Первые гидравлические прессы и используемые технологии в дореволюционной России
В третьей (за рубежом) и особенно в четвертой четверти (в России) XIX столетия гидравлические прессы были установлены во многих крупных кузнечных цехах. Изобретателем гидравлического пресса считают англичанина Д. Брама (1795 г.).
Для ковки пресс впервые применен в 1847 г., причем, этот пресс напоминает современную конструкцию гидравлического пресса с грузовым аккумулятором. В последующие годы были разработаны новые конструкции прессов; в настоящее время имеются десятки разновидностей этих машин-орудий, применяемых для ковки и штамповки. Наиболее крупные прессы того времени имели усилие 140 МН. Русские прессы работали на давлении жидкости до 400—450 ат и были установлены на многих заводах: на Таганрогском — для изготовления бандажей железнодорожных колес (усилие пресса 6 МН), на Харьковском заводе Русского паровозостроительного и механического общества для изготовления днищ котлов диаметром до 2300 мм (усилие пресса 3 МН) и железнодорожных колес (усилие пресса 6 МН), на Луганском паровозостроительном заводе Гартмана для котельных работ (усилие пресса 5 МН), на Обуховском заводе для ковки слитков массой до 30 т (усилие пресса 50 МН) и для прессования стали в изложницах в момент остывания (усилие пресса 75—100 МН), на Балтийском заводе для ковки (усилие пресса 12 МН) и т. д.
Соответствующими исследованиями установлено, что работа молота, затрачиваемая на изготовление данной поковки, в 4— 10 раз больше, чем аналогичная работа пресса.
Для ковки крупных стальных орудий и деталей для больших морских машин необходимы были прессы, развивающие усилие 30—40 МН. В котельном производстве того времени применяли прессы усилием 1—10 МН. Например, горячей штамповкой лобовые листы паровозных котлов вполне успешно получали на прессах усилием 10 МН. Взамен небольших паровых молотов с массой падающих частей 2—2,5 т и меньше применяли прессы усилием 1,5—2,0 МН. Число ходов пресса составляло 5—10 у крупных, 10—12 — у средних и редко 20 (для самых малых моделей прессов). О производительности прессов можно судить по таким данным. Производительность пресса усилием 12 МН — 18 т/ч кованых броневых плит толщиной 200 мм из слитков 400 X Х400 мм. Слиток массой 3 т, сечением 470x700 мм превращался в болванку (180x660 мм) за 10 мин. Чем тяжелее молот, тем большие сотрясения, шаботы, фундаменты и значительнее сосредоточение деформаций у поверхности заготовки. Преимущества прессов: простота действия, независимость давления от толщины поковки, точность обжатий, возможность изготовления крепежных деталей инструмента из чугуна. Малое число ходов не ухудшает работу, так как после каждого обжатия необходимы повороты и подачи заготовки, на которые все равно затрачивается много времени. Крупные молоты также не давали более 5—10 ударов в минуту. При ковке на прессе в 2 раза сокращается число выносов заготовки из печи, которое при ковке на молотах иногда достигает десятков. В результате время ковки под прессом в 3—5 раз меньше, чем на молоте. Однако для мелких поковок прессы менее целесообразны, так как очень тихоходны, металл небольших сечений успевает остыть и ковка с повышенным числом нагревов и выносов малопроизводительна. Для ковки слитков массой до 500—700 кг из легированной стали и до 1000 кг из углеродистой стали применяли молоты, для более крупных слитков — прессы. Подобное подразделение действительно и в наши дни.
Переход к более совершенному оборудованию во второй половине XIX в. не мог не сказаться и на технологии кузнечно-штамповочного производства. Уровень технологии повысился, так как уже появились некоторые средства механизации, новые виды инструмента, уменьшились время ковки и число выносов из-за большей быстроходности машин-орудий. Новые виды исходных материалов (мартеновская сталь, прокатные профили) также способствовали повышению технического уровня кузнечно-штампо-вочного производства. Представление об уровне технологии дают приведенные данные, относящиеся ко второй половине XIX столетия. При ковке поковок из литого металла припуск составлял —10% по размеру (5% на сторону для вала). Отходы (включая обсечки и угар) составляли примерно 40% (точнее, 30—50%) от массы откованного металла. Уковка равна 2. Температуру металла определяли на глаз. Для определения размеров применяли шаблоны, линейки и кронциркули. Уже в те времена использовали комбинированные бойки: нижний вырезной (так называемая треугольная наковальня), верхний — плоский. Вырезной боек имел угловой или радиусный вырезы, что соответствует современным формам этих бойков. В числе первых источников, в которых приведен чертеж вырезных бойков, можно назвать работу известного русского металлурга Д. К. Чернова (1867 г.), который занимался отработкой режимов ковки и термической обработки на Обуховском заводе еще в 1870 г.
Д. К. Чернову принадлежат фундаментальные работы в области ковки, в частности открытие и описание линий скольжения при пластической деформации. В работах Д. К. Чернова приведены данные о технологических процессах ковки под молотами и прессами пушечной болванки (протяжкой), орудийных колец (осадкой, прошивкой и раскаткой), цапфенных колец и др. В те времена применяли технологические процессы двух типов. Если поковку изготовляли из сварочного железа, то использовали пакетный, составной способ сварки заготовок из отдельных пластин. Стальные поковки ковали обычным способом — из целой заготовки или слитка. Сварочное железо — более трудный материал для ковки, чем литые слитки. Широко применяли сварку мелких заготовок для получения крупногабаритных поковок. В простейшем случае сваривали четыре заготовки в общую такой же длины, после чего ее ковали на заданный размер. Однако мелких свариваемых заготовок могло быть даже десятки. Сечения составных заготовок напоминали как бы кирпичную кладку. Каждый пакет составных заготовок скрепляли оболочкой, нагревали в печи и сваривали в процессе ковки. Составную заготовку вытягивали в брусок квадратного сечения, увеличивая ее длину в 1,5 раза. Затем несколько тонких брусков тоже сваривали аналогичным образом и ковкой из них получали, например, вал. Если при второй вытяжке коэффициент уковки составлял 1,5, то общая уковка составляла 1,5x1,5 = = 2,25, что устраняло следы литой структуры (В то время общую уковку за два приема подсчитывали, как произведение числа ковок на уковку за вынос. В данном случае уковка составляла не 2,25, а 2Х 1,5 = 3.). При большом числе свариваемых заготовок в отдельных ее местах мог получиться непровар. Однако кузнецы, благодаря своему высокому мастерству, добивались качественной проковки. Крупные коленчатые валы также ковали из полосовых заготовок, сложенных в пакет и сваренных при ковке.
Применяли составные валы, кованные по частям и соединенные между собой прессовой посадкой (такие валы стоили в 3 раза дешевле). Паровозные дышла и крупные шатуны ковали цельными или по частям с последующей обработкой и сваркой. Паровозные топочные рамы изготовляли из четырех пакетов массой 90 кг каждый. Штоки молотов ковали из цельной заготовки с высадкой крепежного утолщения и протяжкой тела штока. Некоторые поковки, например валы со сквозным осевым отверстием, изготовляли из пустотелых слитков. При ковке стальных пушек уковка составляла 3—5. Для устранения поверхностных дефектов слитки обтачивали на станке. Угар составлял 8% и более. Число выносов достигало 10—12. Для пушки длиной 36 калибров и со стволом диаметром 36 см применяли слиток массой 80 т. После ковки оставалось 40 т, после сверления ствола и обточки поверхности — 25 т металла. Коэффициент использования металла при этом был равен 0,31. Самые тяжелые слитки для пушек имели массу 120 т. Небольшие поковки более точных форм получали штамповкой (инструмент-штамп, состоящий из двух частей, ранее называли матрицей и патрицей). Использовали две разновидности штамповки: исходных заготовок простой формы непосредственно в штампе с окончательной формой ручьев (так штамповали поковки при крупносерийном производстве — детали оружия, швейных и сельскохозяйственных машин, велосипедов и др).; предварительно откованных фасонных заготовок за несколько ударов молота (при меньшей серийности производства относительно крупных поковок более сложных форм). Штампы изготовляли механической обработкой по шаблонам. Применяли монолитные, составные, в том числе и бандажирован-ные штампы. Быстроизнашиваемые части штампов иногда изготовляли сменными из износостойких материалов. Точность рельефа и размеров полости штампов проверяли с помощью свинцовых отливок. Штампы обычно имели плоский разъем. Как и в настоящее время, штампы закрепляли клиньями по хвостовику (типа ласточкина хвоста), однако сами клинья были расположены не параллельно друг другу, а взаимно перпендикулярно (если клин верхней части штампа был расположен по фронту оборудования, то клин нижней части — перпендикулярно ему в той же горизонтальной плоскости). Этим достигали необходимое регулирование положения частей штампа в двух направлениях горизонтальной плоскости. В некоторых случаях применяли двухклиновое крепление каждой части штампа. Штампы центрировали с помощью шпонок, входивших частично в хвостовую часть штампа и частично в крепежную деталь (бабу и подкладную плиту). Для штампов применяли высокоуглеродистые инструментальные стали. Производительность при штамповке была в 8—10 раз больше производительности при ковке. В кузнечных цехах с глинобитными полами только начинали применять вентиляцию, кое-где использовали печи с боровами, горны с вытяжными устройствами, однако условия работы в кузнечных цехах при сменах продолжительностью 10 и 12 ч были очень тяжелыми. Никакой механизации, кроме подъемных кранов и транспортировочных желобов, не применяли. Применяли одно- и двухрядное расположение оборудования. Цехи отличались теснотой и несовершенством организации рабочих мест.
Познакомимся с технологией кузнечного производства того времени, применявшейся на отдельных заводах. На Коломенском заводе, например, применяли почти все известные тогда технологические процессы ковки и штамповки. Общая номенклатура поковок исчислялась тысячами единиц. Например, для паровозов требовалось 250—300 различных кованых и штампованных поковок (в зависимости от типа паровоза).
В начале XX в. на Коломенском заводе были установлены все известные кузнечные машины, включая бульдозеры, горизонтально-ковочные машины, эксцентриковые прессы и различное оборудование. Вагонная кузница завода располагалась в двух корпусах. В цехе работало 340 кузнецов, производивших 1680 т мелких кованых поковок, 385 т специализированное штампованных изделий в год. В более позднее время на Коломенском заводе был организован цех для массового производства болтов, гаек, заклепок, а также цехи гибочно-рессорный и ковочно-пружинный. Кузнечное и кузнечно - штамповочное производство на Коломенском заводе в то время отличалось относительно высокой технической культурой, что объяснялось большой опытностью инженерно-технического персонала и мастеров кузнечного дела. Кузнечное производство Сормовского завода во многом было аналогично производству Коломенского завода. Кроме паровозных поковок на Сормовском заводе производили много других и, в частности, поковки для судостроения, впоследствии их производство стало основным на этом заводе.
Несмотря на отдельные усовершенствования и достижения в области кузнечно-штамповочного производства к моменту Великой Октябрьской Революции оно было далеко не передовым. Тяжелые условия труда и ставка промышленников на зарубежный опыт приводили к тому, что инициатива рабочих и техников не могла быть полностью использована. Это и сказывалось на уровне развития технологии производства. Только после Великой Октябрьской Революции началось развитие отечественного производства, в том числе и кузнечно-штамповочного.
Черкасова И.Н.
Использован материал: http://www.kampi.ru