Мыло и алюминий

Евгений Веселов

Октябрь 2006 г.

ЛЗСАК (Ленинградский завод строительных алюминиевых конструкций) находился в 20 минутах ходьбы от дома. Основная продукция - алюминиевый профиль, получаемый экструзией. Завод оказался местом, где требовался квалифицированный фрезеровщик на участок электродов инструментального цеха.

В комплексной бригаде 27 рабочих: слесари-инструментальщики, токари, фрезеровщики, термисты, эрозионист, заточник, литейщик..., и "фрезеровщик" по графиту. Это и стало моей новой работой до 1995 года. В 1993 году предприятие акционировалось. Правда, став счастливым обладателем двадцати двух акций, я так их ни разу и не увидел.

Основная работа - изготовление графитовых электродов для электро-эрозионных станков, на которых прожигается рабочий контур основного производственного инструмента - матриц и рассекателей. Сам же электрод - это точная копия будущего профиля, длиной примерно от 110 до 160 мм. (Слева не снимке показаны образцы алюминиевых профилей. Так же выглядят и электроды, только они черные). От качества электродов принципиально зависит качество будущих матриц и объем работы по доводке у слесарей инструментальщиков. Изготовление электродов - это действительно очень квалифицированная работа, т.к. нужно, как минимум, уметь пользоваться всем мерительным и режущим инструментом, а как максимум - еще иногда приходится "делить" электрод на 2-3 части и самому же изготавливать специальный режущий инструмент. Чаще всего - это спецфрезы, долбяки, строгальные резцы. В качестве примера: часто бывает необходимо прострогать (или продолбить) внутреннюю часть профиля электрода, потому что никакая фреза туда не входит по определению. Тогда берется кусок пружинной проволоки (диаметром 6 мм или меньше), из него выгибается заготовка строгального резца, а потом затачивается. Таким "деревянным" инструментом выстругивается "непроходное место", причем с точностью не хуже +/-0,07мм!

Тут следует сказать слова признательности материалу - графиту. Он хоть и "грязный", но, в отличие от сталей, не подвержен деформации от остаточных напряжений, нет поводки. Но готовый электрод такой ажурный, что на последних операциях остро встает проблема крепления его в тисках фрезерного (долбежного, шлифовального...) станка. Чаще всего тиски зажимают не ключом, а просто от руки за винт. Из сказанного, я думаю, понятно, почему в начале рассказа профессия "фрезеровщик" взята в кавычки.

Инструмент и хрупкость электродов - это темы для отдельных повествований, а сейчас - разговор об инструменте, "рождающем" профиль, который вы видите подходя к дверям супермаркета, или проходя мимо красивых витрин, в поездах метро и электричек. Да, мало ли где еще.

Матрица

Представьте себе стальной, отшлифованный блин диаметром 260 и толщиной от 70 до 90 миллиметров. Это заготовка будущей матрицы. Она попадает на стол электроэрозионного станка для того, чтобы с помощью графитового электрода в центре "блина" прожечь насквозь сечение будущего профиля. Искорка за искоркой, выплавляя частички металла, электрод углубляется в заготовку. Часов через 5-7 отверстие готово.

Матрицу переворачивают, и с обратной стороны уже имеющееся сечение еще раз прожигают другим, более "толстым" электродом, но уже не насквозь, а на очень расчетную глубину. Причем в разных участках сечения и глубина разная, поэтому выходной электрод имеет еще и сложный рельеф на торце, на жаргоне называемый "поясками". Потом с матрицей колдуют слесари-инструментальщики: припиливают рабочее сечение, полируют, азотируют, хонингуют алмазной пастой…

Описываемые нюансы довольно скучны, но они имеют решающее значение. Именно от точности расчета и качества изготовления рабочего сечения и поясков зависит, будет получен данный профиль на прессе или… Есть тут и интрига.

Испытания

Наступает момент, когда матрица готова к испытаниям:

" Под будущий профиль заказывают кусок алюминиевого столба нужной длины.

" Подбирают момент, когда можно остановить работающий пресс.

" За четыре часа до остановки пресса матрицу помещают в муфельную печь для медленного разогрева до температуры прессования.

" Снимают с пресса отработавший инструмент, обрубают прессостаток и отправляют на сутки в травилку для удаления остатков алюминия из рабочих полостей.

" Закатывают алюминиевую заготовку в электропечь для нагрева до температуры прессования.

" Ставят испытываемую матрицу на пресс.

" Подают в пресс разогретую заготовку.

" Начинают собственно прессование...

Цель испытаний - получить "хороший выход". На обывательском языке - это получить на выходе из матрицы кусок нового профиля длиной примерно в полметра. Этот кусок должен быть почти прямой, без разрывов и затяжек, не крученый и т.д. Дело в том, что в самом начале прессования, на первых сантиметрах выползающего профиля хорошо видна разница скоростей истечения металла на разных участках сечения - торец нового профиля больше похож на горный пейзаж. По разнице высот на этом "пейзаже" и делают вывод - где нужно ускорить металл, а где притормозить. Делается это исправлением рельефа на поясках матрицы. В "идеальном" случае металл из матрицы должен выйти одновременно по всему сечению.

Далее идут варианты:

1. Если все хорошо - выдавливают одну 30 метровую плеть (объем заготовленного столба) и снимают матрицу с пресса. Отправляют в травилку. Нужно ведь измерить фактические размеры полученного профиля.

1а. Если размеры в порядке - матрицу приводят в порядок (чистят) и сдают в цех на склад инструмента или возвращают на пресс в работу.

1б. Если отклонения в размерах - варианты:

если неисправимые отклонения - матрицу на списание, изготавливать новую;

если можно исправить - исправляют припиловкой, поджиганием электродом, доработкой "поясков".., затем, повторные испытания.

2. Плохо - профиль не прессуется, не вылезает из матрицы:

2а. Матрица "заткнулась" и лопнула - на списание и делать новую матрицу;

2б. Матрица выдержала, но "закручивает" вылезающий профиль сверх нормы - матрицу чистить, исправлять, и на испытания.

Невооруженным глазом виден объем трудовых затрат, "потерянное" время, израсходованная энергия, простои пресса, расход алюминия... А заказчик ждет готовый профиль и уже проплатил изготовление матриц! Спешка, сверхурочные работы…

Пояски

Очень хотелось проводить испытания инструмента у себя на участке, на месте. Так, чтобы в цех отдавать уже ГОТОВЫЙ, проверенный прессовый инструмент с гарантией.

Основные трудности были именно с поясками. Как я уже сказал, задача поясков в том, чтобы на разных участках сечения обеспечить одинаковую скорость истечения материала.

Рассекатель и матрица для прессования профиля.

" Чем "длиннее" рабочая щель - тем меньше скорость;

" Чем тоньше рабочая щель - тем меньше скорость;

" Чем дальше данный участок от геометрического центра матрицы - тем меньше скорость.

Компьютерная программа вычисления геометрии поясков в конструкторском отделе неплохо справлялась с задачей, но гарантии не было. Она могла служить основой для изготовления, но для доводки не годилась. Нередко бывали случаи, когда в полученных из ОГК новых чертежах, сразу же, еще до изготовления, основываясь на опыте, вносились изменения в размеры поясков. Чаще всего этот риск брал на себя Геннадий Суслов, он работал доводчиком прессового инструмента. Задача кратно усложнялась, если на одной матрице располагалось несколько профилей, так называемые, многоочковые матрицы. В основном это профиль типа мелких уголков, оконный штапик и т.п. Из ежедневного общения и споров, у меня постепенно сложилась общая картина неоправданно больших затрат на изготовление прессового инструмента.

Я рассказываю сейчас только о матрицах, в них получают открытый профиль, не имеющий внутренних замкнутых полостей. Для изготовления "коробочек" уже нужна матрица с рассекателем. Работают они в паре и цель рассекателя - держать "иглу", которая формует стенки замкнутой внутренней полости профиля. Там те же самые затраты, только удвоенные. В общем, когда весь круг "неразрешимых" проблем более или менее для меня стал ясен, пришло понимание того, что так работать нельзя. Стало понятно, что процесс доводки нового инструмента нужно отделить от основного производства и как-то смоделировать прессование "на холодную" у себя на инструментальном участке.

Изначально я для себя ввел несколько ограничений:

" матрица (или рассекатель) - настоящие;

" условия прессования изотермические (температура инструмента и прессуемого материала одинаковы и равны температуре в помещении);

" после испытания инструмент быстро и легко можно почистить;

" пресс- материал не может испортить проверяемый инструмент.

Толчком к решению задачи было предположение, что нагретый до температуры прессования алюминий ведет себя как вязкая жидкость. Причем, температурный диапазон не так и велик, всего 10 - 20 градусов. Если "холодно" - очень туго прессуется, если "горячо" - вместо профиля "высыпается" кучка серебристого алюминиевого "песка". Нужно было найти подходящую "жидкость", которая отвечала бы поставленным условиям, легко "регенерировались" для повторного использования и, естественно, была безвредной для работы голыми руками.

В голове постоянно вертелись мысли о том, как бы попроще изготовить пресс для продавливания: винтовой; эксцентриковый; рычажный; горизонтальный (как настоящий) или вертикальный… Присматривался к материалам из которых можно было бы его слепить… И вот однажды, вдруг, увидел, что у нас на инструментальном участке простаивает небольшой вертикальный гидропресс. Что замечательно - так это то, что он был исправен и в столе пресса было отверстие достаточное для прохода прессуемого профиля. Видел я его и раньше, но не замечал, как и прочий железный хлам, валяющийся по углам. Так решилась задача "на чем прессовать".

Задача с поиском "жидкости" решилась тоже сама. Мастер принес очередных два куска свежего хозяйственного мыла (месячная норма). Оно еще не подсохло, и при надавливании пальцем оставались видимые следы. Взял использованный электрод и сделал им на одном куске оттиск. Оставил до утра посмотреть - заплывет или нет? Утром электрод точно встал на свое место. Стало понятно, что "жидкость" в достатке и находится у начальника участка в кладовой. Не хватало только пресс цилиндра, стыкуемого с матрицей.

После того, как суть идеи я высказал Геннадию Суслову, дело завертелось, и через пару дней все было готово к испытаниям. Сходили в кладовую и принесли ящик хозяйственного мыла, установили новую, готовую к испытаниям матрицу на наш пресс, поставили на нее цилиндр, зарядили мылом и "прессонули"...

Искушенные в этом деле слесари-инструментальщики радовались как дети. Мыльный выход отличался от алюминиевого только цветом. Все остальное - настоящее! Четко было видно где нужно изменить пояски, чтобы уравнять скорость, где подполировать, чтобы не крутило… Естественно, этот выход бережно уложили на недосягаемую полку, вымыли матрицу. В тот же день, в вечерней смене, матрицу испытали "в живую" на алюминии.

Утром на столе у начальника цеха, рядом с ворохом чертежей, лежали два выхода - алюминиевый и мыльный, ждали появления главного инженера. Положительный эффект был налицо, но без официального разрешения дальше действовать никто не хотел. Главный долго вертел в руках, разглядывал, прикидывал штангелем размеры... Наконец, видимо сообразив, как ему придется переделывать весь регламент испытания матриц и куда можно пристроить сэкономленные средства, вынес положительный вердикт: "быть по сему!"

Следующую матрицу уже доводили мылом, сомнений не было ни у кого, а главный инженер приказал (!) составить подробную пояснительную записку с расчетом экономического эффекта и оформить заявку на рацпредложение. Второго случая, чтобы в приказном порядке… я не припомню. Забылась и сумма, которую мы насчитали только за счет экономии электроэнергии, (тогда инфляция была в сотни процентов), но вознаграждение получили приличное, в составе шести человек, причастных к реализации.

Две капли дегтя

Прошла неделя, может две, и стало понятно, что не все так хорошо, как показалось - появились "минусы". Основная неприятность состояла в том, что при повторном использовании мыла не удавалось избавиться от воздуха, остававшегося между загружаемыми в пресс-цилиндр кусочками. Воздух при выдавливании из матрицы искажал картину скорости течения и приводил к разрывам выхода. Кроме того, мыло довольно быстро в "комнатных условиях" твердеет и начинает "сыпаться". Одним словом - трудно сохранить гомогенность рабочей среды. Этот отрицательный эффект разрешили просто. На деньги от рацпредложения купили пять килограммов пчелиного воска. Он легко переплавляется, после остывания нет пузырьков и отливка нужного размера и формы - цилиндр.

Вторая задача - матрица в процессе прессования мыла не испытывает такой нагрузки, как от алюминия и не прогибается. Величина же предполагаемого прогиба всегда учитывается инструментальщиками при припиловке размеров на отдельных участках сечения. Размер выполняется ниже нижнего предела допуска. Под нагрузкой просвет увеличивается и размер сам входит в норму. Исходя из сказанного видно, что на "скорректированных" участках "мыльного" выхода все толщины стенок профиля чуть тоньше требуемых чертежом. Эта задача осталась не решенной, т.к. ни разу не было возврата новых матриц по не соответствию размеров профиля.

Неожиданный "выход"

Вот, собственно и все, уважаемый читатель, что хотелось поведать Вам о инструменте для экструзии и о том, как была не решена задача снижения трудоемкости его испытания с помощью мыла. Вы сейчас решили, что я сделал описку, настучав на клавиатуре "не решена". Но ведь это так и есть! Задача была, даже комплекс задач, а решения не было. Все что потребовалось - это изготовить пресс цилиндр, да переписать документацию на регламент проведения испытаний.

И еще… Дорогой читатель, садясь за обеденный стол и видя на нем в качестве гарнира фигурные макаронные изделия (они сейчас в изобилии) - вспомните прием "обратить вред в пользу". То, что для нас с "кривым" выходом на алюминии было вредно, недопустимо - в макаронах, рожках, спиральках, листиках… оказалось сущей находкой. Наверное кто-то из "алюминьщиков" перешел работать к пищевикам. Надеюсь, не забыв прихватить и ящик хозяйственного мыла?… Но это уже совсем другая история.