Перелом (часть 3)

ГЛАВА 14.

Вот и автоматы АК-42 были такими же изделиями, с помощью которых мы рассчитывали сохранить жизни как можно большего количества наших людей. Поэтому новые разработки в их производстве продолжали появляться с завидной регулярностью, тем более что за автоматизацию металлообработки выплачивались немалые премии. Например, затвор СКС почти полностью обрабатывался протяжками - отливка была близка к конечной детали, оставалось только забазировать и снять припуски. И, так как большинство поверхностей затвора СКС были прямолинейными, использовать протяжки сам бог велел.

Их и использовали. Глядя на то, как ловко и быстро обрабатываются затворы СКС, "автоматчики" тоже начали делать попытки приспособить эту технологию для своего изделия. Причем к этому были и свои предпосылки - начиная с апреля сорок третьего все больше затворов стало вытачиваться из заготовок, отливаемых по выплавляемой форме - сначала в группе кокилей отливались восковые модели, затем они обливались гипсом, он схватывался, воск вытапливался - и уже в этих одноразовых литьевых формах отливались затворы. По старой технологии затвор вытачивался из цельного куска, при этом снималось очень много металла и затрачивалось много станочного времени, причем строгать протяжками смысла не было - все-равно пришлось бы елозить несколько раз, так что обработка фрезами была выгодна. С новой же технологией фреза снимала очень небольшой слой металла, так что подачу можно было увеличивать раза в два, но для увеличения в три раза уже не хватало прочности наших спецстанков - получались слишком большие нагрузки на раму, и сварная конструкция из труб быстро бы трескалась. Да и все-равно получалось медленнее, чем возможно - ограничением служили и обороты фрезы. Так что по идее требовались более прочные станки.

"Ну или совсем другие" - сказали изобретатели и сделали протяжку, которая снимала припуски за один проход - две секунды - и обработано несколько поверхностей, которые ранее обрабатывались на фрезерном за две минуты. Увеличение скорости обработки - в шестьдесят раз, - секунда прямого хода и секунда обратного. Правда, на фрезерах обрабатывалось сразу десять деталей, тут - только одна, но это все-равно ускорение обработки в шесть раз. Эдак мы сможем сделать в год на одной линии уже не два миллиона автоматов, а двенадцать. Если, конечно, подтянуть все остальные станки к такой производительности. И если научимся так быстро заменять заготовки. В фрезерном-то станке на смену приспособления с заготовками есть целых две минуты, а тут заготовки надо подкладывать каждые две секунды. Ясное дело, без механизации и автоматизации процесса не обойтись.

И конструкторы начали с переработки приспособления, которым зажимались заготовки. Чтобы попробовать технологию они использовали универсальные тиски - зажимали в них заготовку, при этом выполняя танцы с бубном в попытке зажать ее максимально ровно, чтобы протяжка прошла точно вдоль обрабатываемых кромок. Помучавшись буквально пару дней, сделали для тисков дополнительную оснастку - заготовка вкладывалась в оснастку, а уже она зажималась в тисках - оснастка горизонтировала заготовку своими внутренними поверхностями, а сама ложилась в тиски горизонтально своими внешними горизонтальными поверхностями. Тут еще не было никакого чуда - обычная работа по конструированию оснастки, которой можно повысить скорость работы и снизить требования к квалификации - со спецоснасткой кривизна рук и глаз конкретного рабочего становится менее значимой величиной. Собственно, именно таким способом мы и повышали наши производственные мощности.

Ну, ладно - с вопросом правильного ориентирования заготовки разобрались. Приступили к увеличению скорости зажима. Тут-то и возникли проблемы. Протяжка идет параллельно столу и норовит свернуть крепежные приспособления вместе с деталью - возникает мощное опрокидывающее усилие. И заодно - выдрать деталь из зажима. Соответственно, ее надо зажимать с большим усилием, а сверху никак не прижать - там ходит протяжка. Стали прикидывать разные способы, но во всех случаях выходило, что поверхность, которой деталь соприкасается с зажимом, слишком мала, надо зажимать очень сильно, и все-равно сил трения может не хватить - собственно, даже в первых опытах деталь нередко вырывало из тисков, а потом - из приспособления. Народ стал размышлять:

- А может, строгать вертикально ?

- Как это ?

- Ну сверху-вниз. Тогда деталь будет опираться своим концом в стол. Заодно вообще можем высвободить весь верхний конец - и тогда протяжка сможет обрабатывать и поверхности с обратной стороны затвора.

- А ведь точно ... тогда и усилия на протяжке уравновесятся.

- Ну вы и напридумывали ... станок резать не дам !

Его и не пришлось резать - для старого станка сделали обычное горизонтальное приспособление, но с упором, а ход головки просто ограничили - теперь заготовка выступала за пределы зажима на три сантиметра, а хвостом мало того что зажималась со всех сторон, так еще и упиралась в массивный блок - зажим был сделан из двух стальных плит, находившихся под углом друг к другу - нижней плитой он крепился к рабочему столу станка, а вертикальной боковой - обеспечивал детали упор. Сама протяжка также преобразилась - она стала состоять из шести протяжек, которыми обрабатывались сразу все поверхности, идущие вдоль затвора. Вот только проблему быстрой смены детали решить пока не удалось, а с ручной заменой скорость обработки из расчета на одну деталь была та же, что и на фрезерном, разве что теперь обрабатывались сразу все поверхности, то есть количество станков снижалось вдвое. Уже неплохой результат. Попробовали было ввести пневматический привод вместо ручного, но заготовку все-равно приходилось подавать горизонтально, и она при падении достаточно длинной частью внутрь зажима "дребезжала", так что зажим не всегда срабатывал.

- Надо все-таки переходить на вертикальную ориентацию заготовки - тогда она будет падать хвостом, а не горизонтальными поверхностями, соответственно отскок будет не таким большим и зажим сможет ее подхватывать.

Так и поступили. Станок никто портить не дал, ну так мастера сделали новый. Ему не требовалось длинного рабочего стола, поэтому каркас сварили все из тех же стальных труб. Ну и несколько направляющих длиной десять сантиметров - их просто взяли от одного из уже устаревших станков, разрезали на части нужной длины, отстрогали поверхности, восстановив их работоспособность, ну а чтобы уменьшить вес механизмов в верхней части станка, вместо механического кривошипного привода применили электромуфту, которой и делали реверс, когда после рабочего хода вниз головка с протяжкой поднималась вверх.

Схема получилась легкой и прочной - если в обычных протяжных или строгальных станках рабочая головка ходила только по двум направляющим, то в новом станке она находилась внутри каркаса из четырех направляющих, то есть поддерживалась уже со всех четырех сторон. Конфигурация режущих инструментов позволяла дополнительно облегчить конструкцию. Напомню, затвор АК представляет собой цилиндрический стебель длиной сантиметров семь с проточками и головку, на которой находятся выступы, расположенные перпендикулярно друг другу, с восемью продольными поверхностями - горизонтальными и вертикальными. Соответственно, наши конструктора обрабатывали все эти поверхности за один проход, для чего головка станка имела восемь протяжек. И, так как они резали поверхности, находившиеся на противоположных сторонах затвора, усилия компенсировались - пусть и не полностью, так как и длина, и количество поверхностей все-таки различалось. Тем не менее, это существенно снижало боковые нагрузки на головку и, соответственно, на конструкцию всего станка.

В общем, сам-то станок сделали к началу лета сорок третьего, и потом три месяца конструировали и отлаживали автоматическую смену заготовок. Теперь заготовка подавалась вертикально, попадала в гнездо зажима, там зажималась губками и ими же центрировалась. Сначала сделали было кассетную подачу, когда рабочий набивал десятью затворами длинную плоскую кассету из двух направляющих, вставлял в приемник - и уже из нее заготовки последовательно попадали в зажим - для этого станок имел разжимающий механизм, который разводил стенки кассеты в стороны, высвобождая замки каждой детали, так что из станка кассета выходила в виде двух стальных лент с торчащими снизу выступами замков. Но вскоре и это упростили - просто ввели виброжелоб, по которому заготовки спускались к рабочей зоне - рабочему требовалось лишь подкладывать в него новые заготовки.

Основной проблемой стало автоматическое ориентирование заготовок. Ведь протяжки рассчитаны на обработку только своих поверхностей, и если ей под резец попадется чужая - деталь будет испорчена. Да и своя поверхность должна попасть так, чтобы она оказалась строго параллельна режущим кромкам протяжек. Когда заготовки зажимали вручную в первых вариантах станка, это решалось просто - одна из поверхностей была уже обработана, и рабочий просто поворачивал затвор, прикладывая эту базу к плоской неподвижной поверхности зажима - и зажимная губка лишь поджимала другую - еще необработанную - сторону - она обрабатывалась на других станках, но верхние плоскости таким образом были сориентированы по базе, относительно которой и шла их обработка. Сейчас же все стороны выступов были еще не обработаны, соответственно, по ним нельзя было забазировать заготовку. И не забазируешь - ведь предполагалось, что станок и будет обрабатывать все эти поверхности за один рабочий ход. Требовалась другая база.

Сначала хотели было в качестве нее использовать проточку вдоль стебля, он у нее были слишком маленькие кромки - всего с миллиметр-полтора, соответственно, они могли очень легко встать в неправильное положение, так как плечо было очень небольшим. В итоге пришлось внизу стебля стачивать две параллельные площадки - по ним и стало выполняться автоматизированное базирование заготовки. Создание самих баз пока выполнялось квалифицированными рабочими - собственно, они и работали в основном только на таких операциях, тогда как последующую обработку делали менее опытные рабочие, компенсируя недостаток опыта применением спецприспособлений - зажимов, которые ориентировали детали по базам, сделанным опытными рабочими - подготовка производства стала сложнее, зато само производство - проще.

Проблема ориентирования была решена и в начале сентября станок заработал на полную мощность, выдавая в сутки более тридцати тысяч заготовок. Конечно, остальные участки работали в прежнем режиме, так как для них требовалось создавать такие же станки и приспособления, да и проблема базирования оставалась узким местом - пока эта операция выполнялась людьми. Но и этот единственный станок позволил нам убрать из линии десять фрезерных станков, которые ранее обтачивали все эти поверхности затворов, и причем работал на новом станке только один рабочий самой невысокой квалификации - теперь от него даже не требовалось правильно вставлять заготовки - все, что ему было нужно - это подкладывать их в виброжелоб головками в одну сторону - дальше все делали механизмы (потом автоматизируем и эту работу). Одно это высвободило двадцать рабочих за смену, причем рабочих с более высокой квалификацией.

Правда, остававшиеся многочисленные узкие места линии не давали развернуться на полную мощность, поэтому для станка разработали еще несколько пар зажим-протяжка, которыми можно было обрабатывать и другие детали, в которых были прямые поверхности с небольшим объемом снимаемого металла - что и было вотчиной протяжек. Так, мы наконец-то начали разрешать проблему индивидуального транспорта, прежде всего для гражданских - все-таки на своих двоих перемещаться гораздо дольше. А на новом станке мы стали вытачивать ступицы заднего колеса для велосипедов - там ведь много наклонных поверхностей, которые позволяют колесу вращаться в прямом направлении, но тормозят его, когда велосипедист нажимает на педали в обратном направлении, попросту - когда он тормозит. Вот под протачивание этих выступов и был приспособлен новый станок - шесть тысяч втулок в сутки существенно увеличили наше производство велосипедов, тогда как раньше мы их делали штук двести максимум. Правда, к этому времени были разработаны сварочные станки для сварки рам, да и новые станки по производству цепей тоже подошли - в общем, все было одно к одному. Так этот станок и работал - есть заготовки для затворов - переналаживается на них, обрабатывает день-два-три, затем, по исчерпанию запасов, переналаживается на другую деталь и обрабатывает ее.

Правда, новый станок проработал всего два месяца - сварная конструкция из труб оказалась непрочной и ее повело. Но к тому времени мы уже начали применять в каркасе угловой прокат - он прочнее и за счет более длинных полок, и за счет того, что это все-таки прокат, ну а где не хватало жесткости - добавляли дополнительные внешние силовые элементы. В итоге станины наших станков, рассчитанных на автоматическую смену заготовок, стали очень легкими, воздушными - это в обычных станках человеку нужно обеспечить удобный доступ к рабочему пространству станка, из-за чего надо оставлять много свободного пространства вокруг стола - тот же фрезерный, в виде буквы "Г", требует делать массивными обе "палки" "буквы" - и вертикальную, и горизонтальную - чтобы они держали усилия резания. В каркасных же станках эти усилия распределяются равномерно по ребрам, образующим замкнутый силовой контур - тут уже можно не беспокоиться о быстром и удобном доступе такого крупного "механизма", как человек - механику смены заготовки можно делать любого размера - пролезала бы сама заготовка. Конечно, мы не делали сплошную "вязь" из элементов силового каркаса - все-таки доступ внутрь станка был нужен не только механизмам, но и людям - наладчикам, ремонтникам, но за счет сварного каркаса при изготовлении станков мы избавились от такой трудоемкой операции, как литье крупногабаритных конструкций, и вообще следующие лет десять наши станки имели неповторимые внешние черты.

И работа всех этих автоматизированных станков не была бы возможна без пневматических зажимов. Ведь за одну секунду обратного хода механике необходимо вытащить обработанную заготовку, сориентировать новую по базовым поверхностям и затем ее зажать. Сначала мы попытались сделать все это чисто на механике - с помощью кулачкового командоаппарата, как в станках. Но постоянные переделки, сложность изготовления, износ - все это существенно увеличивало трудоемкость. Тем более что управляющая последовательность работы постоянно менялась. Так, сначала мы выяснили, что быстро сориентировать деталь, установить ее в приемное гнездо и зажать - не получится. Пришлось разделять этапы ориентирования и установки - теперь за это отвечали два разных механизма, к которым вскоре добавился третий - вытаскивания детали - первый механизм подхватывал деталь из виброжелоба, проворачивал ориентируясь на технологические плоскости и затем вдвигал в зажим - к этому времени третий механизм уже забрал обработанную деталь из зажима. И для каждого механизма требовался свой командоаппарат, который к тому же должен был работать синхронно с остальными. Ну, синхронность по идее можно было бы обеспечить общим валом, но это накладывало ограничения на размещение механизмов - места тупо не хватало - станок был слишком маленьким и внутри механизм не помещался. К тому же зажимать деталь надо было с большим усилием, то есть требовалась мощная передача от кулачков, а значит мощный вал, для него - мощный привод и мощный корпус. А мощный - значит массивный - места перестало хватать вообще. А если разместить его снаружи каркаса - потребуются длинные тяги. Длинные и прочные, чтобы передать нужные усилия, особенно по зажиму. То есть снова увеличиваются размеры крепежных гнезд, к тому же возрастает масса перемещаемых деталей, что требует более мощного привода. Конструкторы и вышли из положения, заменив механический зажим пневматическим - кулачок теперь управлял золотником, а уж тот пропускал сжатый воздух к зажиму. Нагрузки на кулачок резко снизились, так как теперь он двигал вал золотника, который оказывал гораздо меньшее сопротивление. Поэтому размеры командоаппарата стали гораздо меньше - он поместился внутри станка. А сам по себе сжатый воздух позволял передавать усилия с помощью гибких шлангов. То есть командоаппарат с его кулачками и золотниками стал компактной структурой, от которой к исполнительным устройствам тянулись шланги - теперь эти устройства можно было размещать где угодно. Ну, с некоторыми ограничениями, но они были гораздо менее строгими по сравнению с чисто механическим приводом. Так и работали механизмы станка - открывали и закрывали заслонки по заданной программе, при этом воздух вырывался из клапанов, создавая четкий шипящий ритм - пш пш-пш, пш пш-пш. Оно дышало.

Мне-то пневматика была известна разве что по отбойным молоткам. Пневматический инструмент имел к этому времени более чем семидесятилетнюю историю - первые пневматические инструменты для разрушения горной породы были разработаны итальянским инженером с французским именем Жермен Сомейе - он разработал этот инструмент для прокладки туннеля под Альпами. Затем подобный инструмент был использован в 1870х годах для прокладки Сент-Готардского туннеля, причем его сначала прокладывали с помощью паровых машин, но дело шло медленно, и даже с человеческими жертвами при взрывах паровых котлов, так что в итоге и там стали применять пневмоинструмент и даже локомотивы на пневматическом ходу - сжатый воздух генерировался плотинами горных рек - их энергию как бы "перенесли" внутрь тоннеля с помощью сжатого воздуха. Перфораторы того времени весили 70-80 килограммов и работали со станины, что было неудобно в узких шахтах, поэтому многие шахтеры просто отказывались его использовать, предпочитая ручной труд - как говорится, "Устал на лопате - отдохни на молотке". В 1897 году был создан отбойный молоток весом всего 20 килограммов - пневматика все прочнее прописывалась в горном деле. Советский Союз пневматические молотки сначала покупал из-за рубежа, а в 1929 году запустили их производство на Ленинградском заводе "Пневматика" - завод был организован американцем Джоном Ленке еще в 1899 году и до революции выпускал сначала пневмоинструмент и запчасти к нему, а с 1915 - компрессоры и кузнечные молоты. И вот с 1929 года пошли отбойные молотки - ОМ-3, ОМ-5 - до этого завод выпускал бурильные и рубильные пневмомолотки, пневматические трамбовки для железобетонных, формовочных и других работ. В 1930м году была попытка создать свой пневматический отбойный молоток местными силами на Луганщине, но не сложилось из-за реорганизаций - заказчик - Лугануголь - был ликвидирован, так и не предоставив нужные чертежи Луганскому патронному заводу, который вроде бы соглашался изготовить партию таких молотков. И помимо пневматических в СССР делали и электроотбойные молотки - в 1934 году Константин Николаевич Шмаргунов - директор Томского индустриального института - спроектировал удачную модель КНШ, которая и стала массово использоваться на шахтах. Больше же всего пневмомолотков в тридцатых было в Германии - в 1933 году там было 64 100 молотков, в Бельгии - 23 000, во Франции - 19 719, в Англии - 12 335, в СССР в 1937 году было около 13 000 молотков.

Но вообще пневматика долгое время рассматривалась как новое слово в технике - в 19м веке даже строились пневматические железные дороги и линии метро. Так ,в Англии в 30х-40х годах 19го века было построено несколько железных дорог с пневматическим приводом. Для этого вдоль полотна прокладывалась труба, в нее подавался сжатый воздух, который толкал поршень внутри трубы, и этот поршень через разрез в верхней части трубы толкал вагоны. Несмотря на проблемы с надежной изоляцией этого разреза, эксплуатировались дороги длиной длиной от двух до тридцати двух километров с одной и боле насосными станциями. Причем скорости передвижения были достаточно высокими - так, пятитонная тележка разгонялась до 72 километров в час - паровозам тогда такое и не снилось. На другой дороге - в Ирландии - состав массой 30 тонн двигался со скоростью 64 километра в час, причем в этой системе воздух не нагнетался за поршнем, а наоборот откачивался перед ним - привет Илону Маску с его Гиперлупом ! Американец Альфред Элай Бич - изобретатель и владелец журнала "Scientific American", даже построил прототип пневматического метро - линию длиной 95 метров, в которой вагоны передвигались силой сжатого воздуха, причем воздух как накачивался сзади вагона, так и откачивался спереди, как в пневмопочте - Бич строил в Нью-Йорке и системы пневмопочты, так что опыт был. За год на необычной новинке прокатилось четыреста тысяч человек, а для развития было собрано денег по подписке, почти достигнуты договоренности с городом о продолжении финансирования, но дальнейшему строительству помешал сначала биржевой крах 1873 года, а затем развитие электромоторов. В 1861 году свой "духоход" построил в России Степан Барановский - отец Владимира Барановского, разработчика артиллерийских скорострельных систем. Сжатый воздух для духохода хранился в 34 баллонах на прицепном вагоне и обеспечивал движение в течение двух-трех часов, причем сам двигатель был довольно компактным - всего два поршня диаметром 150 миллиметров и ходом 300 миллиметров. Помимо железных дорог сжатый воздух также пытались применять и для автомобилей, и для подводных лодок, и даже для самолетов - и везде он проиграл электричеству и ДВС, оставшись конкурентоспособным в системах пневмопочты - так, в 1934 году в Париже протяженность сети пневмопочты была 437 километров.

Конкурентоспособными пневматика оказалась и во всяческих приводах разнообразных устройств - помимо упоминавшихся отбойных молотков - в тормозах, турбобурах и много где еще. Применялась она и в промышленности. И этому было много причин. Пневмопривод был прост в изготовлении - ему не требовались цветные металлы как электродвигателям, сложные системы герметизации, как для гидропривода - утечки если и были, то существенно не влияли на работоспособность. Ресурс пневматических устройств также был выше гидравлических в два-четыре раза, а электрических - в десять-двадцать раз. Низкая масса исполнительных устройств обеспечивала самые высокие скорости среди всех видов привода - 15 и более метров в секунду для поступательного движения и до 100 000 оборотов в минуту для вращательного, ну а про массовую отдачу я писал ранее, когда рассказывал про ракеты - для электропивода она составляет 2-4 килограмма на киловатт мощности, для пневмопривода - 0,3-0,4 килограмма - в десять раз меньше, то есть они весят в десять раз меньше при той же мощности. Сжатый воздух можно было передавать на десятки километров при сравнительно небольших потерях. Так, в 1888 году в Париже была построена городская компрессорная станция мощностью насосов в 1500 кВт, а к 1891 году ее мощность составила уже 18 500 кВт - она передавала фабрикам и заводам энергию сжатого воздуха давлением шесть атмосфер по городской сети протяженностью 48 километров.

Конечно же, пневматика не была лишена недостатков. Так, для создания сжатого воздуха требовались компрессоры с фильтрами и охладителями воздуха, по цехам приходилось разводить трубы для передачи сжатого воздуха, применять устройства для сбора и отвода конденсата. Да и КПД исполнительных механизмов был не на высоте - если в ударном инструменте пневматика и электрика шли вровень, имея КПД порядка 30-40%, то во вращательном электрика вырывалась вперед - у нее было 60-70%, тогда как у пневматики - не более 35%.

Тем не менее, пневматика активно использовалась на предприятиях - в то время электродвигатели были сравнительно дефицитным изделием, поэтому пневмопривод использовался достаточно широко, тем более что он позволял экономить медь не только на электродвигателях, но и на проводке. Да и с электроэнергией дело обстояло не везде хорошо, а энергия сжатого воздуха образовывалась из механической энергии без электрогенераторов - снова экономия. Так, в нашем распоряжении было несколько десятков пневматических токарных и фрезерных станков - с приводом именно от пневматического, а не электрического двигателя ! А также многочисленные приспособления, работавшие от пневматики - прежде всего зажимы - токарные патроны и прочие. Многие, даже некрупные, предприятия имели свои компрессоры и сети сжатого воздуха. Поэтому неудивительно, что наши конструкторы постарались приспособить для своих нужд уже готовую инфраструктуру и конструкции пнемвопривода.