими, портала 6, соединяющего обе стойки в их верх¬
ней части, траверсы 4, механизма 7 для подъема и опускания
траверсы, вертикальных фрезерных бабок 5 и 8, боковых фре¬
зерных бабок 2 и 11, стола 12 и механизма 9 подачи бабок.
Стол 12, на котором закрепляются обрабатываемые детали,
имеет только одно движение подачи в продольном направлении.

бабками

мо¬

вертикальном

на¬

Траверса

фрезерными

жет

стоек

совместно с вертикальными
перемещаться по направляющим
правлении и закрепляться с помощью

в

специальных

механизмов
431

в

нужном положении

в зависимости от высоты

обрабатываемых

деталей.
Вертикальные фрезерные
правляющим траверсы

бабки могут перемещаться по на¬
поперечном направлении, а боковые

в

6

Фиг.

7

171. Общий вид

продольнофрезерного

тального

фрезерные

бабки

станка пор¬

типа.

по
направляющим стоек в вертикальном
закрепляться в соответствии с расположением
обрабатываемых поверхностей деталей. Точная установка фрез
в соответствии с конфигурацией и размерами обрабатываемых
деталей производится за счет осевых перемещений шпиндельных

направлении

и

гильз с помощью маховиков 13.

ГЛАВА XXII
СТРОГАЛЬНЫЕ
И

Группа

И

ПРОТЯЖНЫЕ

СТАНКИ

РАБОТА НА НИХ

строгальных

и

работ,

в основном для тех же

станков

протяжных
что

и

фрезерные

обработки плоскостей, различного вида
нейчатых поверхностей. Особенностью

пазов

применяется

станки, т. е. для
и

фасонных

ли¬

этой

группы станков
является использование в качестве движения резания прямо¬
линейного возвратно-поступательного движения. Необходимость

реверсирования больших масс сильно ограничивает ско¬
рость резания, которая может быть достигнута при работе на
строгальных станках, а наличие холостого обратного хода еще
частого

больше

ограничивает

группы. Имеется

производительность

много

предложений,

станков

частично

строгальной

осуществленных

практике, по использованию обратного холостого хода для
строгания. Но по ряду причин, главными из которых являются
снижение точности работы и большая затрата времени на на¬
стройку приспособления, этот метод строгания не нашел широ¬
кого применения.
В последние годы, особенно после широкого внедрения
скоростных методов обработки, строгальные станки повсеместно
станками.
вытесняются более производительными фрезерными
Однако строгальные станки имеют и ряд преимуществ по
сравнению с фрезерными станками: они более просты по кон¬
струкции, дешевле, весьма универсальны, более точны, при чи¬
стовых работах могут обеспечить лучшее качество обработан¬
и
позволяют
ных поверхностей
получать поверхности весьма
сложной конфигурации простым инструментом
резцом, в то
время как для работы на фрезерных станках требуются дорого¬
стоящие фрезы.
Поэтому в ремонтных, инструментальных,
экспериментальных и производственных цехах с мелкосерийным
на

характером производства строгальные

станки

еще

находят

до¬

Протяжные станки, наоборот,
широко применяются при массовом и крупносерийном произ¬
водстве главным образом для обработки круглых и фасонных
отверстий, для прошивки шпоночных пазов и шлицевых отвер¬
стий, а также для прорезания узких пазов канавок и обработки
статочно

широкое

применение.

433

наружных поверхностей. С внедрением методов групповой об¬
работки эти высокопроизводительные станки начинают полу¬
чать все более широкое применение и при изготовлении деталей
относительно небольшими партиями.

§

107.

Классификация строгальных

и

протяжных станков

Строгальные станки подразделяются на поперечнострогаль¬
(шепинги), продольнострогальные и вертикальнострогаль¬
ные (долбежные).
Протяжные станки подразделяются на вертикальные и гори¬

ные

зонтальные.

Поперечнострогальные
данного

типа движение

(табл. 22,

станки

тип

3).

В станках

резания совершает резец, закрепленный

в суппорте ползуна станка. При обработке горизонтальной по¬
верхности движение подачи
(поперечное) сообщается столу
совместно с обрабатываемой деталью, а при обработке верти¬
кальной или наклонной плоскости
суппорту с резцом.

Поперечнострогальные станки
наружных поверхностей малых и
Раньше

деталей.

различных

выпускались

применяются для обработки
средних по размерам и весу
поперечнострогальные станки

модификаций: универсальные,

кой ползуна,

подвижной карет¬

с

двумя ползунами и переносные на колонне. В на¬
стоящее время отечественная станкостроительная промышлен¬
ность выпускает только универсальные
поперечнострогальные
станки.

с

Последние бывают

с

механическим

(кривошипно-кулис-

ным)

приводом движения резания и гидрофицированные.
Остальные типы поперечнострогальных станков вытеснены
другими, более совершенными и производительными видами
оборудования.
Продольнострогальные станки.
для обработки крупногабаритных

одновременной

обработки

меров.
Продольнострогальные

(табл. 22,

Этот
и

нескольких

станки

тип

станков

служит

деталей или для
деталей средних раз¬

тяжелых

бывают

одностоечные

двухстоечные (табл. 22, тип 2) и кромкостро¬
в
Наибольшее
гальные.
промышленности
распространение
и
имеют
одностоечные
продольнострогальные
двухстоечные
В этих станках движение резания совершает стол
станки.
тип

1),

установленной на нем обрабатываемой деталью, а движение
подачи сообщается суппортам с резцами. Двухстоечные станки,
при прочих равных условиях, отличаются большей жесткостью
и, соответственно, большими точностью и производительностью,
с

чем одностоечные станки. Однако они ограничивают максималь¬
ный размер обрабатываемых деталей по ширине, который не
может быть больше, чем расстояние между стойками станка.
Одностоечные станки этого ограничения не имеют.
434

Кромкострогальные станки используются исключительно для
обработки кромок больших металлических листов под сварку.
В

станках движение резания и движение подачи совер¬
резец, установленный в суппорте подвижной каретки.
Долбежные станки (табл. 22, тип 4). Применяются главным

этих

шает

шпоночных канавок, шлицев, обработки
для на¬
фасонного профиля отверстий, реже
ружной обработки деталей.
Движением резания долбежного станка является вертикаль¬

образом

для

прорезки

многогранных

и

возвратно-поступательное прямолинейное движение долбяка
ре-щом. Движение подачи в продольном, поперечном или кру¬
говом направлениях получает стол с обрабатываемой деталью.
ное
с

Движение долбяку сообщается либо при
привода с

вращающейся кулисой, либо

помощи механического
от

гидропривода.
универсальных долбежных станков для нужд инстру¬
ментальных цехов выпускаются также специальные, так назы¬
ваемые
пуансонные станки, которые служат для обработки

Кроме

пуансонов вырубных
ляется

сложное

штампов.

движение

Особенностью

резца,

пути является прямолинейным, а в конце
по дуге окружности.
Протяжные станки. Движением резания
ках является

прямолинейное

этих

на

которое

хода

в

станков

основной

яв¬

части

совершается

протяжных

стан¬

движение режущего инструмента

протяжки. Движение подачи в протяжных станках отсутствует.
Непрерывный процесс резания обеспечивается тем, что каждый
последующий зуб протяжки имеет на несколько сотых долей

миллиметра

форму,
по

чем

большие

размеры,

а

и

иногда

предыдущий. Протяжные

станки

несколько

иную

классифицируются

различным признакам: по направлению основного движе¬
горизонтальные (табл. 22, тип 5) к вертикальные (табл. 22,

ния
тип

7);

для внутреннего и для наружного про¬

по назначению

тягивания;
сколькими

по количеству

рабочих кареток

с

одной

или

с

не¬

каретками.
§ 108. Работа на станках

Строгание. Процесс

строгания во многом схож с процессом
нуждается в особом рассмотрении. Однако
при строгании имеются свои особенности. Движения резания и
подачи в отличие от точения являются прерывистыми, причем
осуществляются они не одновременно. При движении резания
точения и поэтому не

подачи. Движение
подачи происходит
отсутствует движение
в момент изменения
движения
направления
резания, когда
не производится снятие стружки. Вследствие этого направле¬
ние

относительной скорости движения резца

и

обрабатываемой

детали в процессе снятия стружки, в отличие от точения, совпа¬
дает .с

направлением

скорости

резания,

благодаря

резания остаются постоянными независимо

чему углы

от величины подачи.
435

Таблица 22
Основные

станка!

типы строгальных и

протяжных станков

Основные узлы

Общий вид станка

Назначение

Тип

1
траверса;
2 .вертикаль¬
ный
суппорт;
3 колонна; 4 и

Одностечы

5 коробки
дач; 6

суппорт;

,5

1

,6

вые

Двухстоечны

2.

7

привод; 8 стол;
9 станина

1.

Продльнстгаые

по¬

боковой

и

Для обработ¬
и пазов

у круп¬
ногабаритных
деталей или у
одно¬
группы
временно обра¬
батываемых де¬
талей
средних
размеров

9 боко¬

суппорты;

2 и 7 стойки;
3 траверса;4
портал; 5 и 6
вертикальные
суппорты; 8

коробка подач;
10 привод;
11
стол; 12

плоск'остей

ки

тех

Для

же

и
что
целей,
одностоечные,
но в этом слу¬
чае
размеры
деталей по ши¬
рине ограничи¬
ваются расстоя¬
ниями
между
стойками

станина

Для

1 основание;
2

Поперчнстгальы

3.

436

опорная
стойка; 3 стол;
4 суппорт; 5
ползун; 6 ста¬
нина;
7 при¬
8 меха¬
вод;
низм
подач;
9
траверса

обработ¬

плоскостей,
пазов
и фасон¬
ки

ных линейчатых

поверхностей
деталях

ших

в

неболь¬

размеров

условиях ин¬
дивидуального
в

и

мелкосерий¬

ного
ства

производ¬

Продолжение табл. 22

станк

Общий вид станка

Назначение

Основные узды

Тип
1
станина;
2 делительное
устройство; 3

стол;

Долбежны

4

дол-

5
бяк;
про¬
дольные салаз¬
ки; 6 попереч¬

обработ¬

Для
ки

шпоночных
шлицев,

пазов,

многогранных
внутренних от¬

верстий

и

ные салазки; 7

сонных

привод подач

ностей

ли¬

фа¬

нейчатых

поверх¬
в
усло¬

виях

4.

индивиду¬
се¬
и
ального

рийного произ¬
водства

1

нижняя

станина;

Горизнтальые

2

верхняя стани¬
на; 3 суппорт;
4
патрон; 5
протяжка

обработ¬

Для
ки

внутренних
по¬
фасонных
в
верхностей
условиях круп¬
и
носерийного
массового про¬
изводства

5.

Протяжные

Вертикальные

1 основание;
2 стол; 3 пол¬
стани¬
зун; 4
на;

5 привод

Для обработ¬
ки

наружных

поверхностей

и

плоскостей

в

условиях
сового

мас¬
произ¬

водства

7.

437

Поскольку движение резания прерывистое, процесс снятия
стружки происходит с ударами, а это требует более качествен¬
ного

инструментального

материала

и

более

прочных

резцов,

При строгании наиболее употребительны изо¬
гнутые резцы (фиг. 172, е), которые при деформации изгиба
отходят от обработанной поверхности, в отличие от прямых
резцов (фиг. 172,ж), которые под влиянием сил резания углуб¬
ляются в обрабатываемую деталь, ухудшая качество обрабо¬
чем

при точении.

танной поверхности.

Фиг. 172. Строгальные работы.

силу простоты конструкции прямые резцы также
находят широкое применение для строгальных работ, особенно
на черновых и получистовых операциях. Величина подачи при
строгании выражается в мм на двойной ход (мм/дв. ход).
Виды работ, выполняемые на строгальных станках, пред¬
ставлены на фиг. 172. Строгание горизонтальных, вертикальных
и наклонных плоскостей (фиг. 172, а) производится проходными
или
подрезными резцами с соответствующим направлением
подачи. Разрезные и прорезные работы (фиг. 172,6) осуще¬
ствляются отрезными резцами. При большой глубине паза во
избежание поломки резца его ширину b делают меньше ши¬
Однако

в

В,

прорезку осуществляют ступенчато. Строгание
(фиг. 172, в) и пазов типа ласточкина хвоста
(фиг. 172, г) осуществляется пазовыми резцами соответствую¬
щей конфигурации. При строгании закрытых пазов резец во
время обратного холостого хода не откидывается. Строгание
фасонных линейчатых поверхностей осуществляется или фасон¬
ными резцами, или галтельным резцом по разметке (фиг. 172,(5),
рины

паза

тавровых

а

пазов

В последнем случае резец получает два движения подачи, кото¬
рые производятся вручную перемещением стола и суппорта.

438

В последнее время большое распространение получил метод
тонкого
высокопроизводительного строгания пло¬
скостей широкими резцами с крупными подачами до 25 мм/дв.
ход или резцами, ширина которых больше ширины обрабаты¬
ваемой плоскости (фиг. 172, з).

чистового

Долбление. Процесс долбления

по существу ничем не отли¬
процесса строгания, но характер долбежных работ
совершенно иной, чем строгальных.
Долблением можно обработать глухие и сквозные фасонные

чается

от

отверстия: многогранники (фиг. 173,а), внутренние направляю¬

Фиг.

(фиг. 173,

б

173.

работы.

Долбежные

з), внутренние шпоночные пазы (фиг. 173,в),
(шлицевые) отверстия (фиг. 173, г), матрицы
сложной конфигурации (фиг. 173, д) и т. п.
Некоторые виды наружных поверхностей (фиг. 173, ей ж)
также удобнее обрабатывать на долбежных станках, хотя они
щие

и

многошпоночные

могут быть

выполнены

Операция долбления
применяется

в

на

строгальных

фрезерных

и

станках.

силу своей малой производительности
в
основном
индивидуальном и мелкосерийном
в

производстве. Аналогичные технологические задачи в крупно¬
серийном и массовом производстве решаются протягиванием.
Протягивание. Протягивание осуществляется многолезвий¬
ным режущим инструментом
протяжкой, которая предста¬
вляет собой длинный стержень
изготовляются

из

Каждая протяжка
дующие

основные

крепления

в

с

для
части

ползуне

Протяжки
инструментальной стали.

режущими зубьями.

высококачественной

внутреннего

(фиг. 174):

(суппорте)

протягивания

1

станка;

хвостовую

имеет
для

елеза-

2 направляющую

направления протяжки в предварительно просверленное
отверстие; 3
режущую, осуществляющую основную работу
для

резания,

и

4

калибрующую

для

размеров с заданными точностью

получения

обработки

и

окончательных

чистотой поверх¬

ности.
439

На фиг. 174, а схематически
чения квадратного отверстия, а

обработки

шпоночного

показана
на

протяжка для полу¬
протяжка для

фиг. 174,6

паза.

Для протягивания фасонного отверстия

в

обрабатываемой

меньших
сверлят круглое отверстие
предварительно
полная
За
один
ход
обра¬
осуществляется
протяжки
размеров.

детали

ботка отверстия. Никаких движений подачи не требуется. По¬
снятие припуска на обработку происходит благодаря
тому, что в режущей части протяжки каждый последующий
степенное

Фиг. 174.

Виды

а
для квадратного
шпоночного паза.

протяжек:

отверстия;

б

для

зуб выше предыдущего. Протяжки весьма износоустойчивы и
обеспечивают исключительно высокую производительность при
обработке деталей. Методом протягивания достигается точность
до 2-го класса включительно и чистота обработанной поверх¬
ности до 7 8-го класса. Вследствие этого в настоящее время
широкое распространение получил метод протягивания наруж¬
ных поверхностей и, в частности протягивание плоскостей вза¬

мен

фрезерования,

строгания

и

даже

шлифования.

§ 109. Поперечнострогальные

станки

Основные узлы. Станина 6 (фиг. 175), внутри которой смон¬
тирован привод 7 движения резания имеет горизонтальные на¬
правляющие, по «которым перемещаются ползун 5 и вертикаль¬
ные направляющие, служащие для передвижения траверсы 8.
В передней части ползуна установлен суппорт 4. Стол 3 с уста¬
новленной на нем деталью перемещается по направляющим
траверсы 8 и поддерживается стойкой 2, установленной на ос¬
новании 1.
Кинематика станка. На фиг. 176 (см. вклейку в конце книги)
показана

кинематическая

схема

современного поперечностро¬
приводом от кривошипно-кулис¬
механизма.
ного
Вращение от электродвигателя мощностью
10 кет передается клиноременной передачей 220 410 привод¬
ному шкиву, закрепленному на полом валу /. Последний может
быть связан с полым валом II посредством многодискового
440
гального станка типа

СПС-01

с

фрикциона Ф\. На
23, которая через

конце вала II жестко закреплена

шестерня

колесо 33

передает вращение промежуточному
от положения подвижного блока Б\
II вращение с четырьмя различными

валу III. В зависимости
вал IV получает от вала
скоростями.
При крайнем нижнем (по фигуре) положении
блока Бх шестерня 23, закрепленная на полом валу II, входит
в зацепление с
внутренними зубьями блока Бх (муфты Мх),
и вращение от вала II
непосредственно передается валу IV. При
двух средних положениях блока Бх вращение валу IV пере¬
дается либо колесами 23 33 и 27 29, либо колесами 23 33

Фиг. 175. Общий

вид поперечнострогального станка.

В верхнем положении колесо 29 блока Бх входит
с внутренними зубьями колеса 38 муфты М2, и
тогда вращение валу IV передается колесами 23 33 и 18 38.
От вала IV вращение передается валу V посредством двойного
подвижного блока Б2, что в совокупности обеспечивает валу V
вращение с восемью различными скоростями.
и

23 33.

в

зацепление

Кулисное зубчатое колесо 120
стерни 25, жестко закрепленной на

получает

вращение

от

ше¬

валу V. По радиальным на¬
правляющим кулисного колеса может перемещаться кривошип¬
ный палец П, на котором установлен кулисный камень Кк,
скользящий в прорези кулисы. При вращении кулисного колеса
приходит во вращение кривошипный палец, который сообщает

возвратно-качательное

кулисе

движение.

Последняя,

будучи

ползуном, сообщает ему прямолинейное возвратно¬
поступательное движение.
В соответствии с конструкцией коробки скоростей ползун

связана

имеет

15

с

восемь

Технология

различных
металлов

чисел

двойных

ходов

в

минуту:

от

9

441

100 дв.

ход/мин. Величина

хода ползуна, зависящая от ра*
диуса кривошипа, может изменяться путем вращения рукоятки
которая через валик XXII, конические шестерни 17 17 и

до

XXIII перемещает кривошипный палец П.
Место хода ползуна относительно стола и обрабатываемой

винт

может быть изменено вращением

детали

рукоятки

шестерни 22 30
мещает ползушку А, связывающую кулису с

через

валик

XX,

Конический

конические

фрикционный тормоз

и

Р2, которая

винт

XXI пере¬

ползуном.

Тк служит

для

быстрой

остановки станка.
Механическая
(вертикальная) подача суппорта с резцом
производится от качающегося сектора С. При каждом ходе пол¬
зуна сектор С вследствие трения о планку, закрепленную на
на
своей оси на
станине,
поворачивается
некоторый угол

и

шатун, коромысло и храповой механизм, валик XVII,
передачи 15 15 и 15 15 сообщает вращение ма¬
точной гайке Г, благодаря чему суппорт получает подачу на
через

конические

от положения кривошипного пальца отно¬
центра вращения сектора С.
Движение подачи стола и траверсы заимствуется от кулачка
Ки жестко закрепленного на полом валу VI. Кулачок К\ через
шариковый подшипник воздействует на рычаг храпового меха¬

величину, зависящую
сительно

сообщая ему

низма,

одно

двойное

качание

за

полный

оборот

кулисного колеса. При рабочем ходе ползуна кулачок К\ отво¬
дит рычаг храпового механизма в переднее крайнее положение;
при этом собачка скользит по храповому колесу и подача стола

При обратном ходе ползуна рычаг под дей¬
пружины стремится занять исходное положение, пово¬
рачивая в это время храповое колесо 60.
не

производится.

ствием

Угол поворота

рычага,

ограничивается кулачком
валом

Ре

в

нужное

а соответственно и величина

подачи

/С2- Последний устанавливается штур¬

положение.

кулачковой муфты М3 влево вращение от
храпового колеса 60 передается через коническую передачу
32 32, шарнир Гука, шлицевой валик X и конический реверс
28 28 28 валу XI и далее, в зависимости от положения по¬

При

включении

движной шестерки 42, либо ходовому винту XII для сообщения
поперечной подачи столу, либо через шестерни 42 28, валик

XIII, коническую передачу 20 38 ходовому винту XIV для со¬
общения вертикальной подачи столу с траверсой. Изменение

направления подач осуществляется
муфты М4 конического реверса.
стола

переключением

и

кулачковой

траверсы производится путем
этом случае шли¬
не
от
вал
X
цевой
храпового механизма,
получает вращение
а от вала I через клиноременную передачу 205 205, вал VII,
червячную передачу 2 40 и вал VIII.
442

Быстрое перемещение

включения

кулачковой муфты М3 вправо. В

Вал XV

и

стола

корпуса

червячная передача 1 67 служат для поворота
относительно

продольной

для
передача 1 28
относительно поперечной оси.

вячная

поворота

а

оси,

вал XVI к чер¬
стола
плиты

верхней

Возможность поворота стола в двух взаимно перпендикуляр¬
плоскостях обеспечивает станку более широкую универ¬

ных

сальность.

Как

известно

из

механики,

кривошипно-кулисный

меха¬

обеспечивает равномерной скорости движения ползуна.
Последняя увеличивается от нуля до максимума и затем снова

низм

не

падает

до

нуля.

больше скорости

ростей

Скорость обратного
рабочего хода, однако

зависит от длины хода

ползуна

и

хода

всегда

ползуна

соотношение этих ско¬

произвольно

изменяться

не может.

Современные

модели

поперечнострогальных

станков

жаются

снаб¬

обеспечивают

гидравлическими
приводами,
которые
равномерную скорость хода ползуна, позволяют

бесступенчато

скорость хода ползуна и устанавливать желательное
соотношение между скоростями рабочего и холостого ходов.
изменять

§ 110. Продольнострогальные

станки

Двухстоечный продольнострогальный станок
состоит
из станины 12, по V-образным
177)
(фиг.
направляю¬
щим которой перемещается стол 11, двух вертикальных стоек
2 и 7, связанных внизу со станиной, а наверху одна с другой
Основные узлы.

посредством портала 4, траверсы 3, перемещающейся по на¬
правляющим стоек, четырех суппортов
двух вертикальных 5
и 6, расположенных на траверсе 3, и двух боковых 1 и 9,
пере¬
мещающихся
портов
ния.

по

направляющим стоек, механизма подач суп¬
движения резания 10 и пульта управле¬

8, привода

Обрабатываемая

деталь устанавливается

на столе

11,

кото¬

рому сообщается движение резания. Резцы закрепляются в суп¬
портах, получающих движение подач. Траверса устанайливается
с
высотой обрабатываемой детали и закреп¬
в
соответствии
ляется в нужном положении специальным механизмом с отдель¬
ным приводом.

Одностоечные продольнострогальные

станки

отличаются

от

двухстоечных только отсутствием левой стойки и портала. Зато
правая стойка и траверса делаются увеличенных размеров для
обеспечения
жесткости.
Обычно одностоечные
необходимой
станки имеют два вертикальных и один боковой суппорт. В ка¬
движения резания у продольнострогальных
приводов

честве

станков используются либо коробки скоростей
электромагнитной муфтой, либо электрический

стеме генератор

16*

с

реверсивной

привод

по

си¬

двигатель, либо гидропривод.
443

В
ных

современных
станков

отечественных моделях продольнострогаль¬
распространение получил привод ге¬

наибольшее

двигатель

с передачей движения
столу посредством
рейки.
Кинематика станка. Движение резания осуществляется от
двигатель
электропривода по системе генератор
(табл. 12,
тип
5) с бесступенчатым изменением скорости в диапазоне
1 : 15. Электродвигатель переменного тока АД мощностью 40 кет
(фиг 178, см. вклейку в конце книги) вращает с постоянным

нератор

и

червяка

177.

Фиг.

числом

Общий вид продольнострогально го

оборотов генератор

постоянного

тока

станка.

ГПТ. Последний

электродвигатель постоянного тока ДПТ, соединенный с
редуктором привода стола. От электродвигателя через косозу¬
бые колеса 20 99, карданный вал II и десятизаходный червяк
движение передается червячной рейке, закрепленной на ниж¬
ней плоскости стола.
За счет изменения сопротивления в шунтовых обмотках ге¬
питает

тока

рабочая

скорость дви¬
5 до 75 м/мин. Ско¬
рость обратного хода стола в три раза больше рабочей, но не
выше 75 м/мин. Изменение направления движения стола
осу¬
за
счет
ществляется
упоров У, устанавливаемых в боковом
пазу стола, которые воздействуют на конечные выключатели и

нератора
жения

и

двигателя

стола

реверсируют
тока.

Длина

постоянного

плавно

вращение
и

место

ротора

хода

и

стола

от

электродвигателя постоянного
определяются месторас¬

также

быстрые перемещения вертикальных и боковых
от отдельных электродвигателей
и

суппортов осуществляются
444

изменяться

упоров У.

положением

Подача

может

независимых

ния

подач. При каждом изменении направле¬
главного электродвигателя ДПТ происходит и

коробок

вращения

рабочем
обрат¬

реверсирование электродвигателя подачи, причем при
ходе стола

производится зарядка коробок подач,
ном холостом ходе стола
подача суппортов.

а при

Привод подачи вертикальных суппортов работает следую¬
щим образом. При включении электродвигателя мощностью
1,7 кет вращение передается через вал III и червячную пере¬
дачу 2 34 центральному валу коробки подач. На этом валу
жестко

шкив

закреплен

Ши охватываемый подпружиненными

тормозными колодками. Последние с помощью пальца связаны
с кривошипом Ки жестко закрепленным на полом валике, на
конце которого на скользящей шпонке сидит храповая полумуфта М2. Таким образом, при вращении центрального вала

Ш\, тормозные

колодки, кривошип К\ и полуугол поворота тормозных колодок и, соответ¬
ственно, кривошипа с полумуфтой М2 ограничен с одной сто¬
роны неподвижным упором У , а с другой стороны подвижным

вращаются

шкив

муфта М2. Однако

упором

Уп,

в

которые тормозные колодки упираются

своим

по¬

водком.

сообщения

Для

подачи

суппортам

включается

храповая

муфта М2, соединяющая кривошип К\ с широкой распредели¬
тельной шестерней 90. При вращении кривошипа К\ по часовой
стрелке (при обратном ходе стола) храповая муфта М2 пере¬
дает вращение распределительной шестерне 90. При вращении
кривошипа против часовой стрелки (при рабочем ходе стола)
храповая

муфта

проскакивает

и

движной.
С шестерней 90 в постоянном
стерни 42 и 42, свободно сидящие

шестерня 90
зацеплении

на

валах

остается

непо¬

находятся

V и

X,

ше¬

и

шестер¬
35 паразитного блока. Вторая шестерня 35 паразитного блока
находится в зацеплении с другой парой шестерен 42 42, также
свободно сидящих на валах V и X. Левые шестерни 42 и пра¬

ня

вые шестерни 42 вследствие наличия паразитного блока 35, 35
вращаются в различных направлениях. Кулачковыми муфтами

М3

и М4 можно включать, выключать и изменять направление
подачи вертикальных суппортов.
Вал V передает движение подачи правому вертикальному
левому. При включении кулачковой муфты
суппорту, а вал X
М5 вправо вращение от вала V через шестерни 30 46
передается маточной гайке, связанной с ходовым винтом VI,

благодаря чему суппорт получает горизонтальную подачу.
При включении кулачковой муфты М5 влево вращение

от

шестерни 46 через конические передачи 23 23 и 20 20 пере¬
дается маточной гайке, связанной с вертикальным ходовым
винтом

VIII,

и

суппорт получает вертикальную подачу.
445

муфтой М6

производится включение подачи ле¬
вого вертикального суппорта, только в этом случае движение
заимствуется от вала X. Величина горизонтальной подачи вер¬
тикального суппорта за один двойной ход стола может изме¬
Аналогично

няться в пределах от

до 25 мм. Изменение величины подачи

0,5

упора Уп с помощью ма¬
установкой
червячной передачи 1 50. Нужная величина подачи
устанавливается по лимбу Л.
Быстрые перемещения вертикальных суппортов происходят
при включении кулачковой муфты Мх путем перемещения рас¬
пределительной шестерни 90 влево. В этом случае вращение от
подвижного

достигается
ховичка

и

центрального вала непосредственно передается шестерне 90 и
подачи с
к суппортам, минуя механизм периодической
и быстрых перемещений боко¬
подач
Привод
муфтой.
храповой
далее

суппорта совершенно идентичен приводу вертикального
суппорта. Вращение от вала XV через конические шестерни
26 26 передается маточной гайке, связанной с вертикальным
ходовым винтом XVII, обеспечивая вертикальную подачу боко¬
вого

подача бокового суппорта
винта XVIII.
от
только
ходового
ществляется
вручную

вому суппорту. Горизонтальная

осу¬

Подъем и опускание траверсы производятся отдельным
электродвигателем мощностью 1,7 кет через червячный редук¬
тор 4 38, конические передачи 24 42 и вертикальные ходовые
винты XXI и XXII. Зажим траверсы также производится от
отдельного электродвигателя через червячную передачу 1 60
и рычажно-винтовую систему.
§ 111. Прочие

Долбежные

типы

станков

строгально-протяжной группы

станки. В станине

станка смонтирован

(табл. 22,

механизм привода

тип.

4) долбежного

долбяка. По вертикаль¬

направляющим станины 1 ходит долбяк 4, а по горизон¬
направляющим перемещаются поперечные салазки 6.
Последние имеют направляющие, по которым скользят про¬
дольные салазки 5, несущие круглый стол 3. Резец устанавли¬
вается в резцедержателе долбяка. Стол может перемещаться
в продольном, поперечном и круговом направлениях от храпо¬
вого механизма подачи 7. Делительный механизм 2 служит для
точного поворота стола 3.
ным

тальным

Обрабатываемая
Движение долбяка

деталь устанавливается на круглом столе.

является рабочим ходом, в течение
которого происходит снятие стружки. Холостой ход происходит
при движении долбяка вверх. В конце холостого хода произво¬
дится очередная подача стола с обрабатываемой деталью в од¬
вниз

возможных направлениях. При обработке плоскостей
сообщается
движение подачи в продольном или поперечстолу
446
ном

из

направлении, а при обработке цилиндрических участков по¬
круговое движение подачи.
Долбежные станки прежних конструкций, например модели
743, имеют кривошипно-кулисные механизмы для привода долбяка. Новые модели станков 7470,747М, 7450 и др. для этой цели
имеют гидропривод, который обладает рядом преимуществ.
Горизонтальнопротяжные станки (табл. 22, тип. 5). Станок
ном

верхностей

состоит

из

станка,

верхней

нижней

станины

станины

2,

1,

в которой
смонтирован привод
направляющей которой переме¬

по

щается ползун с суппортом 3. Последний служит для закрепле¬
ния протяжки. В протяжных станках старых конструкций для

сообщения ползуну
ного

движения

с

протяжкой прямолинейного поступатель¬
реечный и винтовой приводы.

использовались

В современных станках применяется исключительно гидравли¬
ческий привод.

Обрабатываемая
тяжка

своим

деталь устанавливается в патроне 4.

Про¬

хвостовиком

пропускается через отверстие обра¬
батываемой детали и закрепляется в суппорте ползуна. После
этого включают станок. Масло от насоса поступает в рабочую
шток
часть
цилиндра и сообщает всей системе поршень
тех
движение
до
пор, пока
ползун
протяжка прямолинейное
протяжка не выйдет из детали. После этого обрабатываемая
деталь вынимается
порта
и

из

патрона,

процесс

протягивания

наружного

4,

в

извлекается
исходное

из

суп¬

положение

начинается снова.

Вертикальнопротяжные
ны

протяжка

ползуна, последний возвращается

плиты-основания

1,

станки.

(табл. 22,
стола

Станок
тип

7)

данного
состоит

типа

из

для

стани¬

2, подвижной каретки-ползуна 3

привода 5. Обрабатываемая деталь устанавливается на столе.
Протяжка закрепляется в подвижной каретке. Для получения
после протягивания необходимых размеров деталей стол 2 сов¬
и

местно с

обрабатываемой

речном направлении.
После установки и

деталью может перемещаться в попе¬

закрепления детали подвижной

каретке

протяжкой сообщается прямолинейно-поступатель¬
ное движение вниз от гидропривода. При этом каждый зуб про¬
тяжки снимает с детали определенный слой металла, а послед¬
ние зубья защищают обработанную поверхность. Затем обраба¬

совместно с

тываемая

вращается

деталь
в

снимается

исходное

и

подвижная

каретка быстро

воз¬

положение.

Вертикальнопротяжные станки часто выполняются с двумя
протяжными каретками и двумя суппортами. Пока в одном суп¬
порте снимают обработанную деталь и устанавливают заготов¬
ку, обрабатывается деталь, установленная во втором суппорте.
Таким образом, производительность процесса протягивания по¬
вышается

почти

вдвое.

ГЛАВА XXtll
ШЛИФОВАЛЬНЫЕ СТАНКИ

§

112.

Особенности процесса
фования заключается в

И РАБОТА НА НИХ

Процесс шлифования
шлифования.

Сущность

использовании

в

процесса шли¬
режущего

качестве

инструмента абразивных кругов. Этот процесс известен чело¬
вечеству с незапамятных времен, однако промышленное значе¬
ние он приобрел только во второй половине XIX в., после того
научились изготовлять икусственные абразивные круги.
Шлифовальный круг состоит из большого количества острых
и твердых абразивных зерен, связанных между собой специаль¬
ной массой
связкой. С точки зрения процесса резания шли¬
фовальный круг можно рассматривать' как фрезу с большим
как

количеством

мелких

зубьев. Действительно,

в

процессе шлифо¬

зерно, находящееся на периферии круга, рабо¬
тает как зуб фрезы, снимая стружки переменного сечения. Осо¬
бенностями шлифовального круга по сравнению с другими ре¬
жущими инструментами являются, с одной стороны, очень вы¬
сокая твердость зубьев (зерен), а с другой,
способность кру¬
вания

каждое

к самозатачивание, которое происходит благодаря тому,
затупившиеся зерна на поверхности круга выкрашиваются,
а в работу вступают новые острые зерна.
Благодаря высокой твердости абразивных зерен шлифова¬
нием можно обрабатывать металлы любой твердости, включая
твердые сплавы и неметаллические материалы, такие, как стек¬
ло, мрамор, камень и т. д.
Возможность работы при шлифовании с малыми глубинами
порядка 1 2 мк и, соответственно, с малыми усилиями реза¬
ния
этим
легко
позволяет
точности
методом
достигать
2-го
гов

что

класса.

Шлифование обеспечивает также высокую чистоту обрабо¬
танной поверхности
до 10-го класса включительно. В соответ¬
ствии с этими особенностями процесс

шлифования применяется
для окончательной обработки высокоточных деталей, для обра¬
ботки деталей, к которым предъявляются высокие требования

в отношении чистоты

448

поверхности, для

обработки деталей

после

операций при
работе по твердой корке.
На шлифовальных станках могут быть обработаны все виды
цилиндрические, кони¬
наружных и внутренних поверхностей

закалки, а в некоторых случаях и для черновых

ческие,

и

торцовые, фасонные

винтовые.

Выбор шлифовальных кругов. Для осуществления рацио¬
нального и высокопроизводительного процесса шлифования не¬
обходимо правильно выбрать шлифовальный круг по форме, по

виду абразивного материала, по типу связки, по твердости и
зернистости (см. гл. X).
Форма круга выбирается в соответствии с видом обработки.
Для круглого шлифования применяют дисковые круги, для от¬
тонкие прорезные круги, для торцового шли¬
резных работ
чашечные
круги и т. д.
фования
Тип абразивного материала выбирается в зависимости от
вида обрабатываемого материала. Для шлифования стали при¬
меняются корундовые круги, для шлифования чугуна, бронзы
и

неметаллических

зеленого

материалой

карбида кремния

карборундовые круги. Круги

используют

в

основном

для

заточки

твердосплавного инструмента и для шлифовки отбеленного чу¬
гуна. Алмазные круги применяются для заточки твердосплав*
ного инструмента и для специальных работ.
Выбор связки зависит от условий работы и формы круга.
Для большинства работ применяются круги с керамической

связкой;

для

металла

разрезки

используются

круги только

вулканитовой или бакелитовой связке.
растительной
Выбор твердости круга зависит от режима резания
твердости обрабатываемого материала. Под твердостью

и

на

от

круга
принято понимать твердость связки, т. е. то сопротивление, ко¬
торое оказывает связка вырыванию из нее абразивных зерен.
Твердость круга должна быть такой, чтобы он в процессе ра¬
боты не засаливался и излишне не осыпался, а нормально са¬
мозатачивался. Как правило, чем тверже обрабатываемый ма¬
териал, тем мягче должен быть шлифовальный круг.
Зернистость круга выбирается в зависимости от требуемой
чистоты поверхности. Чем выше должна быть чистота поверх¬
ности, тем более мелкозернистым должен быть шлифовальный
круг. Однако следует помнить, что с уменьшением зернистости
круга падает и его производительность.
Методы шлифования. Существует четыре основных метода

круглого шлифования

и

два

метода

плоского

шлифования. Для

движением резания является враще¬

шлифования
абразивного круга. Количество

всех методов

и направление подач для
ние
разных методов различны.
При круглом шлифовании методом продольной подачи (фиг.
179, а) изделию сообщается вращение (круговая подача ns),
столу совместно с изделием
прямолинейное возвратно-посту449

шлифованя.
методв

различных
Схемы
179.

Фиг.

пательное

движение вдоль оси изделия

(продольная

подача

snp)f

бабке с шлифовальным кругом
радиальная периодическая
подача sp. Этот метод обеспечивает максимальную точность об¬
работки, но пригоден только для обработки поверхностей вра¬
щения с прямолинейной образующей.
а

При круглом шлифовании методом врезания (фиг. 179, б)
сообщается круговая, а бабке
радиальная подачи.

изделию

Продольная

подача отсутствует. В этом случае ширина круга b
должна быть больше длины шлифуемого участка /. Преимуще¬
ством этого метода является высокая

производительность

и воз¬

шлифовать цилиндрические,
фасонные
поверхности вращения. Для этого достаточно придать шлифо¬
вальному кругу соответствующую форму. Недостатки данного
можность

конические

и

пониженная точность и необходимость частой правки
метода
круга.
Глубинный метод шлифования (фиг. 179, в) напоминает то¬

чение резцами с углом ф
0°. Шлифовальный круг, имеющий
заборную коническую часть, сразу устанавливается на всю глу¬
бину припуска на обработку. Радиальная подача при этом ме¬
тоде отсутствует, а скорость продольной подачи принимается
=

значительно

меньшей,

чем

при первом методе. Этот метод при¬

шлифования жестких валов и других деталей, не
особо
высокой точности изготовления.
требующих
Метод бесцентрового шлифования (фиг. 179, г) широко при¬
меняется в условиях крупносерийного и массового производ¬
ства, особенно для шлифования гладких валов. Сущность этого
метода заключается в том, что обрабатываемое изделие 2 уста¬
навливается на опорном ноже 4 между двумя шлифовальными
кругами / и 3. Шлифующий круг 1 вращается с окружной ско¬
ростью, равной 25 30 м/сек, а ведущий круг 3 вращается в
же
том
направлении во много раз медленнее, с окружной
скоростью, соответствующей величине круговой подачи изде¬
меним

для

лия.

Гладкие валики шлифуют этим методом с продольной по¬
дачей изделия, для чего ось ведущего круга несколько накло¬
няют по отношению к оси изделия. Появляющаяся при этом
осевая

окружного усилия
перемещаться вдоль своей оси.
составляющая

При шлифовании
их

кругов

этим

и

заставляет

методом валиков с

устанавливаются

параллельно,

а

изделие

уступами оси обо¬
ведущему кругу

сообщается радиальная подача.
На фиг. 179, д показана схема плоского шлифования периферией круга. Изделие получает совместно со столом непрерыв¬
ную продольную подачу snp, круг или изделие
периодическую
(после каждого хода стола) крупную поперечную подачу sn
и круг
периодическую (после прохода всей плоскости) малую
вертикальную подачу se.
451
-

Метод торцового шлифования чашечным кругом показан на
фиг. 179, е. Если диаметр D круга больше ширины В изделия,
то в поперечной подаче нет необходимости. Этот метод более
производителен, но несколько менее точен, чем предыдущий.
Резьба, шлицевые валики и другие фасонные изделия шли¬

фуются методом копирования профильными кругами.
Зубья цилиндрических, конических и червячных колес шли¬
фуются как методом копирования, так и методом обкатки.
§ 113. Основные

типы

шлифовальных

станков

В группе шлифовального оборудования существует наиболь¬
шее количество типоразмеров станков. Это объясняется тем, что
каждая из групп станков, работающих тем или иным видом ме-.
таллического инструмента, служит для обработки ограниченной
номенклатуры изделий или видов поверхностей, в то время как
группа шлифовальных станков в соответствии с современными
высокими требованиями машиностроительной промышленности
должна обеспечивать окончательную обработку всех видов из¬

делий

и всех видов поверхностей.
Основными типами шлифовальных станков являются круг¬
лошлифовальные, внутришлифовальные, плоскошлифовальные,
фасонношлифовальные, заточные и доводочные.
Круглошлифовальные станки. Станки для наружного круг¬
бывают стандартные, универсальные, врез¬
лого шлифования

бесцентровые и специализированные.
Стандартный круглошлифовальный станок (табл. 23, тип1)
предназначается для обработки наружных цилиндрических, по¬
логих конических и торцовых поверхностей. Он состоит из ста¬
нины, стола, шлифовальной бабки, бабки привода изделия и
ные,

задней бабки. Стол получает
станине

жение.

станка,

Привод

ществляются

бабка

может

от

гидропривода, встроенного в
возвратно-поступательное дви¬
привод шлифовального круга осу¬
от

прямолинейное
изделия

и

электродвигателей. Шлифовальная
в
поперечном (радиальном) на¬
механически, так и вручную. Для шлифования
отдельных

перемещаться

правлении как
конусов верхняя часть стола
жет поворачиваться в пределах ±10°
ным направляющим станины.
пологих

совместно
по

с

бабками

отношению к

мо¬

продоль¬

Универсальный круглошлифовальный станок отличается от
шлифовальная бабка и бабка изделия
могут поворачиваться в плоскости стола, что позволяет шлифо¬

обычного тем, что у него

вать на этих станках не только

пологие, но и крутые конусы.
Врезные
круглошлифовальные станки значительно более
просты по конструкции, так как они не имеют продольной по¬
дачи стола. В серийном и индивидуальном производствах этот
тип станков широкого
распространения не получил.

452

Бесцентровые круглошлифовальные станки (табл. 23, тип. 18)
совершенно иную компоновку. Шлифующий, больший по

имеют

размерам круг, получает вращение с постоянным числом обо¬
ротов непосредственно от приводного электродвигателя. Веду¬
щий, меньший круг приводится во вращение через коробку
скоростей, которая обеспечивает возможность в соответствии с
выбранным режимом изменять его число оборотов. Между кру¬
гами располагается опорный нож. Над кругами смонтированы
приспособления для алмазной правки. Рукоятка и штурвал слу¬
жат для

радиальной

подачи ведущего круга.

Специализированные круглошлифовальные

станки строятся
для обработки определенной узкой Номенклатуры деталей, на¬
пример: для шлифования шеек коленчатых валов, для шлифо¬
вания каландровых валов, для шлифования желобов колец ша¬
и

рикоподшипников

т.

п.

станки. Эти станки служат для обра¬
ботки внутренних цилиндрических, конических и торцовых по¬
верхностей. Внутришлифовальные станки бывают патронные,

Внутришлифовальные

и бесцентровые.
Патронный внутришлифовальный

планетарные

имеет в основном те же

ные

станки,

однако

отличия. Бабка

в

изделия

узлы, что
монтаже

и

станок

обычные

узлов

смонтирована

(табл. 23, тип. 2)
круглошлифоваль¬

имеются

не

существенные

на столе,

а

непосред¬

Шлифовальная бабка, наоборот, уста¬
подвижной каретке на столе станка. Шлифовальный

ственно на станине станка.
новлена на

круг закрепляется на конце удлиненного шпинделя и получает
5000 10 000 об/мин и выше. Имеются
высокие числа оборотов
быстроходные электрошпиндели, совершающие до 60 000 об/мин.

Патронные

служат для шлифования концентричных и
по размерам деталей.
небольших
сравнительно
Планетарные шлифовальные станки служат для обработки
неконцентричных и крупногабаритных деталей. У этих станков
деталь устанавливается неподвижно на столе, а все необходи¬
как
мые
движение
движения
резания, так и движение по¬
дач
совершает шлифовальный круг.
Бесцентровые внутришлифовальные станки используются
только
для
шлифования деталей типа колец и применяются
сравнительно редко.
Плоскошлифовальные сганки. Плоскошлифовальные станки
строятся с прямоугольным или круглым столом. Последние при¬
меняются для непрерывного шлифования, обычно в условиях
массового производства. Каждый из этих типов плоскошлифо¬
станки

вальных станков,

в

свою очередь, подразделяется на станки, ра¬

ботающие периферией круга

(по методу, показанному на фиг.
179, <?), и станки, работающие торцом круга (фиг. 179, е).
Наиболее распространенным из плоскошлифовальных стан¬
с
станок
ков
является
столом,
прямоугольным
работающий
453

Таблица 23
Основные
Тип
станка

Центровые

виды станков

Общий вид станка

шлифовальной группы
Основные узлы

1 станина; 2
Для шлифова¬
стол; 3 бабка ния наружных
изделия; 4
поверхностей
шлифовальная
вращения и
бабка; 5 зад¬ внешних тор¬
няя
бабка; 6-- цов изделий в
продольные са¬ индивидуаль¬
лазки
ном и серий¬

1.

е

Назначение

ном

производ¬
стве

льны

ифова

углошл

Кр

Бесцнтровые

18.

Внутришлфоваьые
2.

454

Для шлифова¬
1 станина;
ния только на¬
2 привод; 3
по¬
шлифовальная ружных
бабка; 4 баб¬
верхностей
ка

ведущего
ме¬

круга; 5
ханизм

подачи

бабки

вращения

в

условиях круп¬
носерийного и
массового

про¬

изводства

1 станина; 2 'Для шлифова¬
бабка изделия; ния внутренних
3 шлифо¬
поверхностей
вальная бабка;
вращения и
4 суппорт;
внутренних
5
стол
торцов изделий

Продолжение табл. 23
Тип
станка

Плоскшифваьные

Основные узлы

Назначение

1
станина;
2 попереч¬
ные салазки;
3
шлифо¬

Для шлифова¬

Общий вид станка

бабка;
вертикаль¬

ния плоско¬

стей, прямоли¬
нейных пазов,

вальная

канавок и для

4

прочих анало¬
гичных

ные
5

салазки;

работ

стол

7.

Для заточки
станина;
поперечные различных ви¬
дов режущих
салазки; 3
1

2

Заточные
6.

шлифовальная
бабка; 4 стол;
5
продоль¬
ные салазки

инструментов,
резцов, фрез,
разверток, мет¬
чиков,
жек,
пил

1
2

станина;
стол; 3

притир; 4

Довдчные

8.

бабка притира;
5
стойка

протя¬

зенкеров,
и

т.

п.

Для оконча¬
тельной отдел¬
ки различных
видов поверх¬
ностей мето¬
дами притирки,
хонингования,

суперфиниши¬
рования и по¬
лирования

455

периферией

(табл. 23,

круга

стола с магнитной

закрепляются

или

тип.

плитой, стойки

и

7). Он состоит из станины,
шлифовальной бабки. Детали
на

непосредственно

столе,

или

на

магнитной

получают от

плите и совместно со столом

гидропривода прямо¬
линейное возвратно-поступательное движение. Вся шлифоваль¬
ная бабка совместно с кареткой, несущей шлифовальный круг,
перемещается по вертикальным направляющим стойки и уста¬
навливается в соответствии с высотой
тикальная

подача

бабки

в

шлифуемой

процессе шлифования

Вер¬

детали.

может

осуще¬

как вручную, так и механически. Каретка с шлифо¬
кругом может перемещаться в поперечном направле¬
нии от гидропривода или вручную.
Для шлифования крупных и длинных деталей строятся про-

ствляться
вальным

станки.

дольношлифовальные

Фасонношлифовальные станки. Этот тип станков предназна¬
чается для шлифования сложных фасонных линейных и прост¬
ранственных поверхностей. К

их

числу

в

первую очередь

отно¬

зубошлифовальные, резьбошлифовальные, шлицешлифо¬
шлифовал ьно-затыловочные, профилешлифовальные
станки, станки для шлифования лопаток турбин и т. п.
Заточные станки. Особую группу шлифовальных станков
представляют заточные станки, которые служат не для обра¬
сятся

вальные,

ботки деталей,

а

для

заточки

различных

видов

рументов. Заточные станки выпускаются в виде
чил,

универсально-заточных

точных

станков

и

режущих инст¬

простейших

то¬

специализированных

за¬

станковч

Точила служат для

слесарного инструмента (зубил,
кернов, чертилок и т. п.), а также
сверл при отсутствии специального обо¬
заточки

крейцмейселей, шаберов,
для

заточки

резцов

и

рудования.

Универсально-заточной
станины,

легкоподвижного
головки.

станок
стола

Стол

(табл. 23, тип 6) состоит из
поворотной двухсторонней

и

имеет

поперечное и продольное
продольном направлении стол перемещается
перемещение.
по направляющим качения, что делает его ход весьма легким.
К станку прилагается большое количество нормальных приспо¬
соблений: центровые бабки, поворотные головки, упоры и т. п.
Универсально-заточные станки предназначаются в основном для
заточки многолезвийного инструмента: фрез, зенкеров,
развер¬
ток, зенковок, метчиков и т. п. При наличии соответствующих
приспособлений на них можно также затачивать резцы и
сверла.
Специальные заточные станки весьма разнообразны по сво¬

шлифовальной

В

ему

назначению и, соответственно, по

станки

точки

456

для

полуавтоматической

Существуют

конструкции.

заточки

резцов, сверл, протяжек, червячных

круглых

фрез

и

пил, для
т.

п.

за¬

и специальные заточные станки

используются
ин¬
инструментальных цехах для централизованной заточки
струментов.
Доводочные станки (табл. 23, тип. 8). Все виды доводочных
станков предназначаются для окончательной обработки деталей

Универсальные

в

в целях достижения высокой точности размеров или высокой
чистоты поверхности, а чаще всего для того и для другого одно¬
стан¬
временно. В зависимости от принципа работы доводочные
ки
подразделяются на полировальные, притирочные, хонинго-

суперфиниша.
Полировальные станки работают абразивными

вальные и для

лентами, аб¬
на войлочные
разивными порошками и пастами, нанесенными
высокого
круги. Эти станки предназначаются для получения
качества обработанной поверхности главным образом на дета¬

декоративного типа.
В притирочных станках в качестве режущего инструмента
используются притиры из красной меди, мягкого серого чугуна

лях

или твердых пород древесины, шаржированные тонкими

абра¬
Притирочные станки служат
для получения весьма высокой чистоты (до 14-го класса) внут¬
ренних и наружных поверхностей, а также плоскостей. При
притирке точность обработки достигает 1-го класса.
Режущим инструментом в хонинговальных станках является
хон
головка, оснащенная несколькими мелкозернистыми абра¬
зивными брусками. Широкое применение хонинговальные станки

зивными

порошками

или

пастами.

моторостроении для доводки гильз цилиндров дви¬
хон сравнительно медленно вращается и,
кроме того, получает прямолинейное возвратно-поступательное
движение вдоль оси обрабатываемого отверстия, снимая все
неровности, которые остались от предварительной обработки.
При хонинговании обрабатываемая поверхность и бруски
обильно смачиваются керосином. Хонингованием достигается
1-й класс точности и 10 11-й класс чистоты поверхности.
Станки для суперфиниша применяются в шарикоподшипни¬
ковой и автотракторной промышленности, а также в других от¬
раслях машиностроения для сверхчистовой обработки наруж¬
ных и внутренних поверхностей. Процесс резания осуществляет¬
получили

гателей.

ся

с

в

При работе

помощью

колеблющихся абразивных брусков

и

ведется

с

применением смазочно-охлаждающей жидкости. Форма и раз¬
меры изделия после суперфиниширования остаются практиче¬
ски

неизмененными,

основном

Н-го

для

класса

вследствие

получения

включительно.

чего

высокого

этот

метод

качества

применяется

в

поверхности, до

ГЛАВА XXIV
НАРЕЗАНИЕ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС
Основной

технологической задачей

нарезании всех ви¬

при

удаление с заготовки материала
зубчатых
для получения заданной формы впадины (фиг. 180, а). Мате¬
риал, оставшийся между впадинами, образует зубья. Задача
эта довольно сложная, так как боковой профиль зубьев, а со¬
колес

дов

является

очерчен по эвольвенте, дно впадины
большого радиуса RQy а сопряжения боковых
окружностями малого радиуса г. Еще бо¬
профилей с дном
лее усложняется задача при нарезании шевронных, конических,
червячных и других типов колес. Основные виды колес, требую¬
щие для своего изготовления различных технологических при¬
емов, схематично представлены на фиг. 180, б.
ответственно,

по

и

впадин,

окружности

§

114. Методы нарезания

зубчатых

колес

Существуют

два основных метода нарезания
метод копирования и метод обкатки.

лес

Метод копирования. Сущность
том,

что

впадина

каждая

этого

зубчатого

профиль

модуля

впадины

различен,

нарезания колес методом копирования

сальное

в

обра¬
шлифовальным кру¬
окончательно

батывается инструментом (резцом, фрезой,
гом), профиль которого выполнен строго в соответствии
филем впадины. Поскольку для каждого числа зубьев
каждого

ко¬

заключается

метода

колеса

зубчатых

то

для

потребовалось

с

про¬

и

для

точного

бы колос¬

количество

режущих инструментов, что практически
оказалось бы совершенно неприемлемым. Поэтому для наре¬
зания методом копирования пользуются набором режущих ин¬
струментов из 15 или чаще 8 штук фрез каждого модуля. Каж¬
дая из таких

с

румент
ями

и

шенно

набора
выше

мента

пределами

для нарезания колес только

чисел

зубьев.

используется для нарезания

(до бесконечности),
что

при
погрешности

ясно,

вносятся

45S

фрез набора служит

определенными

профилю

таком

из-за

впадины,

т.

е.

Последний

включая

инст¬

137

зубь¬
рейку. Совер¬

колес

со

нарезания колес заведомо
несоответствия профиля инстру¬

методе

Звольбента

Фиг.

180. Схема образования зубьев колеса (а) и типы зубча¬
тых колес и блоков шестерен (б):

1
цилиндрическое колесо с прямыми зубьями; 2
цилиндрическое ко¬
блок шестерен с пря¬
лесо с косыми зубьями; 3
шевронное колесо; 4
с
5
косыми
блок
мыми зубьями;
венец с внут¬
зубьями; 6
шестерен
ренними зубьями;
колесо

с

7

прямыми

зубьями; 10

колесо

зубьями;

с

9

8
коническое
с криволинейными
12
валик;
многошлицевой
рейка.
зубьями;

внутренними
коническое колесо

червячное колесо; Ы

459

При нарезании методом копирования, после обработки каж¬
дой впадины необходимо поворачивать заготовку на один зуб.
Для этой цели используются делительные головки. При деле¬
нии заготовки вносятся дополнительные погрешности, в резуль¬
тате чего зубчатые колеса, нарезанные методом копирования,
имеют невысокую точность (обычно 9 10-я степень точности по

ГОСТ 1643 56).
Чаще всего методом копирования

фрезерных

на

ются

В

станках.

зубчатые

колеса

нареза¬
инструмента

качестве режущего

дисковые

используются модульные фрезы

или

пальцевые.

дисковыми

модульными фрезами на универсаль¬
При работе
но-фрезерных станках относительно точно можно нарезать ко¬
леса типов 1, 2 и 12 (фиг. 180, б), с большими погрешностями
можно

нарезать

типа

колеса

8

и

что

при условии,

диаметр

колеса типа 10.
фрезы равен диаметру червяка,
При работе пальцевыми модульными фрезами на

вертикаль¬
но-фрезерных станках можно нарезать сравнительно точно ко¬
леса больших модулей (т^5) типов 1, 2 и 3 и с большим при¬
ближением колеса типа 8.
Метод обкатки. Метод обкатки состоит в том, что режу¬
щему инструменту и заготовке сообщаются такие взаимосвязан¬
движения, которые обеспечивают образование наружного

ные

профиля впадин данного модуля одним и тем же инструментом
для колес с любым числом зубьев. Метод обкатки, при прочих
равных условиях, более универсален и более точен, чем метод
копирования. Имеется несколько вариантов осуществления ме¬
тода

обкатки.

Обкатка

инструментальной рейкой производится на зубо¬
станках. Схема работы этим методом показана на

строгальных
фиг. 181, а. Инструментальная рейка, или,
вают, гребенка, совершает прямолинейное

как

ее

еще

назы¬

возвратно-поступа¬
тельное движение, являющееся движением резания.
Заготовке, установленной на столе станка, сообщается по¬
ступательное движение вдоль рейки со скоростью подачи s и
вращательное движение с угловой скоростью п0 последнее яв¬
ляется движением обкатки.

Для
жение,
с

чтобы гребенка образовала
профиля, необходимо сообщить

того

нужного

какое

она

гребенкой. Это

имела
может

бы,
быть

s

где

s
m

460

если

=

выполнено

число

число

в

впадины

такое

при условии,

заготовки

зубьев нарезаемого
оборотов заготовки

в

мм;

колеса;
в минуту.

в

дви¬

зацеплении

что

rc.m-z-Ai0,

модуль нарезаемого колеса

z

заготовке

заготовке

бы находилась

скорость движения подачи

п0

на

мм/мин;

Для нарезания за один проход всех впадин колеса потре¬
бовалась бы весьма длинная гребенка, что практически неосу¬
ществимо. Поэтому на зубострогальных станках работают ко¬
роткими гребенками,

но после

обработки каждой

впадины заго-

Фиг. 181. Схемы нарезания колес методом обкатки на станках: а

зубо долбежном;

гальном; б

товка

отводится

ческого

после
все

в

исходное

делительного

чего

зубья

положение

и

с

помощью

механизма

поворачивается
нарезается вторая впадина и т. п., до

колеса

Этим методом

не

будут

можно

180, б).
Обкатка долбяком
Долбяк представляет

полностью

нарезать

применяется

собой

зубостро¬

зубофрезерном.

в

автомати¬

на

один

тех

пор,

зуб,
пока

готовы.

колеса

на

зубчатое

типов

7, 2

и

зубодолбежных
колесо,

4

(фиг.

станках.

изготовленное
461

быстрорежущей

из высококачественной

фованное

и

по

заточенное

Схема обкатки долбяком

передней

стали, закаленное, шли¬
и

задней

поверхностям.

фиг. 181, б.
прямолинейное возвратно-по¬

показана на

Движением резания является
ступательное движение долбяка. Скорость подачи определяется
скоростью вращения долбяка (числом оборотов) п8. Движение
обкатки осуществляется за счет вращения заготовки со ско¬
ростью п0. Для нормального протекания процесса обкатки долж¬
но быть выполнено условие, чтобы

*_д

=

*3
где Za

число

z9

число

Долбяк

п_о
*s'

зубьев долбяка;
зубьев нарезаемого

колеса.

надевается на штоссель, а заготовка

на шпиндель

процесса обкатки долбяк и заготовка касаются
своими наружными поверхностями. Затем долбяк сближается
с заготовкой, пока не врежется на нужную глубину. В дальней¬
шем процесс нарезания происходит при постоянном межцентровом расстоянии долбяка и заготовки.
Колеса с крупными модулями нарезаются не за один, а за
два или три оборота заготовки с постепенным врезанием дол¬
бяка.
Обкатка долбяком является наиболее универсальным мето¬
стола.

В

начале

как

дом,

так

зать

колеса

па

высокопроизводительно и точно наре¬
У до 7 включительно, а также рейки ти¬

позволяет

типов

от

12 (фиг. 180, б).
Обкатка червячной фрезой

осуществляется на зубофрезер¬
Схема обкатки приведена на фиг. 181, в. Движе¬
резания в этом случае является вращение червячной фре¬
числом оборотов tiv. При нарезании цилиндрических ко¬

ных станках.
нием

зы
лес

с

движение

сообщается фрезе

подачи s

обеспечивается

Обкатка

(числом оборотов)

п0.

вращением

При

этом

вдоль оси заготовки.

заготовки

должно

быть

со

скоростью

соблюдено

ра¬

венство
^3_Пу
По'
<*ф

червячной фрезы;
зубьев нарезаемого колеса.
Червячной фрезой можно нарезать колеса типа /, 2 и 10 и
шлицы 11 (фиг. 180, б).
При нарезании червячных колес движение подачи сообщает¬
где аф

число

z3

число

ся
ная

462

столу

с

подача

заходов

заготовкой

фрезы

в

в

этом

радиальном направлении.
случае отсутствует.

Вертикаль¬

Конические

зубьями

колеса как с

можно

правильно

зубострогальных

альных

и

прямыми, так и с криволинейными
точно нарезать только на специ¬

и

зубофрезерных

также ра¬

станках,

ботающих по методу обкатки.

§

115. Основные

Зубострогальные
рейкой, обеспечивают
но

их

зуборезных

типы

работающие

станки,

станков

инструментальной

наибольшую точность нарезаемых колес,
зато имеют малую производительность, поэтому применение
весьма ограничено.
Зубодолбежные станки, работающие круглым долбяком, не¬

сколько

то они

уступают по точности зубострогальным станкам, но за¬
значительно производительнее последних и более уни¬

версальны.
Наиболее производительными

и

ются

зубофрезерные

чили

наибольшее распространение

точными

достаточно

станки, которые
на

благодаря

явля¬

и

этому
полу¬
машиностроительных за¬

водах.

Для окончательной обработки зубчатых колес применяются
зубоотделочные станки тонкострогальные
(шевинговальные)
или притирочные.
В тонкострогальных станках в качестве режущего инстру¬
мента используются шеверы круглые или гребенчатые.
Круглый шевер представляет собой зубчатое колесо, на бо¬
ковых

зубьев которого имеются неглубокие ка¬
острыми кромками.
В процессе обкатки шевера и зубчатого колеса последнему

навки

поверхностях

с

сообщается короткое прямолинейное возвратно-поступательное
движение вдоль своей оси, в результате чего шевер своими
многочисленными режущими кромками соскабливает с поверх¬

зубьев колеса тонкие стружки.
Припуск на обработку шевингованием

ности

0,1 0,25

Шевингованием

мм.

могут

составляет

быть

более

не

обработаны

только

колеса.

незакаленные

Для

отделки стальных закаленных колес применяются зубо¬
притирочные станки. Последние работают при помощи чугун¬
ных колес (притиров), шаржированных мелкозернистыми абра¬
зивными

порошками

колесом

подается

или пастами.

смесь

притирке инструмент
что и при

движения,

Подвижные
легкости

цели

с

В зону зацепления притира с
абразивным порошком. При

обрабатываемое

колесо

имеют

те

же

шевинговании.

шестерни

включения

зубьев.
Для этой
щие станки,

и

масла

коробок

должны

выпускаются

скоростей

иметь

специальные

работающие пальцевой

или

и

подач

закругленные

для

торцы

зубозакругляю-

червячной фрезой.
463

Специальные зубострогальные

и

зубофрезерные

станки

вы¬

пускаются для нарезания конических колес. Зубострогальные
станки применяются для нарезания конических колес с пря¬
для нарезания конических
зубьями, а зубофрезерные
криволинейными зубьями.
Для обработки зубьев конических колес по методу обкатки

мыми

колес с

используются специальные резцы, закрепляемые на штосселях
резцовой головки. В зубофрезерных станках для нарезания ко¬
нических колес с криволинейными зубьями используются круг¬
лые торцовые фрезерные головки
или конические червячные

фрезы.

Фиг. 155. Кинематическая схема токарно-винторезного станка модели IK62.

Фиг. 163. Кинематическая схема вертикально-сверлильного станка модели 2А1

Фиг. 178. Кинематическая схема продольно-строгального станка модели 7231 А.

Фиг. 176. Кинематическая схема
поперечно-строгального станка
типа СПС-01.

Фиг. 170. Кинематическая схема
универсально-фрезерного станка модели 6Н81.

Фиг. 183. Узлы системы

программного

управления:

а

прочитывающее устройство; б

в датчик целых миллиметров.

датчик точной установки;

ГЛАВА XXV

МОДЕРНИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СТАНКОВ
§ 116. Целесообразность модернизации

Термин модернизация
рудования
введением

путем

переделку какого-либо обо¬
существующей конструкции или

означает

улучшения

устройств

дополнительных

технологических

и

задач

станков

в

первую

для

решения

очередь

для

различных
повышения

производительности труда.
На первый взгляд кажется,

что в настоящее время, когда
станкостроительная промышленность по количеству вы¬
пускаемых станков занимает одно из первых мест в мире и
производит современные и весьма совершенные металлорежу¬
наша

щие

станки,

ботки,

нет

требованиям скоростной обра¬
заниматься
модернизацией
оборудования.

отвечающие

практического

всем

смысла

устаревшего станочного
В действительности дело обстоит далеко не так.
Техника не стоит на месте, она непрерывно совершенствует¬
ся, и то, что вчера было новым, сегодня является устаревшим.
Например, завод «Красный Пролетарий» (Москва) с 1946 года
5 раз изменял конструкцию своих базовых моделей токарных
станков (1Д62, 1Д62М, 1А62, 1Б62 и 1К62), повышая их быстро¬
ходность, мощность и степень автоматизации. Такая картина
наблюдается и по всем другим видам станочного оборудования.

Поэтому
вает

станочный парк Советского

около

2,5

млн.

станков,

Союза, который насчиты¬
оборудование, которое

включает

уже не отвечает запросам современного машино¬
строительного производства.
Несмотря на то, что к концу семилетки намечено довести
выпуск станков до 270 000 штук в год, встать на путь полной
полностью

замены устаревшего оборудования новым, как показывают про¬
стейшие расчеты, не представляется практически возможным и
экономически целесообразным.

Единственно правильный
жание основной
не,

это

части

который обеспечит поддер¬
парка на надлежащем уров¬
модернизация устаревшего оборудова¬
путь,

станочного

систематическая

ния.
465

Кроме того, путем модернизации особенно автоматизаций
и специализации станков можно экономично и оперативно раз¬
решать конкретные технологические задачи, возникающие на
данном предприятии.

§ 117.

Основные направления модернизации1

Правильный выбор

направления модернизации станков на
конкретных технологических задач данного предприятия
имеет решающее значение для технико-экономической эффек¬
тивности реконструкции оборудования.
На основе опыта машиностроительной промышленности мож¬
но определить 10 основных направлений модернизации станков.
Обеспечение наиболее полного использования возможностей
современного режущего инструмента. Возможности режущего
инструмента, изготовленного из высокостойких режущих мате¬
основе

риалов и имеющего усовершенствованную геометрию режущих
поверхностей, могут быть полностью использованы только на

быстроходных мощных и жестких станках.
Концентрация операций и переходов. В
дернизация

имеет

целью

обеспечить

данном случае

возможность

мо¬

совмещения

операций или переходов, выполнявшихся ранее последовательно
(раздельно) на одном и том же или на разных станках.
Сокращение затрат вспомогательного времени. При полном
использовании

при

возможностей

работа ведется
концентрации операций
когда

мента,

многих

случаях сокращается

лишь

небольшую

виях

дальнейшая

заметного

ция

и

основное

переходов,

столь

режущего

режимах

значительно,

инстру¬

резания

время

и
во

что составляет

общего штучного времени. В этих
интенсификация режимов резания не

часть

усло¬
дает

производительности. Поэтому модерниза¬
должна обеспечить сокращение времени, затрачи¬
соответствующие вспомогательные приемы работ.

повышения

станков
на

ваемого

современного

при высоких

Автоматизация

обработки. При

значительном сокра¬
времени в общем времени обработки
повышения производительности труда за счет

цикла

основного

щении

доли

можно

добиться

автоматизации

цикла

работы

станка.

Вследствие

автоматизации модернизируемых станков
актуальность.

этого

вопросы

приобретают особую

При автоматизации достигается сокращение вспомогатель¬
ного времени, которое на автоматизированных станках являет¬
ся временем холостых ходов, создаются условия для внедрения
многостаночного обслуживания, а в ряде случаев и для повы¬
шения

боты

режимов работы. Возможность повышения режимов ра¬
автоматизированных станках обусловливается тем, что

на

применение высоких режимов резания на неавтоматизированных
1

466

Сформулированы

канд.

техн.

наук, доц,

И.

М.

Кучером,

станках

ограничивается условиями ручного управления, которое
только

возможно

обработки

цесса

при

ограниченной скорости протекания про¬

и, следовательно,

более низких

при

режимах

резания.

Расширение

низируемый

технологических

круга

широкого

назначения

ского

возможностей станка.

приспосабливают
работ в пределах его

станок

или

для

для

выполнения

выполнения

основного

ранее

не

Модер¬
более

технологиче¬

свойственных

работ. Например, продольнострогальные станки оснащают
шлифовальными бабками для производства шлифовальных ра¬
бот, горизонтальнофрезерные станки за счет установки специ¬
альной головки приспосабливают для осуществления долбеж¬
ных операций и т. п.
ему

Изменение

основного технологического

назначения

станка.

перестраивают для выполнения не¬
свойственных ему операций, и после этого он не может быть
использован по основному технологическому назначению. На¬
пример, продольнострогальные станки превращают в продоль¬
в
расточные или протяжные и т. п.
нофрезерные, токарные
Специализация станка. В условиях массового производства,
когда на станке постоянно выполняются одна и та же опера¬
ция или несколько однотипных операций, модернизируемый
станок целесообразно специализировать для осуществления этих

Модернизируемый

станок

операций.
В
ций
на

случае хможно станки весьма устаревших конструк¬
небольших затратах на модернизацию использовать

этом

при

высоких

режимах резания.
Повышение точности станка. Целью модернизации станка
является
получение точности, превышающей первоначальную
точность станков аналогичного типа. Необходимость в модер¬
низации этого рода возникает в тех случаях, когда требования
к точности обработки не могут быть удовлетворены при исполь¬
зовании
имеющегося
оборудования. Например, обычные токарно-винторезные станки модернизируются для обеспечения
возможности нарезания высокоточных ходовых винтов.
Улучшение условий эксплуатации станка. Это направление
объединяет все мероприятия, которые имеют целью снизить
расходы на вспомогательную рабочую силу и материалы, на
капитальный ремонт модернизированных станков.
улучшают систему смазки, закаливают направляю¬
щие, применяют пластмассовые прокладки в направляющих ка¬

текущий и
Например,

реток, устанавливают защитные устройства для уменьшения
носа

узлов

станка

из¬

и т. д.

Повышение безопасности работы на станке. В условиях со¬
любая
станка
циалистического производства
модернизация
должна обеспечивать безопасность работающего на станке и

людей,

находящихся

вблизи от

рабочего

места.
467

станков нужно проводить комплексно, охва¬
одновременно ряд направлений, обеспечивающих внед¬
рение наиболее производительных .методов обработки на дан¬
ном производственном участке.

Модернизацию

тывая

§ 118. Сокращение

(машинного)

основного

времени

Задачи модернизации. Для того чтобы после модернизации
обеспечить наиболее полное использование возможностей совре¬
менного режущего инструмента и тем самым сократить машин¬
ное время обработки деталей, необходимо в процессе модерни¬
зации станка решить пять главных задач.
1. Для обеспечения высоких режимов резания необходимо
поднять верхний предел чисел оборотов шпинделя и увеличить
скорость подач.
2. Эффективная мощность, затрачиваемая на резание, прямо

Следовательно, для обеспе¬
работы на высоких скоростях надо увелиприводов движения резания и подач.

пропорциональна скорости резания.
чения

возможности

чить

на

мощность
3. Полезная мощность, которая может быть использована
резание, зависит от мощности приводного электродвигателя

и от к.

Желая получить

п. д. станка.
надо

мощность,

ную

возможно

большую

тия, способствующие
4. Очень часто препятствием для скоростной

вибрации,

ляются

обязательно

полез¬

при модернизации провести все мероприя¬
повышению к. п. д. станка.

возникающие

необходимо

при

в

обработки

резания,

процессе

модернизации

повысить

яв¬

поэтому

вибро¬

устойчивость всех узлов станка и приспособлений.
5. Машинное время обработки можно снизить за
количества

шения

проходов, которое

жесткостью

ляется

в

счет умень¬
первую очередь опреде¬

приспособление

системы станок

инст¬

румент деталь (СПИД), поэтому, решая задачу модерниза¬
ции станка, необходимо обеспечить увеличение жесткости всех
его узлов.

быстроходности. На первый

Увеличение

легко:

решается

достаточно

одной

вода.

В

взгляд

более

эта

задача

быстроходный

увеличить передаточное отноше¬
передач в кинематической цепи при¬
действительности дело обстоит сложнее. Повышение

электродвигатель привода
ние

установить

или

или

нескольких

станков ограничивается, с одной
стороны, до¬
пустимыми окружными скоростями элементов привода, с другой
долговечностью их работы. Поэтому для решения
стороны,

быстроходности

этой задачи необходимо

на основе самых

определить, какие
вышению
быстроходности,
расчета

Например,
468

подшипники

современных методов

привода препятствуют
модернизации заменить

элементы
и

при

скольжения

заменить

по¬

их.

подшипниками

качения,

передачи

прямозубые
передачей

колеса

косозубыми,

сшитые

бесконечным ремнем

с

и

т.

ременные

д.

Повышение мощности. Когда конструктор проектирует
он

нок,

рассчитывает

вечность исходя

из

все

его

принятой

элементы

на

мощности

электродвигателя

прочность

и

ста¬

долго¬

при¬

представлять себе решение задачи по
повышению
мощности
модернизируемого станка просто как
установку нового электродвигателя повышенной мощности. Как
и в первом случае, надо на основе прогрессивных методов
расчета найти оптимальные условия работы
для всех элементов
вода.

Поэтому

нельзя

привода,

при которых их основная часть сможет передавать
более высокую мощность, чем раньше, а элементы привода, ко¬
торые окажутся слабыми, заменить более прочными и долго¬
вечными.

Улучшение

к.

п. д.

Для решения этой

кинематические

задачи

необходимо:

привода за счет применения
нескольких электродвигателей или упразднения ряда передач,
для коробок скоростей заменять систему смазки «разбрызги¬
ванием» системой «впрыска», опоры скольжения заменять опо¬
рами качения, вместо манжетных и сальниковых уплотнений

сокращать

цепи

лабиринтные,

коробках скоро¬
по
возможности
реверсивных
упразднять многодисковые пластинчатые фрикционные муфты,
которые в расцепленном состоянии расходуют большую мощ¬
подшипников

стей

и

устанавливать

особенно

в

механизмах

в

ность на трение между дисками, заменяя их другими типовыми
системами управления, и т. д.

Создание

виброустойчивости.

Для

предотвращения

или

уменьшения вибраций в процессе резания нужно производить
тщательную динамическую балансировку всех быстровращающихся деталей, повышать качество обработки вновь устанавли¬
ваемых зубчатых передач, применять в гибких передачах ремни
без сшивок и т. п.
На фрезерных и зубофрезерных станках весьма эффектив¬
способом борьбы с крутильными колебаниями является
ным
установка маховиков на шпинделе. Для борьбы с автоколеба¬
ниями используют всевозможные типы виброгасителей как ме¬
ханического, так и гидравлического типов. Наиболее универ¬
сальное средство борьбы со всеми видами вибрации
повыше¬
ние жесткости

станка.

Повышение жесткости.

суммарную

жесткость

Основным источником, понижающим

узлов станка,

являются

подвижные соединения

(стыки). Поэтому

мых

предварительный

подвижные и

не¬

при модернизации не¬
обходимо по возможности уменьшать число стыков, используя
цельные конструкции, улучшать чистоту обработки сохраняе¬
стыков,

создавать

ранять зазоры

в

подвижных

натяг в

стыках

и

уст¬

соединениях,

469

Существенное

значение

для

повышения

жестокости

наибо¬

лее ответственных узлов является увеличение собственной жест¬
кости несущих
деталей: шпинделей, пинолей, кареток и т. п.

Нужно

также

устанавливать

дополнительные стойки,

связи

и

прижимы.

§ 119. Сокращение

вспомогательного

времени

Роль вспомогательного времени. Машинное время при обра¬
ботке деталей в среднем составляет в индивидуальном произ¬
водстве 24% от штучного времени, при мелкосерийном произ¬
водстве 36%, в крупносерийном производстве примерно 50% и
только в условиях массового производства машинное время до¬
стигает 65 70%.

Совершенно ясно, что при таких соотношениях машинного и
штучного времени нельзя обеспечить резкое повышение произ¬
водительности труда только путем увеличения скорости реза¬
ния и величины подач. Следовательно, вопрос сокращения за¬
траты времени на вспомогательную работу для крупносерий¬
ного производства имеет существенное, а для индивидуального
и мелкосерийного производства
решающее значение.
Следует отметить при этом, что два последних вида произ¬
водства составляют до 70% валовой продукции общего маши¬

ностроения.
Задачи модернизации. Для сокращения вспомогательного
времени при обработке деталей нужно при модернизации ре¬
шить следующие задачи. Предусмотреть устройства для сокра¬
щения времени на установку и снятие

обрабатываемой детали,
настройку и
детали в процессе обра¬

на установку и смену режущего инструмента, на

управление
ботки.
но

станком

и

на

промеры

Время на установку и снятие обрабатываемой детали мож¬
сократить путем применения на станке быстродействующих

устройств механического, пневматического, гидрав¬
лического, электрического или комбинированного типа.

зажимных

Время на установку и смену инструмента сокращается, если
предусмотреть многопозиционные держатели, позволяющие бы¬
стро и точно устанавливать в рабочую позицию в определенной
каждый инструмент из
данной
операции комплекта.
производства

последовательности

необходимого

для

и управление станком может быть со¬
при модернизации механизировать установочные
и холостые перемещения его рабочих органов, усовершенство¬
вать систему управления станком, установить механизмы авто¬
матического останова рабочих органов, снабдить станок надеж¬

Время

кращено,

ным

470

на

настройку

если

тормозным

устройством.

Сокращение времени на промеры детали в процессе обра¬
ботки достигается путем оснащения станков точными отсчетными устройствами и упорами для тонких установочных пере¬
мещений, а также приспособлениями для автоматического вы¬
ключения подачи рабочих органов.
§

120.

Принципы

программного управления станками

До недавнего времени автоматизация технологических про¬
цессов в машиностроении строилась в основном на принципах
создания специализированных и специальных станков-автоматов, автоматических линий, участков и заводов-автоматов, ко¬
торые могут быть успешно использованы только в крупносерий¬
ном и массовом производстве.
В то же время проблема автоматизации технологических
процессов в индивидуальном и мелкосерийном производстве
является исключительно актуальной. В настоящее время реше¬
ние этой проблемы успешно осуществляется на основе програм¬
много управления металлорежущими станками. Отечественная

станкостроительная промышленность
ное количество типоразмеров станков

освоила
с

уже

значитель¬

программным управле¬

нием.

Принцип программного управления станками
что весь цикл работы станка, необходимый

заключается

для автома¬
тического выполнения заданной операции, записывают на про¬
в том,

который, будучи установлен в соответствую¬
обеспечивает
автоматическую работу станка.
устройство,
Программа может быть записана на фотоленту, на обычную,

граммоноситель,

щее

магнитную ленту, на стальную магнитную ленту, на перфори¬
рованную ленту или на перфорированную карту. Перфорацией
называется

прокалывание

отверстий

по

определенной

системе,

основанной на соответствующем коде.

Применяются
ления

станками,

чили системы

также
однако

цифрового

другие системы программного управ¬
наибольшего распространения полу¬
программного управления с перфокар¬

тами.

управление позволяет успешно автоматизиро¬
производство при относительно небольшом объеме выпу¬
ска различных деталей и даже в индивидуальном производстве,
так как переналадка оборудования при переходе с одного про¬
цесса обработки на другой занимает очень мало времени и не

Программное

вать

требует

изготовления

дорогой

оснастки:

кулачков,

шаблонов

и

других устройств, применяемых при обычной автоматизации
оборудования.
Преимуществами системы программного управления явля¬
возможность полной автоматизации универсального обо¬
рудования для использования его во всех видах производства
471

ются:

от

до

индивидуального

переналадки

станков

крупносерийного, возможность быстрой
обработки различных деталей путем

для

замены программной карты управления, обеспечение высокой
математической точности обработки, труднодостижимой при
прежних методах автоматического управления, возможность
износ
дистанционного
управления, малый
перфорированных

карт в процессе их использования, простота внесения поправок
при некоторых изменениях формы или размеров обрабатывае¬
мых деталей, возможность подготовки производства вне пред¬
приятия и высокий коэффициент использования оборудования.
121.

§

Программное управление горизонтальнорасточным
станком

Технологические

возможности

ный станок модели 262ПР1,

станка.

благодаря

Горизонтальнорасточ¬

наличию

программирую¬
щих устройств, позволяет осуществлять большое количество пе¬
реходов по автоматическому циклу. К ним относятся следую¬
щие переходы:
1. Автоматическая установка стола в поперечном направле¬
нии и шпиндельной бабки в вертикальном направлении в пре¬
делах их полного хода по заданным точным координатам.
2. Автоматическое сверление, зенкерование и растачивание
отверстий одинакового диаметра подачей шпинделя или стола
в

продольном направлении.
3. Автоматическое растачивание методом

стола соосных

или

параллельных

продольной подачи
отверстий разных диаметров
Подрезание торцов и измене¬

подрезанием их торцов.
диаметра расточки производятся методом выдвижения рез¬

с точным
ние

ца

специальной расточной головке, которая

в

позволяет

изме¬

резца на 40 мм при движении подачи шпинделя.
4. Автоматическое растачивание глухих отверстий и подре¬
зание торцов широким резцом при продольной подаче стола.
нять вылет

5. Автоматическое нарезание резцом

рической

с

шагом

1

10

мм

и

внутренней резьбы

дюймовой

от

20 до 4

1 дюйм.
Автоматическое
6.

мет¬

ниток

на

торцовых поверхностей
фрезерование
(плоскостей) в один или несколько проходов с точной периоди¬
ческой продольной подачей стола перед каждым проходом.
Принцип работы. Программа работ записывается на четы¬
с помощью настольного перфора¬
рех перфокартах (фиг. 182)
тора, путем пробивания отверстий по коду.
Каждый подвижной орган станка имеет свою перфокарту,
на которой записываются следующие данные:
а) требуемое положение рабочего органа с точностью до

0,01

мм;

б)
472

направление перемещения

рабочего

органа;

в) направление перемещения фотодатчика;
г) последовательность перемещения подвижных

органов

станка;

д) скорости перемещения шпинделя
направлении.

и

стола

в

продольном

Разряды

Фиг. 182. Образец перфокарты.
Готовые
в

перфокарты

вставляют

прочитывающие устройства

в

кассеты

станка.

Затем

и

устанавливают

рукоятки

прочи¬

устройств устанавливают в положение «Работа по
циклу» и включают станок. Рассмотрим работу одного из про¬
читывающих устройств.

тывающих

16

Технолотя

металлов

47i

Прочитывающее устройство. Перфокарта 15 (фиг. 183, а,
вклейку в конце книги) вводится в прочитывающее устрой¬
ство совместно с барабанной кассетой 22. В момент ввода кас¬
сеты с перфокартой рукоятка 24 находится в положении «Руч¬
ной поворот и смена кассеты». При этом эксцентрик 23 удер¬
см.

качающуюся плиту 10 совместно с ощупывающими
пальцами 12 в удаленном от кассеты положении.
После установки кассеты с перфокартой и совмещения ну¬
левого деления лимба 17 с контрольной риской, нанесенной на
корпусе устройства, рукоятку 24 устанавливают в показанное
схеме
«Работа по циклу». Тогда качающаяся
на
положение
плита 10 под действием пружин 9 становится в рабочее поло¬

живает

фиксатор 8, входя во впадину колеса 7, надежно удер¬
живает кассету от поворота.
палец 16 входит во
кассеты
а
и
тем
самым
не
впадину
допускает ее осевых пере¬
жение, а

Одновременно

мещений.
На плите 10 параллельно образующей кассеты установлена
текстолитовая планка 14, в отверстиях которой свободно пере¬
мещаются по количеству строк перфокарты 26 ощупывающих
пальцев 12. Последние под действием пружин 11 стремятся
войти в кольцевые выточки б кассеты 22, однако войти в свою
выточку каждый палец может только при наличии отверстия в

перфокарте. Каждый палец имеет свою контактную группу 13.
Если в перфокарте есть отверстие, то палец войдет в выточку
и замкнет свою контактную группу; если в перфокарте
отвер¬
стия

от

то

нет,

станка.
ПЪсле

группа остается разомкнутой. Сигналы
13
групп
передаются датчикам рабочих органов

контактная

контактных

обработки этой части программы включается электро¬
РД-09, который через редуктор 2 приводит во

двигатель 1 типа

вращение кривошип 26. Последний

стойку 3
Одновременно из

через тягу 25
кассеты.

сатор

8.

и

При дальнейшем

в

начале

отводит плиту
впадины

своего

движения

10 с пальцами 12 от

шестерни 7 выводится

движении кривошипа 26 тяга

фик¬

25, дей¬

собачка храпового механизма, поворачивает на один
7. Вместе с колесом 7 поворачивается и кассета с
зуб
перфокартой. В момент обратного хода тяги 25 плита 10 с
фиксатором 8 занимает исходное положение. В конце хода
плита 10 через контактную группу 21 отключает электродвига¬
тель 1.

ствуя

как

колесо

Ощупывающие пальцы 12 прочитывают программу новой
перфокарты и передают сигналы датчикам рабочих ор¬

колонки
ганов

станка.

Так последовательно,

колонка

читывается вся программа, записанная

на

за

колонкой, про¬

перфокарте.

Во избежание самопроизвольного поворота кассеты в мо¬
фиксатор 8 уже вышел из впадины колеса 7, а зубе
тяги 25 еще не вошел в зацепление с колесом 7, предусмотрена
мент, когда

474

магнитная

фиксация

кассеты.

Для

этого

на

оси

5

неподвиж¬

катушка 6 и диск 4 с внутренним
зацеплением. Количество зубьев у колеса 7 и диска 4 одина¬
ково.

но

установлены

При рабочем

магнитная

положении

кассеты

зубья

колеса

7

и

диска

4

при этом магнитное поле препятствует самопроиз¬
вольному повороту кассеты.
По окончании обработки изделия по программе нажимают
на пульте кнопку «Сброс программы». Тогда электродвигатель/

совпадают,

вращаться в обратном направлении и с помощью хра¬
возвращает кассету с перфокартой в перво¬
начальное
нулевое положение. Отключение электродвигателя
начинает

пового

механизма

при достижении кассетой нулевого положения производится
лачком 18, который через рычаг 20 размыкает контакты 19.

ку¬

Датчик точной установки. Точная установка бабки и стола
направлении производится посредством фотопоперечном
датчика,
срабатывающего от изображения штриха точной
металлической шкалы с ценой деления 1 мм. Фотодатчик за¬
сотых
на
контактном
долей миллиметра
датчике
креплен
в

'

(фиг. 183, б).
Сигналы от прочитывающего устройства поступают

на

кон¬

9 кодовой линейки 3, по направляющим которой сколь¬
зит каретка 4 с фотодатчиком 7, установленным в ползунке 6.
Положение каретки 4 можно визуально наблюдать по линейке 5
с помощью указателя 8.
В зависимости от сигналов электродвигатель 17 начинает
вращаться в том или ином направлении и через червячную пе¬
редачу 16 15 и реечную передачу 14 10 устанавливать ка¬
ретку 4 в требуемое положение. Контакты / и 2 ограничивают
пределы хода каретки 4. Установленные на каретке 4 щетки //
и вмонтированные в планку 13 контакты 12 служат для управ¬
такты

сервоприводом согласователя датчика грубых переме¬
щений.
Датчик целых миллиметров. При рассогласовании в поло¬
жениях щеток //
(фиг. 183, б) и щеток 14 (фиг. 183, в), полу¬
питание
чающих
через контактный диск 15, включается элек¬
16,
через червячную передачу 12 13 и
который
тродвигатель
жесткую муфту 11 вращает винт 3 и одновременно щетки 14,

ления

пока датчики

не

придут

в

согласованное

положение.

через червячное колесо 5 и кониче¬
скую передачу 6 7 сообщается кодовому барабану 9 и да¬
лее
через цевочно-зубчатую передачу 10 17 кодовому бара¬
бану 18.
Благодаря этому кодовые барабаны 9 и 18 смещаются с точ¬
ностью до 0,01 мм относительно неподвижных контактов 8 и 19
на то же число, сотых долей миллиметра, что и каретка 4 (фиг.

Вращение

183, б)

от

винта

датчика точных

3

перемещений.

После этого включается электродвигатель подач, который
через промежуточные передачи и ходовой винт 2 перемещает
по
направляющим 1 салазки 4. При этом движении салазок
червячное колесо 5, обкатывая винт <?, приводит в движение ко¬
довые
барабаны 9 и 18, которые совместно с фотодатчиком
обеспечивают остановку рабочего органа станка в заданной
точке.

Аналогично работают и другие прочитывающие устройства.
В настоящее время завод выпустил более совершенный гори¬
зонтальнорасточный станок с программным управлением мо¬
дели 262ПР2.

ГЛАВА XXVI
СЛЕСАРНАЯ ОБРАБОТКА

§

122. Виды слесарных

Под слесарными работами
холодном

состоянии,

понимают

работ

обработку

выполняемую слесарями

металлов

ручным

в

способом

при помощи различных инструментов. Несмотря на
развитие
обработки на металлорежущих станках, ручная слесарная обра¬
ботка металлов в ряде случаев, в особенности при ремонте и

сборке машин, все еще не может быть заменена станочной об¬
работкой.
Слесарные работы состоят из разнообразных технологиче¬
ских операций, в которые входят: разметка, рубка, правка и
гибка

металлов
ножовкой и ножницами,
резка
сверление, зенкерование, зенкование и разверты¬
вание, нарезание резьбы, клепка, шабрение, притирка, доводка
и др.
Некоторые из перечисленных операций производятся над

металлов,

опиливание,

металлическими

мер,

нагретом состоянии (напри¬
слесарные операции
ручным, но и механизированным спосо¬

заготовками

рубка, гибка, клепка),

выполняются не только

бами.
Рабочее
слесаря

место

в

а

многие

оборудование. Рабочим
мастерской
оборудованием, инструментами и

слесаря

и его

называется часть площади цеха или
на

нем

местом
со всем

приспо¬
материального снабжения, вспомога¬
тельными устройствами и принадлежностями. Основное обору¬
дование рабочего места слесаря
верстак с установленными
находящимся

соблениями,

на

предметами

нем тисками.

Тиски. Для закрепления заготовок слесари применяют
сарные стуловые, параллельные и ручные тиски.

сле¬

Стуловые тиски изготовляют из стали (фиг. 184, а). Они об¬
ладают большой прочностью. Их применяют при работах, со¬
провождающихся сильными ударами (рубка, гибка).
Параллельные тиски бывают поворотными, неповоротными,
или задней губками. Обрабатываемые
с подвижной передней
заАЧУговки закрепляются между губками 1 и 2 (фиг. 184, б).
477

Чтобы

не

испортить уже обработанной поверхности заготовки,
губках из латуни, свинца или мягкой

ее зажимают в накладных

Фиг.

стали.
в
в

стуловые; б

184. Тиски: а

Закрепление

мелких

параллельные;

и

заготовок

в

ручные.

деталей производится

ручных тисках, которые в процессе обработки слесарь держит
руках или закрепляет в верстачных тисках (фиг. 184, в).

§

123. Разметка

Разметкой называется процесс нанесения на обрабатывае¬
мой детали (заготовке) точек и линий (разметочных рисок),
определяющих контуры детали или места, подлежащие после¬

дующей обработке. Различают контурные, контрольные и вспо¬
могательные линии. Контурными линиями пользуются при уста¬
новке и выверке заготовок для обработки их на металлорежу¬
щих

станках.

Контрольные

линии

расстоянии от
ность
установки и

лом

них;

наносят
по

обработки,

контурным на ма¬
проверяют правила
исчезнут контурные ли¬

параллельно

этим

линиям

если

нии.

Вспомогательные линии наносят для отсчета размеров при
разметке и установке заготовок на станке.
Точность разметки колеблется от 0,2 до 0,5 мм.
Разметка бывает плоскостная и пространственная. Плоско¬
стная

разметка

(фиг. 185, а),

выполняется

на

поверхностях

плоских

деталей

изготовляемых преимущественно из полосового и
листового металла,
478

это
разметка поверхностей
Пространственная разметка
(фиг. 185, б), расположенных в различных плоско¬

заготовки

и под различными углами друг
Разметка
малопроизводительная
применяют лишь в индивидуальном и
стях

к

другу.
операция,

и

поэтому ее
производ¬

мелкосерийном

ствах.
В
ся

на

процессе разметки размечаемая заготовка устанавливает¬
разметочной плите с ровной, строго горизонтально обра¬
ботанной поверхностью. Все наносимые
при разметке линии должны быть ясно

Для

места поверхности, на
делать
разметку, предва¬
которых нужно
рительно покрывают мелом, скоросохнущими красками или лаками. Мел (поро¬

видны.

шок)
и

этого

разводят в
полученную

в

много

льняного

окрашивания

Фиг.

185.

Примеры разметки:

изготовления

гаечного

б

нанесением

базу,

определяют
плоскостной

кромки

обработанных

по-

пространственной
подшипнике).

плоских

от

которой

разметке базами

деталей,

различные линии,
центровые, средние,

также

мер

не¬

Для

и

размеченная

(разметка

для

отверстия

медного
применяют
раствор
купороса.
Перед
на
окрашиваемую поверхность разметочных ли¬

верхностей

При

молока

сиккатива.

масла

чисто

густоты

прибавляют

массу

плоскостной (заготовка,

а

ключа);
в

ний

воде до

будут
могут

полосового

нанесенные

и

наноситься

служить

листового

линии.

наружные
металла,

а

на

поверхность, напри¬
горизонтальные, вертикальные или

наклонные.

Линии

обычно

в
наносятся
следующем порядке: сначала
затем вертикальные, после
линии,
горизонтальные
проводят
этого наклонные и в конце
окружности, дуги и закругления.
Чтобы сохранить следы разметки до конца обработки дета¬
все

и иметь возможность в любое время восстановить разме¬
точные риски, их накернивают, т. е. с помощью керна наносят
вдоль рисок небольшие конические углубления,
лей

479

Разметочными инструментами и приспособлениями являются
чертилки, масштабные линейки, угольники, угломеры, рейсмусы,
кернеры и др.
При разметке используются и другие разметочные инстру¬
менты, например, разметочные циркули, вертикальные масш¬

линейки, штангенрейсмусы.
Для установки заготовок на разметочной

табные

кубики

дохмкраты, подкладки, клинья,

§
с

124.

Слесарная рубка
зубила

помощью

Рубка

и

резка

и

плите

применяют

призмы.

металла

представляет собой операцию, при которой
крейцмейселя с заготовки удаляются

или

Рубку применяют для выравнивания
поверхностей, для обрубания после
сборки выступающих кромок листового материала, для разру¬
бания заготовок на части, вырубания отверстий в листовом ма¬
излишние

слои

неровных

и

металла.

шероховатых

териале по намеченным контурам, вырубания смазочных кана¬
вок и др. В качестве ударного инструмента применяют простые
или

пневматические молотки.

сках,

на

плите

или

Рубка

наковальне,

а

может

производиться

в

ти¬

также

непосредственно

на

крупных корпусных деталях.
Для рубки лучше всего подходят стуловые тиски; на парал¬
лельных тисках производить рубку не рекомендуется, так как
их основные корпусные части, изготовленные из серого
чугуна,
часто не выдерживают сильных ударов и ломаются.
для про¬
Зубило применяется при рубке, а крейцмейсель
рубания узких канавок и пазов. Углы заточки выбираются в
зависимости

от

твердости обрабатываемого

металла.

дых и хрупких металлов угол заострения должен
чем

для

мягких

и

низких

угол принимают 70°, для
миния

и

цинка

профильных

металлов:

стали

60°,

для

чугуна

Для твер¬
больше,

быть
и

бронзы
45°,

меди и латуни

этот
алю¬

35°. При прорубании полукруглых и других
специальной
применяют крейцмейсели

канавок

формы, называемые канавочниками.
Слесарные молотки применяют двух типов: с квадратным и
круглым бойком. Молотки для рубки берутся весом 0,4 0,8 кг
в зависимости от обрабатываемого металла и силы работаю¬
щего. Удар молотка по зубилу должен быть метким. Метким
удар, при котором центр бойка
головки зубила, а ручка молотка

считается

молотка

попадает

в

образует прямой угол
зубилом. Несоблюдение этого условия ослабляет силу удара
и способствует косому удару. При косом ударе молоток соскаль¬
зывает с зубила и может травмировать руки рабочего. Меткость
центр

с

удара достигается тренировкой.
Разрезку металла производят ручной и механической ножов¬
кой, а также ножницами
ручными и механическими, рычаж480

ными, параллельными, дисковыми. Для разрезки кровельного
железа и тонких листов толщиной до 0,5 мм применяются

ные ножницы.
а
в

также

Разрезание

прутков,

полос

различных

руч¬
сечений,

вырезка контуров
производится

пластинах

186). Ручная

ножовка

стоит из станка
или

(фиг.

ножовками

ручными

1

с

со¬

цельной

раздвижной рамкой, но¬
полотна 5, руко¬

жовочного
ятки

2

и

натяжного

с

винт.а

барашком 4. Для слесарных
работ пользуются преиму¬
щественно ножовочными
лотнами

с

шагом

равным 1,5 мм; при
примерно 17 зубьев.

Фиг. 186. Ручная
ни я

по¬

металлов

ножовка

для разреза*
станком.

регулируемым

зубьев,
таком

шаге на

длине

Для разрезки прутков диаметром
няются

с

25

мм

больше

насчитывается

20

мм

приме¬

механические ножовки.

§

125. Опиливание

Опиливание производится после рубки и резки ножовкой, а
при пригонке деталей во время сборки. Целью опилива¬

также

ния

является

и достижение

устранение

погрешностей предыдущей обработки
точности размеров, формы и чистоты

необходимой

поверхности
Рабочая часть

Ребро

Нос

Пятка

Грань

Фиг. 187. Элементы

Опиливание разделяется

(чистовое

окончательное

и

на

Хвост

Ручка

напильника.

предварительное

отделочное),

(черновое)

выполняемое

и

различ¬

ными напильниками.
Напильники представляют

собой режущий инструмент в
брусков различного профиля, на по¬
верхности которых имеется насечка мелких зубьев (фиг. 187).
Насечку на напильниках делают одинарной, двойной и рашпильной. Напильники с одинарной насечкой применяют для
опиливания мягких металлов, а с рашпильной
при обработке
виде

стальных

кожи, дерева

закаленных

и

др. Основная форма насечек у напильников
с такой насечкой применяются для обра¬

двойная. Напильники
ботки стали

и

чугуна.
481

Напильники

различаются

Длина различных
100 до 400

зубьев

длине,

профилю

предусмотрена

в

и

насечке.

пределах

от

По количеству зубьев, насеченных на 1 см длины,
делятся на 6 классов: 1-й класс
драчевые с чис¬

мм.

напильники
лом

по

напильников

12, применяются

от 4 до

для чернового опиливания;

с числом зубьев от 13 до
24, применяются для чистовой обработки поверхностей; 3, 4, 5
и 6-й классы
бархатные напильники с очень мелкой насечкой,

2-й класс

личные

применяются
ностей.

для подгонки

Выбор профиля

деляется

§

(или шлифные)

в зависимости

деталей,

напильника
от

Операции

по

или

иной

формы обрабатываемой

126. Сверление, зенкование

лильных станках

отделки и доводки поверх¬
той

и

формы

опре¬
поверхности.

развертывание отверстий

обработке отверстий осуществляются
и с помощью дрелей.

на

свер¬

Основные вопросы резания при обработке отверстий на свер¬
лильных станках, а также конструкции применяемых при этом
режущих инструментов рассмотрены в гл. XX.

Фиг. 188. Электрическая дрель.

Сверление отверстий

диаметра у тяжелых и громозд¬
месту под контрольные штифты, а
также сверление и развертывание в
процессе сборки обычно
производится ручными дрелями, а также с помощью механизи¬
и
пневматических
электрических
инструмента
рованного
ких

деталей, сверление

дрелей.
Электрические

малого
по

дрели применяют для сверления отверстий
диаметром до 25 мм (фиг. 188). Приводом электрической дрели
служит электродвигатель 3, вмонтированный в корпус 2. На
валу электродвигателя закреплена шестерня 6, передающая
вращение на шестерню 4 и шпиндель с патроном 5, в котором
крепится сверло. Электродрель включается нажимом на ку¬
рок 1. Электрические дрели изготовляют с числом оборотов
от 300 до 3600 в минуту и весом от 1,5 до 10 кг.
482

отверстий после сверления производят с
повышенной
точности и чистоты поверхности.
получения
Эта операция выполняется развертками на сверлильном или
токарном станке, а также вручную. Развертки, применяемые
для развертывания отверстий на станках, называются машин¬
а
для
ными,
развертывания вручную
ручными. Развертки
Развертывание

целью

делятся

на

цилиндрические и конические, цельные и насадные,
и со спиральными зубьями, постоянные и
регули¬

с прямыми

руемые.

§

127. Нарезание резьбы

Резьба широко применяется в современном машиностроении,
служит для соединения деталей между собой и для пере¬
дачи движения.
Треугольная резьба получила название крепежной потому,
что ее обычно нарезают на крепежных деталях: болтах, винтах,
шпильках. В машиностроении приняты три системы треуголь¬
она

резьб метрическая, дюймовая и трубная. Метрическая
резьба характеризуется диаметром и шагом, выраженными в
миллиметрах. Дюймовая резьба определяется диаметром, вы¬
ных

раженным в дюймах,
щихся на 1 дм.

и

Трубная резьба имеет
шагу и другим
характеризуется числом

меньше по
и

Кроме

ниток

количеством

(витков),

приходя¬

профиль дюймовой резьбы, но она
Измеряется она в дюймах

элементам.
ниток

на

1

дм.

того, различие заключается в величине угла

профиля:
резьб угол профиля равен 60°, а у дюймовой 55°.
Нарезание резьбы производится как вручную, так и на стан¬
ках. В слесарном деле для нарезания резьбы применяется руч¬
ной резьбонарезной инструмент. Нарезание резьбы в отверстиях
(гайках) производят метчиками, а на стержнях (винтах)
у метрических

плашками.
Метчик

собой

представляет

или

винт,

снабженный

несколькими

обра¬
зующими режущие кромки (фиг. 189, а). Он состоит из рабочей
чэсти и хвостовика, который служит для закрепления метчика
в патроне или в воротке во время работы. У ручных метчиков
продольными прямыми

специальными

канавками,

квадратом для проворачивания его
воротка. Рабочая часть метчика состоит из за¬
борной части и калибрующей части. Заборная часть производит
резание, калибрующая же часть придает резьбовой нарезке
окончательные размеры и форму.
Нарезание резьбы вручную производят комплектом из двух
или трех метчиков в зависимости от размера резьбы. Метчики
хвостовик

с

заканчивается

помощью

в комплекте отличаются друг от друга постепенно возрастаю¬
снимает большую
щим диаметром; первый
черновой метчик
средний
совершает
стружку в гладком отверстии; второй

483

чистовой
имеется
метчике
третьем
соответственно одна, две и три круговые риски на хвостовиках,
там же указывается тип резьбы и ее размер.
Плашки служат для нарезания наружных резьб. По конст¬
рукции плашки делятся на круглые и призматические (фиг. 189,
б, в). Круглые плашки бывают цельными и разрезными. Они за-

получистовой проход и, наконец,
калибрует резьбу. На первом, втором

Фиг.

Плашки,

189.

метчик,

последний

и

плашкодержатель и

клуп.

плашкодержателе (фиг. 189, г).
круглых только формой.
двух половин и укрепляются в специальной
рамке с рукоятками, называемой клуппом (фиг. 189, д). С по¬
мощью винта одну из половин плашки можно перемещать на
необходимый размер и благодаря этому регулировать размер
диаметра нарезаемой резьбы.
крепляются двумя

Призматические
Они состоят из

винтами

в

плашки отличаются от

§

128. Шабрение

и

притирка

Шабрением называется чистовая обработка
деталей, осуществляемая путем соскабливания
металла

специальным

поверхностей

тонкого слоя
называемым шабером.
инструментом,
с целью
обеспечения более плотного

Шабрение применяется
прилегания прямолинейных

или

криволинейных поверхностей.

Точность шабрения достигает 0,005 0,01 мм.
По форме рабочей части шаберы делятся на плоские, трех¬
гранные, полукруглые и фасонные. Плоские шаберы (фиг. 190, а)
484

изогнутый;шабрения
и

прямой

шаферов;
Типы
190.
nr.
С

прием
г

трехганыйшабрени; станиы.
при

6

деталь

заточкй; плоск тей
плиты
радиусной шравляющнх
на

пплоский оверчной
с

н

с

краски

однстр ий пернос
а

в

4^5

применяют для обработки прямолинейных поверхностей; трех¬
для обработки криволи¬
гранные и полукруглые (фиг. 190, б)
нейных поверхностей и отверстий; фасонные
для обработки
сложных

по

канавок, пазов, впадин с замкнутым кон¬

профилю

туром и пр.
Для контроля качества
поверочные плиты, линейки,

шабрения поверхности применяют
и конусы соответствующих
определяют выступающие места

призмы

При этом сначала
помощью поверочной плиты

размеров.
с

ности

которых

или

сопряженной
слоем

покрывают тонким

детали, поверх¬

(сурик,

краски

сажа

разведенные в масле), и с легким нажимом переме¬
щают по ним плиту (или деталь по плите) в разных направле¬
ниях (фиг. 190, в), после чего выступающие места на поверхно¬
сти детали окрашиваются в соответствующий цвет. Именно эти
или синька,

окрашенные

места

и

соскабливают

шабером (фиг. 190, г). За¬

окрашивают деталь и вновь соскабливают шабером.
Таким образом, процесс шабрения заключается в постепенном
удалении окрашенных выступов и производится до тех пор,
пока окрашенные пятна не будут равномерно расположены по
всей поверхности. После этого в целях повышения точности
шабрения приступают к увеличению количества пятен, соскаб¬
ливая все появляющиеся после проверки по плите пятна. По¬
тем

вновь

верхность, обработанная шабрением, должна иметь мелкий и
равномерный штрих, на ней не должно быть царапин и глубо¬
ких

шабера.

следов

Как

правило, шабрение производится в три перехода: пер¬
вый переход
начинается
с
черновое шабрение
удаления
следов инструмента после механической обработки на высту¬
пающих частях поверхности,
бота производится шабером

(ширина шабера

не

должна

при контроле. Ра¬
лезвием
широким
режущим
20
25
так
как в
мм,
превышать

обнаруженных
с

быстро утомляется и его производи¬
падает). Длина рабочего хода шабера 15 20 мм;

противном случае слесарь
тельность

толщина стружки, снимаемой

Черновое шабрение
риваемая поверхность

считается

крупными

X 25

до

один

проход, 0,01 0,03 мм.

при нанесении
четырех

пятен

на

нее

краски

когда

вся

пришаб¬

краски покроется
на

площади

25Х

мм.

За
точное

ной

пятнами

за

законченным,

не

переход
второй
получистовой
производится более
шабрение. Поверхность обрабатывают шабером шири¬
более 12 15 мм при длине рабочего хода 7 12 мм.

Толщина

снимаемой

не

превышает 0,005 0,01 мм.
на пришабриваемой поверх¬
перехода
ности должно быть от 8 до 16 на площади 25X25 мм.
чистовой
Третий переход
применяется при окончатель¬
ной отделке поверхностей. Ширина шабера от 5 до 12 мм; шабПосле

486

этого

стружки
число

пятен

рение ведется мелким штрихом (длина рабочего хода шабера
3 5 мм). После третьего перехода пришабриваемая поверх¬

20 до 25 пятен.
при об¬
следует
поверхности
ратном ходе несколько приподнимать шабер.
Во время шабрения (каждый раз после удаления шабером
покрытых краской мест) Поверхность детали очищают щеткой
и тщательно
вытирают сухой тряпкой.

ность должна иметь на квадрате
Для получения большей чистоты

При

подсчете

количества

25 X 25

пятен

мм от

пришабренных отверстий

вкладышей подшипников удобно пользоваться целлулоид¬
ным шаблоном,
вогнутым по радиусу вкладыша. На шаблон
наносится сетка с квадратами 25X25 мм, пользуясь которой
легко определить частоту расположения пятен краски.
или

Притиркой

называется обработка поверхностей с помощью
абразивных порошков, наносимых на поверхность при¬
имеющего
тира инструмента,
форму притираемой поверх¬
ности. Процесс притирки получил широкое распространение в.
паст

и

инструментальном производстве и в точном машиностроении.
Притирке подвергают краны и клапаны с тем, чтобы они в за¬
крытом состоянии лучше удерживали жидкости или газы, лез¬
резцов из твердых сплавов, измерительный инструмент и
другие изделия, которые должны обладать особо точ¬
ными
размерами и высокой чистотой поверхности. Притирка
обеспечивает точность обработки до 0,001 0,002 мм.
Притиры изготовляют из чугуна, мягкой стали, меди, ла¬
вия

многие

туни, дерева.

Притирка
ее

является

желательно

весьма

трудоемкой операцией, поэтому

механизировать, осуществляя

на

специальных

станках.

§

129. Основные принципы механизации слесарных работ

Под механизацией слесарных работ следует понимать совер¬
шенствование ручного труда путем применения различных при¬
способлений и механизированного инструмента, значительно

облегчающих труд, повышающих
дукции

и

снижающих

ее

качество

изготовляемой

про¬

себестоимость.

Механизированная разметка осуществляется посредством
широкого применения наиболее совершенных инструментов и
шаблонов. Все это ускоряет процесс разметки, повышает каче¬
ство работы и облегчает труд разметчика.

Механизированная

рубка производится пневматическими
электрическими зубилами, снабженными набором широких
узких зубил. Для рубки используют рубильные пневматиче¬

или
и

ские

молотки,

5 ати при

работающие

числе

ударов

от

сжатым

воздухом

1000 до 2400

в

под

давлением

минуту.
487

Разрезание
изводится
шают

листового

быстрое

выполняется

движение.

на

металла

Разрезание

1,5 2 мм про¬
которых совер¬
большей толщины

до

ножи

металла

станках.

специальных

Механизация

толщиной

электроножницами,

ручными

и

опиливания

зачистки

заготовок

деталей

и

достигается при использовании опиловочных станков, электри¬
ческих и пневматических шлифовальных машинок, а также спе¬

циальных

Для

приспособлений и агрегатов.
поверхностей применяют вращающиеся метал¬
щетки из стальной или латунной проволоки. При этом

зачистки

лические

высокая

чистоты

поверхности, а только
от грязи, стружки и
окалины. Для получения более гладкой и чистой поверхности
на щетку наносят абразивную пасту.
В последнее время получает значительное распространение
способ очистки деталей в специальных установках, создающих
ультразвуковые колебания. Сущность метода заключается в
не

достигается

сбиваются заусенцы

что

том,

раствор

в

и

степень

деталь

зоне

очищается

ультразвуковых

колебаний

начинает

частотой источника колебаний. Создается очень
интенсивное вихревое бурление жидкого раствора, под дейст¬
вием которого все частицы, загрязняющие поверхность детали,

вибрировать

с

почти мгновенно смываются.

Качество
сят

от

и

скорость

рабочей

состава

вующие

на

процесс

очистки.

частицы

очистки

в

жидкости.

значительной степени зави¬

Растворы,

химически

поверхности детали, ускоряют

и

дейст¬

улучшают

Например,

трихлорэтилен и другие хлорированные углево¬
дороды отлично очищают детали от жира и масла. Ультразву¬
ковой метод особенно эффективен при очистке труднодоступных

поверхностей,
нейными

каналов

осями

и

Механизация

в

литых

деталях,

отверстиях

с

криволи¬

др.

шабрения

успешно

осуществляется

следую¬

щими способами:

а)

применением механизированных шаберов, что приводит
производительности труда в 20 25 раз по
сравнению с ручным шабрением;
б) применением специальных приспособлений, ускоряющих
и облегчающих шабрение;
в) заменой шабрения наиболее производительными и меха¬
низированными операциями: шлифованием, притиркой, строга¬
нием, растачиванием и другими операциями.
Механизация обработки отверстий, т. е. сверления, зенкования, развертывания и нарезания резьбы, осуществляется при¬
менением переносных машинок электрического и пневматиче¬

к

повышению

ского

действия,

выполнением

станках.
488

универсально-сборных

сверлильных работ

на

кондукторов,

а

также

стационарных сверлильных

Сверлильные
преимущество

по

головки

с

сравнению

габаритные размеры

приводом от гибкого вала имеют
с механизированными дрелями; их

значительно

меньше.

С помощью электроискровой обработки прошиваются мел¬
кие
отверстия, разрезается металл, изготовляются отверстия
с

криволинейными

менты

и

осями,

извлекаются

поломанные

инстру¬

из

отверстий (сверла, метчики,
оборванные шпильки и др.). Электроискровая обработка позво¬
ляет не только прошивать (сверлить), но и шлифовать отвер¬
стия с криволинейными осями. Этому
виду обработки могут
подвергаться любые материалы, проводящие электрический ток.
крепежные

детали

глухих отверстиях с боль¬
производительностью осуществляется при использовании
специальных ручных, электрических и пневматических резьбо¬
нарезных машинок. Эти машинки по своей конфигурации имеют

Нарезание резьбы

в

сквозных

и

шой

сверлильными машинками и отличаются от них на¬
ускоренного обратного вращения, необходимого для вы¬
винчивания метчика. Применение предохранительных патронов
повышает качество резьбы и исключает поломку метчиков.
При нарезании резьбы в .глухих отверстиях рекомендуется
применять мягкие пластмассы, закладываемые в нарезаемое
отверстие в виде мягкой пробки.
В процессе нарезания резьбы пластмасса выжимается по
канавкам метчика, захватывая за собой и срезанную стружку;
это повышает точность нарезки, стойкость метчика и произво¬
дительность труда слесаря.
Социалистическая промышленность уделяет большое внима¬
ние выпуску высокопроизводительного механизированного ин¬
струмента. Заводами, производящими электроинструмент, выпу¬
машинки
скаются
для
резания,
электрические переносные
рубки, опиливания, зачистки, шабрения, притирки, сверления,
нарезания резьбы, кернения, клепки, завертывания болтов, гаек
и шпилек, чеканки и др. Заводами выпускаются пневматические
молотки, сверлильные машинки, ключи, гайковерты, щетки, на¬
пильники, ножницы и т. д. Применение этих инструментов об¬
легчает труд рабочих и дает огромный экономический эффект.
сходство со

личием

ГЛАВА XXVII

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, ХИМИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ И
УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Электрическими методами обработки называются такие
работ, при выполнении которых съем металла произво¬

виды

дится

в

результате термического,

химического

или

комбиниро¬

действия электрического тока, подводимого к детали и
инструменту. Воздействие электрического тока может прояв¬
ванного

ляться

в

виде нагревания металла до температуры его плавле¬
электрохимического (анодного) растворения. При сня¬
тии металла электрическими методами не требуется воздейст¬
вия каких-либо внешних механических сил. Следовательно, ос¬
новная особенность электрических
методов обработки заклю¬
ния

или

чается в том, что с их помощью можно обрабатывать материалы
любой твердости, получать отверстия сложной формы или ма¬
лого диаметра и др.

Электрические

методы

электротермические,
трического

тока,

и

обработки

основанные

на

металлов

тепловом

электрохимические,

разделяются

воздействии

основанные

на

на

элек¬

химиче¬

действии электрического тока.
К первой группе относятся электроискровая,

ском

электродуговая, электроконтактная, электроимпульсная обработки и др.
Ко второй группе относятся анодно-механическая, электро¬
химическая, химико-механическая и другие методы обработки.

§
Способ

130. Электроискровая обработка

металлов открыт совет¬
и Н. И,
Р.
Б.
Лазаренко
учеными
Лазаренко. В 1943 г.
этот способ был предложен для промышленного использования.
Он успешно применяется для получения отверстий различной
формы, с криволинейными осями и очень малых диаметров, для
изготовления штампов, волочильных глазков, узких щелей и
сит, для упрочнения поверхности инструментов, извлечения из

электроискровой обработки

скими

отверстий

сломанных

сверл,

метчиков,

для электропечатания, электроросписи

490

винтов,

шпилек,

и других видов

белтов,

работ.

Электроискровой способ обработки
электрической эрозии, т. е. на

лении

верхности

металла

рядов.
К инструменту

и детали,

и

инструмент

дами.

Если

(аноду),

далее

разрушения

яв¬
по¬

действием электрических искровых раз¬

под

водится постоянный ток
этом

металлов основан на
явлении

мы хотим

которую

определенной

обрабатываемая
инструмент

силы

деталь

и

обработать,

под¬

напряжения.

При

являются

(катод) приближать

электро¬
к

детали

то

при определенном
расстоянии Д между ними этот
промежуток (пробивной зазор)
под действием электрического
поля начнет пробиваться элек¬

тронами. В узком промежутке
Д (около 0,05 мм при напря¬
жении 220 в
и
емкости 300
400 мкф) образуется интенсив¬
ный электронный поток, пере¬
носящий с собой значительное
количество
В
электричества.
месте пробоя возникает высо¬
кая

температура, расплавляю¬
щая и даже испаряющая лю¬
бой металл, который выбрасы¬
вается

в

виде

жидких

частиц.

Чтобы частицы металла,

вы¬

рванные разрядом из электро¬
да-изделия, не перескакивали
на
электрод-инструмент и не

формы, искровой

искажали его

Д

промежуток

заполняется

(керосином, мас¬
лом). Жидкая среда останав¬
жидкостью

ливает
и

полет

вымывает

частиц
их

из

металла

зоны

Фиг.
вого

191. Общий вид электроискро¬
станка для прошивки отверстий.

обра¬

ботки. Каждый отдельный разряд вырывает из электрода-изде¬
лия определенную порцию металла, величина которой зависит
от

в

количества

электроэнергии при разряде.
Интенсивность и длительность искрового разряда
зависимости

питания,

от

состава

детали-анода),

емкости,

силы

тока,

напряжения

и

меняются
источника

(инструмента-катода,
рабочих сред искрового

материалов электродов
и состояния

состава

промежутка Д между инструментом и деталью.
Емкость служит для того, чтобы накопить энергию и мгно¬
венно выделить ее в виде сильного искрового разряда. Емкость,
применяемая при электроискровом способе обработке металлов,
колеблется от 0,25 до 600 мкф. Сила тока и напряжение

491

в

устанавливаются
лются

от

0,2

зависимости

от

обработки

вида

и

колеб¬

до 300 а и от 10 до 220 в.

С уменьшением

и

емкости, силы тока

напряжения

качество

обработки повышается.
Принцип работы электроискрового станка для прошивки
отверстий (фиг. 191) заключается в следующем: после закреп¬
2

ления изделия на столике

с помощью

рукояток 5

7 произво¬

и

3

с
таким
настройку
электрода-инструмента
расчетом, чтобы отверстие получилось в нужном месте. Затем
вращением рукоятки 8 бак 1 поднимается до тех пор, пока де¬
таль не скроется под поверхностью жидкости (керосина). После
этого включается станок, и электрод-инструмент 3 с помощью
рукоятки 4 опускается до появления первых разрядов. Даль¬
нейшая обработка производится автоматически. За ходом про¬

дят

положения

шивки

можно

наблюдать

по

приборам 6.

'

Электроискровая прошивка отверстий малых диаметров
эффективна. Так, на Ленинградском карбюраторном за¬
им.
В. В. Куйбышева получение отверстия диаметром
воде
весьма

распылителе занимает 25 сек, применявшееся же ра¬
сверление продолжалось 2 мин. Кроме того,
получение отверстий столь малых диаметров при помощи сверл
представляет исключительные трудности хотя бы уже потому,
что сверлу требуется
сообщить скорость вращения с числом
в

0,15

мм

нее

механическое

оборотов до 60000 в минуту.
Электродуювая резка металла

имеет применение в тех слу¬
чаях, когда газовая резка невозможна или когда отсутствует
Ее
необходимое
оборудование.
применяют при разрезании
стали, чугуна и цветных металлов.

§

131. Электроконтактная обработка

Электроконтактные
металлов

зания
щегося

цепи

с

при

способы сверления, точения

основаны

на

использовании

или

тепла,

разре¬

выделяю¬

прохождении электрического тока через участки
электросопротивлением, в частности через

повышенным

контакты.

Соприкосновение
ческих

под

небольшим

давлением

режущего диска 1

двух

металли¬

и

разрезаемого метал¬
ла 2 (фиг. 192) приводит к образованию в месте реза
(кон¬
такта) повышенного переходного сопротивления. Проходящий
через место контакта электрический ток разогревает, размяг¬
чает и плавит металл, облегчая его удаление в месте разреза¬
ния. Для предотвращения плавления режущего диска
(инстру¬
мента) ему придают скорость вращения 40 50 м/сек или
Описанное явление электроконтактного тепловы¬
охлаждают.
деления
492

электродов

используется

как для

проведения

технологических опе-

связанных с удалением металла (разрезание, фрезеро¬
шлифование, заточка, прошивка и т. д.), так и для та¬
операций, как сглаживание, контактная сварка и др.

раций,
вание,
ких

Фиг. 192.

Схема электроконтактной

резки
режущий диск; 2

1

§

132.

(а)

электроискровой (б, в)

и

металлов:
3

заготовка;

жидкость.

Электроимпульсная обработка

Процесс электроимпульской обработки,

как и электроискро¬
распределении маленьких объемов метал¬
ла
электродов в тех местах, где между ними проскакивают
электрические разряды.
Основное отличие состоит

вой метод,

лишь

в

основан на

том,

что

в

электро-

станках

отсут¬
импульсных
ствуют конденсаторы. Вза¬
мен конденсаторов установ¬
лены специальные генерато¬
ры импульсов. В схеме фиг.
193 роль такого генератора
импульсов играют преобра¬
зователь 1 и селеновый вы¬
прямитель 2. Преобразова¬
изменяет (преобра¬
тель 1

Фиг. 193. Схема

станка

для

электрон м-

пульсной обработки.

зует) напряжение и частоту
переменного тока. Он под¬
ключается к заводской сети с напряжением 380 в и частотой
50 периодов в секунду. На выходных зажимах преобразователя
мы получаем ток с более низким напряжением, т. е. 50 в, и по¬
490 периодов в секунду. Селеновый вы¬
вышенной частотой
прямитель
Таким

2* пропускает

образом,

пульсов. При

в

этом

течении

ток

только

в

одной секунды

между электродом 3

и

направлении.
получаем 490 им¬
деталью 4 происходят
493
одном

мы

электрические разряды. Детали сообщается колебательное дви¬
это предохраняет электроды от
жение в направлении подачи
короткого замыкания.
В отличие от электроискровой обработки, при электроим-

пульсном процессе

электрической
Электроды-инструмен¬

деталь соединяется с катодом

цепи, а электрод-инструмент

с

анодом.

при электроимпульсной обработке могут быть изготовлены
из меди, алюминия и его сплавов, чугуна и т. п.
Наилучшие результаты дает применение углеграфитовых
электродов марок И9 и В1. В качестве среды может быть ис¬

ты

пользовано

трансформаторное масло»
обработки

больших

и

вода

можно

электроимпульсного метода

С

др.

помощью

осуществлять

об¬

фигурных профилей, прошивку
глубоких полостей, отверстий и др. Следует отметить, что электроимпульсная обработка более производительна и экономически
выгодна, чем процессы электроискровых методов обработки.
работку

§

площадей,

133. Анодно-механическая

обработка

Анодно-механический способ изобретен советским ученым
В. Н. Гусевым. Этот способ применяют для разрезки заготовок,
заточки режущего инструмента из твердых сплавов, шлифова¬
штампов
доводки
ния,
и

т.

п.

Сущность

механического

обработки

металлов

об¬

рабатываемая деталь

со¬

с

единяется
ным
ника

полюсом

тельным

между
ся
а

при

процессов, совершающих¬
анодно-механической
обработке:

электрохимическое растворение, обра¬
зование пленки и ее снятие вращающимся
диском; б
электрическая эрозия в резуль¬
тате пробоя промежутка между выступами
изделия и диска.

том,

положитель¬

(+)

источ*

постоянного тока,

инструмент

194. Схема

за¬

что

в

ключается

Фиг.

анодно¬
способа

а

с

отрица¬
( ). В зазор
и
инструментом

обрабатываемой
подводится

рабочая
дающая
зовывать

деталью

специальная

жидкость, обла¬
свойством обра¬
на

поверхности
плохо
пленку,
проводящую
электриче¬
ский ток. Инструмент двигается (скользит) по участку обраба¬
тываемой поверхности детали и легко удаляет значительную
часть пленки. Затем пленка образуется вновь и удаляется до тех
пор, пока детали не будут приданы заданные размеры и форма.
В зависимости от электрического режима анодно-механиче¬
ской обработки возникают различные процессы снятия металла

494

изделия

небольших напряжениях в цепи питания проис¬
электромеханического (анодного) растворения
металла (фиг. 194), а при высоких
напряжениях и больших си¬
лах тока развивается тепловое действие
электрического тока.
В последнем случае металл на обрабатываемой
поверхности
плавится и скорость снятия его по
сравнению с электрохимиче¬
с

детали.

ходит

ским

При

процесс

растворением металла резко возрастает (фиг.

Фиг. 195. Станок

для

анодно-механической

образом, анодно-механический

резки

способ основан

194).

Таким

металлов.

на использовании

электрохимического и теплового действия электрического тока.
На фиг. 195 показан общий вид станка для анодно-механи¬
ческой резки металла. Разрезаемый пруток 2 зажимается в тис¬

рукояткой
расположенной
ках

7. Диск 4
в

из

маятнике

5,

листовой стали укреплен

который

на

оси,

может

поворачиваться
обеспечивается необ¬

вокруг своей оси 6. Поворотом маятника
ходимая подача. Диск получает вращение от электродвигателя
с помощью ремня. Рабочая жидкость подается насосом к соплу
3, а отработанная жидкость собирается в коробке 1.
Скорость вращения диска обычно равна 12 20 м/сек. На¬
пряжение тока 10 30 в. Сила тока выбирается в зависимости
495

диаметра разрезаемого прутка. При диаметре 10 20 лшсила
равна 20 40 а, при диаметре 200 250 мм она составляет
350 400 а.
Диски изготовляются из листовой стали марок 10 и 15, кро¬

от

тока

вельного

железа

и

В

меди.

качестве

рабочей

элек¬

жидкости

анодно-механической
тролита
при
обработке применяется
водный раствор силиката калия или натрия (жидкое стекло).
Анодно-механическая заточка и доводка режущего инстру¬
мента производится за три перехода: обдирка, шлифовка и до¬
водка. Эти переходы вы¬
полняются на одном стан¬
ке без снятия инструмен¬
изменяются
только
та,
электрические
режимы

обработки. Обдирку про¬
изводят

при напряжении
что
обеспечи¬
в,
вает большой съем метал¬
15 20

ла (1 1,5 мм). При шли¬
фовании напряжение со¬

12 15

ставляет

не

металла

Фиг. 196.

Схема

анодно-механической

за¬

точки инструмента.

6,1

0,01 0,03

съем

сни¬

мм

8 10

напряжением

с

в.

доводке достигается высокая степень чистоты поверхности,

При

обычно соответствующая

Д8 Д10-му классам.
(фиг. 196) закрепляется

Затачиваемый инструмент 3
ках

и

Доводкой

мм.

мается

в

превышает

4, которые присоединяются

точника

постоянного

щающимся диском 1,

тока.

в

тис¬

к

положительному зажиму ис¬
Заточка производится быстровра-

изготовленным из

конструкционной стали,
меди или чугуна. В место соприкосновения инструмента с дис¬
ком через сопло 2 подается рабочая жидкость.

Применение анодно-механической резки повышает произво¬
дительность труда в 1,5 2 раза, а заточка и доводка режущего
инструмента, выполненные этим способом, помимо экономии
времени, повышают стойкость инструмента, оснащенного твер¬
дым сплавом, в 1,5 раза.
§ 134. Химико-механические
Химико-механическими

методы

называются

обработки
методы

металлов

обработки

при которых разрушение и удаление частиц
происходит без подвода электрической энергии, за счет

таллов,

ских

ского
зоны

496

реакций

в

зоне

воздействия

обработки.

с

обработки
целью

и сопутствующего им

ме¬

металла
химиче¬

механиче¬

удаления продуктов разрушения

из

Химико-механические методы

обработки

можно

разделить

на

три группы, осуществляемые:
1) с применением поверхностно активных веществ. Этот ме¬
тод используется для притирки, чистовой доводки и шлифова¬
ния любых металлов и сплавов;

2)

с

применением электролитов. Пользуясь этим методом,
разрезать металлы и сплавы любой твердости, осущест¬
влять доводку изделий,
шлифование и др.;
с
химически
активных сред. При помощи
3)
применением
этого метода успешно выполняют притирку и шлифование чер¬
можно

ных металлов и сплавов.

§

135.

Ультразвуковая обработка

методы обработки основаны на принципе ис¬
упругих колебаний среды со сверхзвуковой часто¬
той.
Известно, что звук, слышимый человеком, представляет
собой упругие колебания окружающей среды (воздуха) с час¬
тотой примерно от 16 до 20 тыс. колебаний (гц) в секунду. Ко¬
лебания с частотой свыше 20 тыс. гц принято называть ультра¬
звуковыми колебаниями или ультразвуком.
К основным источникам ультразвуковых колебаний в боль¬
шинстве промышленных установок относятся магнитострикционные и пьезоэлектрические преобразователи, применяемые в элек-

Ультразвуковые

пользования

трозвуковом оборудовании.
Наиболее
источником
распространенным
электрического
тока повышенной частоты для питания ультразвуковых преобра¬
зователей являются ламповые генераторы с самовозбуждением
и

генераторы

независимого

возбуждения.

Сущность

процесса ультразвуковой обработки, например от¬
верстия, сводится к тому, что пуансону 1 (фиг. 197, а) или ин¬
струменту придается форма заданного сечения отверстия и со¬
общаются колебательные движения (вибрации) с ультразвуко¬
вой частотой. Пуансон подводится к детали 2 так, чтобы между
ними был зазор 4. В пространство между торцом пуансона и
поверхностью обрабатываемой детали подаются взвешенные в
жидкости 3 абразивные зерна. Под влиянием удара и больших
от горца колеблющегося с ультразвуко¬
вой частотой пуансона, абразивные зерна выбивают с поверх¬

скоростей, получаемых
ности

детали

мельчайшую стружку.
пуансон

автоматически

верстие (фиг. 197, а).

По мере выбивания

материала

перемещается вниз, образуя от¬
жидкость подается в зону

Абразивная

обработки под давлением, что обеспечивает вымывание срабо¬
танной массы и поступление свежих абразивных зерен в зазор
между торцом пуансона и поверхностью детали. На фиг, 197, б
приведена схема процесса долбления ультразвуковым методом.
На фиг. 197, в показан общий вид станка для ультразвуковой
4У7

обработки, выпускаемого нашей промышленностью. Станок пред¬
назначен для обработки твердых и хрупких материалов: стекла,
керамики, полупроводниковых материалов и др. Пуансон изго¬
товляется обычно из инструментальной стали, имеет в торцовом
сечении форму обрабатываемого отверстия и не подвергается
закалке. В качестве абразивной массы применяют кристаллы

Фиг. 197. Ультразвуковой
процесса;

метод

обработки отверстий:

а

схема

пример долбления отверстия:

б

I
2
3
деталь;
подача абразивной жидкости;
пуансон;
охлаждающей воды; 5
корпус головки (магнитостриктора); 6
ждающей воды;

общий вид

в

4

вход

выход
охла¬

станка.

карбида бора, карбида кремния

и других материалов
зернисто¬
№ 120 до № М5 (величина зерна 3,5-^125 мк).
С помощью ультразвуковых методов представляется возмож¬

стью от

ным

выполнять

прошивку, долбление, сверление, разрезание,
на металлургические процессы
(из¬

шлифование; воздействие
мельчение

зерна

при

кристаллизации

расплавов

металлов,

улучшение структуры при термообработке и др.); очистку от
окалины, ржавчины и других загрязнений деталей; пайку алю¬
миния и его сплавов;
сварку металлов, пластмасс; ускорения
процессов никелирования, меднения и т. п.
т

Наши ученые продолжают изыскивать еще более прогрессив¬
способы обработки металлов, обладающие лучшими тех¬
нико-экономическими показателями и более широкой областью

ные

применения.
Особо перспективным является использование электрических
способов для обработки изделий из твердых сплавов, жаропроч¬
ных сталей и труднообрабатываемых сплавов, получающих все
большее распространение в связи с повышением рабочих давле¬

ний, температур

и

скоростей

в

современных

машинах и

аппара¬

тах.

Применение
ширяет

электрических методов обработки

технологические

возможности,

упрощает

металлов рас¬
труд

и

повы¬

производительность, снижает брак и себестоимость
делий, экономит материалы, в том числе такие дорогие, как
струментальные стали и абразивные круги.
шает его

из¬
ин¬

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

.

3

Раздел первый
ОСНОВЫ МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ

§
§

(Р. £. Пугачева)
Сущность и значение металлографии
2 Внутреннее строение металлов
3. Процессы кристаллизации металлов. Образование кри¬

§

4. Аллотропические

§
§
§

5 Металлические сплавы, их строение и кристаллизация
6. Диаг-раммы состояния сплавов из двух компонентов
7. Свойства сплавов в зависимости от их состава и струк¬

§

туры
8. Методы исследования структуры металлов

Глава I. Основные сведения по металлографии
§

7

1.

.

12

сталлических зерен

происходящие

превращения,

в

ме¬

талле

.

Свойства

II

Глава

металлов

и

способы

их

.

25
27
определения

33

(Н* Н. Кропивницкий)
§ 9 Физические свойства
§ 10. Химические свойства
§ 11. Механические

металлов

35

металлов

свойства

и

металлов

методы

их

деления

§ 12

Технологические

опре¬

....

свойства

и

технологические

51

Производство чугуна (Р. В. Пугачева)
§ 13. Сырье для получения чугуна и огнеупорные
§ 14 Устройство доменной печи

56

Глава III

§ 15 Доменный процесс
§ 16. Продукты доменного производства

и

§ 17. Состав, сорта чугуна, классификация

их
и

материалы

61
65

использование
маркировка

68

по

69

ГОСТ

74

(Р. В. Пугачева)
§ 18 Конверторный способ производства стали
§ 19. Мартеновский способ производства стали
§ 20 Выплавка стали в электропечах
стали

82

88
94

.

§ 21 Разливка стали
§ 22, Строение стального слитка

и

его

§ 23. Углеродистые стали
§ 24, Легированные стали
§ 25 Быстрорежущие стали
§ 26 Сталь с особыми физическими
ствами

36

пробы

металлов

Глава IV. Производство

16
17
20

98

дефекты

100

107

113
и

химическими

свой¬
.

П4

Глаьа V. Термическая обработка стали

ницкий)
§ 27. Теоретические

и

чугуна

(И. Н. Кропиз-

термической обработки

основы

§ 28. Способы нагревания
обработке

и

охлаждения

при

119

...

термической

.......

§
§
§
§
§

29
30.
31.
32.
33.

Отжиг и нормализация углеродистой стали
Закалка стали
Отпуск стали
Особенности термической обработки легированной стали
Практика термической обработки ьекоторых инстру¬
ментов и деталей

§ 34. Поверхностная термическая обработка

§ 35. Химико-термическая обработка

158
167

стали

172

Твердые сплавы (Н. Н. Кропивницкий)
§ 37. Краткие сведения о карбидах металлов

Глаьа VI

§ 40. Наплавочные

VII. Цветные
§ 41. Медь и ее

§ 42. Алюминий

и

его

§ 44. Титан

его сплавы

лава VIII.

178

электроды

(77. Н. Шорников)

сплавы

174

175

сплавы

.

.

181

его

Коррозия

186

сплавы

и

сплавы

§ 45. Подшипниковые

Г

и

173

твердых сплавов

сплавы

§ 43. Магний
и

и

сплавы

металлы

Глаьа

для производств

твердые

150
152

стали

§ 36. Термическая обработка чугуна

§ 38. Исходные материалы
§ 39. Металлокерамические

129
134
137
144
146

.

190

;

.

(антифрикционные)

металлов

сплавы

(Н. Н. Кропивницкий)

....

191
192
194

....

§ 46. Разновидности коррозии

§ 47 Методы

защиты

металлов

от

197

коррозии

Раздел второй
НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
IX. Пластмассы (Н. Н. Кропивницкий)
§ 48. Исходные материалы для производства
§ 49. Классификация пластмасс
§ 50 Свойства пластмасс

204

Глава

пластмасс

.

209
210

§ 51. Способы получения изделий из пластмасс
§ 52. Выбор и применение пластмасс в машиностроении

Глава X
§ 53

Абразивные материалы
Абразивные материалы,

и

изделия

их

виды и

§ 54. Абразивные инструменты
§ 55. Материалы для притирки
Глава

XI

.

.

(Р. В. Пугачева)
характеристика

.

,

213

.

216

.

219
и

222

доводки

Смазочные и охлаждающие вещества

§ 56 Смазочные вещества и их применение
§ 57 Охлаждающе-смазочные материалы

(Р. В. Пугачева)

224

в промышленности

226

Раздел третий
ЛИТЕЙНОЕ ПРОИЗВОДСТВО
Глава XII

Получение

металлов и сплавов

(П. Н. Шорников)

.

.

.

.

228

§ 58. Плавильные агрегаты

§ 59 Требования, предъявляемые

к

литейным

§ 60. Чугунное литье
§ 61 Получение высококачественного

сплавам

.

231
232

чугуна
501

Глава XIII. Изготовление отливок (П. Н. Шорников)
§ 62. Модели и стержневые ящики
§ 63. Приготовление формовочных и стержневых смесей
§ 64. Формовка
§ 65. Заливка форм, выбивка и очистка литья
§ 66 Литье из стали и сплавов цветных металлов

....

235

....

.

.

....

Глава XIV. Специальные виды литья

237
239
246
248

и контроль качества отливок

251

(П. Н. Шорников)
§ 67. Специальные виды
§ 68. Контроль качества

литья
и

отливок

дефектов

исправление

257

литья

Раздел четвертый
СПОСОБЫ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ
Глава XV.

Обработка

металлов давлением

§ 69. Факторы, влияющие
таллов

на

(П. Н. Шорников)
при обработке

пластичность

давлением

.

.

,

.

§ 70 Температурные интервалы горячей обработки

.

и

.

.

...

нагрев
263

металла

267

§ 71. Прокатка
§ 72. Холодная прокатка
§
§
§
§
§
§

73.
74.
75.
76.
77.
78.

и

271
273
279
285
288
289

волочение

Свободная ковка
Штамповка
Холодная штамповка
Прессование (выдавливание) металла
Чистовая обработка отверстий давлением
Периодическая прокатка

§ 79. Дефекты проката
Глава XVI. Паяние
§ 80. Паяние

§ 81. Сварка
§ 82. Дуговая

и

и

290

поковок

(П. Н. Шорников)

сварка металлов

.

.

.

электросварка

83. Газовая сварка
§ 84. Резка металла
§ 85. Термитная сварка
§ 86. Контроль качества сварных соединений
дефектов сварки
§ 87. Новые способы сварки

308
314
316

*

Основные

сведения

о

и

исправление
317
319

процессе резания металлов

321

(А. М. Кучер)
§

88. Исторический обзор

§ 89. Основы резания металлов
§ 90. Влияние различных факторов

324
на

процесс

Глава XVIII. Классификация металлорежущих
повых

§
§
§
§
§
§

291

294
298

металлов

$

Глава XVII.

260

ме¬

механизмов

резания

станков

и

.

их

.

ти¬

(А. М. Кучер)

343

91. Классификация и нумерация металлорежущих станков
92. Движения в металлорежущих станках
93. Приводы станков
94. Механизмы для ступенчатого изменения скорости
95. Механизмы прямолинейною поступательного движения
96 Прочие типовые механизмы станков

Глава XIX. Токарные станки
§ 97. Токарные работы

.

и

работа

на

них

336

(Л. М. Кучер)

.

.

348
352
361
368
374
380

§ 98. Токарные станки общего назначения
§ 99. Прочие типы станков токарной группы
Глава XX. Сверлильные станки и работа на них (А. М.Кучер)

389

396

402

§ 100. Сверлильные работы
§ 101. Вертикальносверлильные станки
§ 102. Прочие типы станков сверлильной группы
Глава XXI. Фрезерные станки и работа на них (А. М. Кучер)
§ 103. Классификация

411

412
.

.

станков

фрезерных

§ 104. Процесс фрезерования
§ 105. Устройство консольнофрезерных

419
станков

.

.

.

.

§ 106. Прочие типы фрезерных станков
Глава XXII.

Строгальные

и

протяжные

станки

и

работа

на

107.
108
109.
110.
111.

433

КлассиФика1*ия строгальных и протяжных станков
Работа на станках
Поперечнострогальные станки
Продольнострогальные станки
Прочие типы станков строгально-протяжной группы

Глава XXIII. Шлифовальные станки
§ 112. Процесс шлифования

§ 113 Основные
Глава

типы

и

работа

шлифовальных

XXIV. Нарезание зубчатых

колес

на них

.

.

(А. М. Кучер)

§

XXV. Модернизация

и

116. Целесообразность

автоматизация

станков

434
437
440
443
446
448
452

станков

458

(А. М. Кучер)

§ 114. Методы нарезания зубчатых колес
§ 115. Основные типы зуборезных станков
Глава

428
431

них

(А. М. Кучер)
§
§
§
§
§

415

463

(А. М. Кучер)

465

модернизации станков

466

§ 117, Основные направления модернизации
§ 118. Сокращение оснрвного (машинного) времени

...

468
470
471

.

477

....

§ 119. Сокращение вспомогательного
времени
§ 120. Принципы программного управления станками
§ 121. Программное
горизонтальнорасточным
управление
станком
........

Глава XXVI. Слесарная обработка (Н. Н. Кропивницкий)

.

472

§ 122. Виды слесарных работ

§ 123. Разметка
§ 124. Рубка и резка
§
§
§
§
§

125.
126.
127
128.
129.

478
металла

Опиливание
Сверление, зенкование и развертывание отверстий

Шабрение и притирка
Основные принципы механизации слесарных работ

Глава XXVII. Электрические, химико-механические
ковые методы обработки металлов
пивницкий)
§ 130. Электроискровая обработка

§
§
§
§

131.
132.
133
134.

.

.

.

.

Нарезание резьбы

Электроконтактная обработка
Электроимпульсная обработка
Анодно-механическая обработка
Химико-механические методы обработки

§ 135. Ультразвуковая обработка

и

480
481
482
483
484
487

ультразву¬
Н. Кро¬

(Й.

490

492
493
494
металлов

.

.

496
497

Редакторы

издательства А. И.

Варколецкая

я

И.

А. Денана

Переплет художника Б. Л. Жаданоеского
Технический редактор Л. В. Щетинина

Корректор Р. Г. Солодкина

Сдано в производство 18/11 1964 г. Подписано к печати 3/VI 1964 г. М-15272. Формат бу¬
маги 60X90Vie. Печ. листов 32,375 (4 вкл.). Уч.-изд. листов 30,7. Темплан 1964 г. № 59.
Тираж 90 000 экз* Цена 96 коп. Заказ 894.

Ленинградская типография № 1 «Печатный Двор» имени А. М. Горького Главполиграф»
прома Государственного комитета Совета Министров СССР по печати, Гатчинская, 26*

96к.

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ЛЕНИНГРАДСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ
Ленинград, Д-65, ул, Дзержинского, 10