Первым практическую силу плазмы — четвертого состояния вещества — начали применять в своих произведениях писатели-фантасты. А сейчас плазменные установки широко внедряются в производство и хорошо работают на многих заводах и в мастерских. С ней экспериментируют и студенты, участники движения научно-технического творчества молодежи — НТТМ.
Плазмотроны помогают кроить листовой металл; сваривать сплавы, которые нельзя соединить никакими другими методами; восстанавливать изношенные пары трения. Студенты и сотрудники Ленинградского политехнического института предложили новое применение плазмы — плазменно-механическое фрезерование. Перед шпинделем станка, на котором сидит отрозная фреза, они установили плазменную горелку и магниты для регулирования толщины иглы — острой струи раскаленного газа. Игла не только размягчает металл в зоне резания, не только делает его пластичным и податливым, но и пробивает в нем продольную щель, в которую легко вгрызается фреза. В результате за один проход можно снимать не тонкую спиральную стружку, а массивные клинья металла. Во время экспериментов со стального листа толщиной 30 мм исследователи снимали стружку, похожую на кованую рессору! А это значит, что производительность станка возрастала в 10–12 раз!
Московские ученые из Института металлургии имени А. А. Байкова АН СССР заложили основы нового направления в технике — лазерных металлургических процессов. Суть в следующем; луч лазера через фокусирующую линзу направляют на металл, помещенный в закрытую камеру с газом под высоким давлением — до 200 атмосфер. На месте падения луча возникает плазменное облако, которое активно реагирует с металлом; он плавится, поглощает возбужденные частицы газа и перемешивается с ними. После остывания на поверхности образуется монолитный слой, качественно отличающийся от основного материала образца.
Когда ученые помещали образец в азот под давлением, то в образовавшемся слое получались нитриды, если же в камере находился углеродсодержащий газ — образовывались карбиды, вещества, придающие металлам твердость, износоустойчивость, коррозионную стойкость. Московские ученые показали, что, регулируя состав газовой среды и плотность излучения лазера, на металлах и сплавах можно получать поверхностные слои с нужными свойствами.
Лазерно-плазменная технология перспективна во многих областях техники. Ведь с ее помощью можно упрочнять низколегированные стали и заменять ими дорогие высоколегированные сплавы. Обработав подшипники для буровых агрегатов, ученые установили, что эти детали проработали в десять раз дольше, чем серийные. Лазерным лучом повысили механическую прочность режущих органов и узлов трения сельскохозяйственных машин. В медицинской промышленности лазерно-плазменная обработка позволила повысить качество и стойкость хирургических инструментов — скальпелей, ножниц, игл.
Новая технология высокопроизводительна, надежна, экономична. В двенадцатой пятилетке она распространится во многих отраслях нашей промышленности.
Биотехнология — новое направление научно-технического прогресса — зиждется на фундаментальных исследованиях жизненных функций микроорганизмов. Выяснено, например, что бактерии способны питаться клетчаткой, разлагая вначале ее массу на составные компоненты с помощью содержащихся в их клетках ферментов. Выделив эти активнейшие катализаторы в чистом виде, мы сможем без высоких температур и давлений эффективно и дешево разделять растительное сырье и получать нужные для хозяйства вещества.
Микроб — маленький химический завод, принцип работы которого можно повторить в больших масштабах. И диапазон индустриальных возможностей тут огромен. Недавно в Институте биохимии АН СССР разработан и испытан непрерывный процесс ферментативного гидролиза растительной целлюлозы — соломы, кукурузных кочерыжек, ботвы. Разработана оригинальная технология, создан противоточный реактор — колонна. В нем происходит авторегенерация фермента, что позволяет одну и ту же порцию органического катализатора использовать для разложения нескольких порций сырья.
А что получается в конечном результате?
Глюкоза и сахара, которые пойдут на питание бактерий, вырабатывающих витамины, лекарства, гормоны, органические кислоты. А можно использовать эти питательные продукты и непосредственно для кормления домашних животных.
Необычный полиметаллический комбинат начал работать близ города Галле. Он производит широчайший ассортимент редких металлов — золото, серебро, цинк, палладий, ртуть, медь, железо, алюминий, — а потребляет… мусор со свалок! Сырье, прямо скажем, специфическое. Это — устаревшие, вышедшие из строя компьютеры, калькуляторы, измерительные приборы, которые списываются, вывозятся на свалки, становясь «соседями» использованных консервных банок. А ведь в одной тонне старых ЭВМ содержится гораздо больше золота, чем в самой богатой руде — около одного килограмма. Этот металл вместе с серебром и палладием применяется для повышения надежности контактов. Вот почему инженеры из ГДР и решили наладить добычу драгоценных металлов из электронного лома.
Стройка была объявлена молодежной. Молодые строители сооружали цеха нового предприятия, а потом стали его первыми работниками. Переработка утиля начинается с размола на молотковых дробилках. Из полученной массы магнитные сепараторы извлекают железо. Пневматические устройства удаляют пластмассу, стекло, тонкие проволочки. Затем крошка сепарируется по плотности: в жидкости более плотной, чем вода, частицы алюминия всплывают, как щепки, а медь и благородные тяжелые металлы опускаются на дно. Эти остатки собирают, растворяют в кислотах, выделяют и переплавляют, в результате чего все металлы, входившие когда-то в конструкцию ЭВМ, оказываются восстановленными и могут быть возвращены в промышленный оборот. Подобные предприятия сооружаются также в Венгрии и ряде других социалистических стран.
Несколько месяцев по улицам Праги разъезжали машины с тремя буквами на дверцах — БИО. Внешне они не отличались от серийных легковых «шкод», но их моторы работали не на бензине, а на биогазе — метане.
Обычно это топливо получают на селе из отходов животноводства. Здесь же был использован, так сказать, «свой», городской газ, полученный на установках по очистке городских канализационных стоков. В очистных бассейнах были поселены специально выведенные метаногенные бактерии, которые не только генерировали дешевое топливо, но и улучшали очистку загрязненных вод. Твердые остатки после получения метана — прекрасное удобрение, улучшающее структуру почвы.
Одной зарядки биогазом хватало автомобилю примерно на 250 километров пробега. Сотрудники пражского НИИ автомобильных двигателей, проводившие эксперимент, убедились, что биогаз повышает моторесурс поршневых моторов, которые работают без повышенного шума и не выбрасывают в атмосферу ядовитых соединений. В ближайшем будущем предполагается выпустить на улицы Праги двадцать «биотакси», а затем довести число таких машин до пяти тысяч, включая сюда грузовики коммунальной службы.
Переделка моторов под биогаз окупается всего за четыре месяца за счет экономии бензина. На биогазе могут работать не только легковые автомобили, но и тракторы, автобусы, маневровые тепловозы и даже спортивные самолеты. Главная выгода — экономия бензина. Но есть и еще один выигрыш, трудно оцениваемый в цифрах, — экологический.
Если какой-нибудь обычный, растянутый во времени процесс выделения энергии спрессовать в импульс, провести в долю секунды, он произведет эффекты, которые заранее даже трудно предвидеть. Ученые из Института гидродинамики СО АН СССР увидели в таких импульсных процессах — взрывах — богатейшие технологические возможности и внедрили в производство метод упрочнения металлов взрывом и метод сварки взрывом. Новейшая разработка Института — изолятор для анодной и катодной частей электролизера алюминиевых заводов. Они сделали его в виде трехслойной композиции: снаружи стальная труба, затем — керамическая прослойка из оксидов и карбидов алюминия и, наконец, стальной центральный стержень. Все это сплочено в единый монолит с помощью взрыва. Импульсное сверхвысокое давление длится стотысячные доли секунды, но так прочно соединяет все три части, что они находятся в непрерывной эксплуатации пять лет там, где прежняя конструкция работала всего неделю. Годовой эффект — 388 тысяч рублей.
В древних легендах живописуется, сколько ухищрений применяли кузнецы, чтобы закалить булатные сабли. Но если разобраться во всех этих сказаниях, то выяснится, что для закалки использовались всего две жидкости — вода и растительное масло. Современная технология добавила к ним еще одну — минеральное масло. Но специалисты из Иркутского института органической химии утверждают, что в недалеком будущем воду и масло вытеснят другие составы — прежде всего водорастворимые полимеры.
При закалке в масле выделяется дым с неприятным запахом. Масло подчас вспыхивает, кроме того, оно всегда дефицитно. Что касается воды, то ее, разумеется вдосталь, но она образует на поверхности металла окисную пленку, которую надо затем удалять. А что предлагается теперь?
Берут ту же воду, но в ней растворяют полимеры, например, акриловые смолы, получаемые из отходов. Такая закалочная среда дешева, нетоксична и абсолютно пожаробезопасна. Важно и то, что слой полимера, оседая на поверхности горячего металла, препятствует образованию нагарной пленки. Служит жидкость в пять раз дольше, чем самое лучшее масло, — и в этом причина ее более высокой экономичности. Изменяя концентрацию полимера в водном растворе и время выдержки в нем, можно закаливать изделия любых форм и любых марок стали.
Никого не удивляет, что специалистам нередко поручают создать материалы и вещества с заранее заданными свойствами: кислотостойкую резину, чугун без хрупкости, бетон легче воды или полимер, более прочный, чем цветной сплав. А можно ли создавать растения с заранее заданными качествами?
На этот вопрос положительно отвечают специалисты по генетике, способные делать феноменальные изобретения. Именно изобретения, то есть новые виды растений, которых в природе никогда не было. Например, кусты, летом дающие помидоры, а к осени образующие у своих корней крупные картофельные клубни. Генетики обещают вывести растения, у которых тонкие корни будут прочными, как синтетические нити. Вершки пойдут на корм скоту, а корешки — на текстильные фабрики.
Действуя в этом направлении, сотрудники Института цитологии и генетики СО АН СССР, взяв за основу дикую алтайскую облепиху с мелкими ягодами, вывели крупноплодную форму, у которой плоды размером с вишню. Вес ста штук таких ягод равен 64 г. против 24 у диких кустов. Витамина С стало на 100 процентов больше, а целебного масла — на 14 процентов больше. Ученые увеличили содержание в ягодах биологически активных веществ и рекомендуют новый сорт как общеукрепляющее средство в условиях сурового климата Сибири.
К этому достижению сибирские генетики пришли благодаря освоению методов экспериментального мутагенеза. Вначале семена дикой облепихи они облучили гамма-лучами, потом обработали химическими веществами и в результате изменили механизм наследственности, главный чертеж, по которому строится живой организм. У нового сорта, получившего название «зырянка», прочная оболочка семян, более длинная плодоножка. Это и было заранее запрограммировано учеными, получившими задание: создать облепиху, приспособленную к механизированному сбору урожая.
Экономия энергии — непреложный закон нашего времени. И ныне усилия инженеров направлены на то, чтобы утилизировать бросовое тепло доменных и мартеновских печей, кислородных конвертеров и промышленных печей. Есть такие резервы и в химической промышленности…
При синтезе многих веществ конечная продукция выходит в нагретом виде. Обычно ей дают постепенно охладиться, то есть отдать свое тепло в атмосферу. А ведь эти сбросы можно утилизировать, без всяких затрат угля и газа обогревать дома и теплицы. За примерами далеко ходить не надо: серная кислота, завершая цикл производства, выходит нагретой до 140 °C. Использовать эту теплоту решили на Винницком химическом заводе. Для этого был построен теплообменник, в котором вода, охлаждая кислоту, нагревается и идет на отопление зданий.
Казалось бы, просто. Но изобретателям пришлось поломать голову. Ведь серная кислота чрезвычайно агрессивна. Поэтому пришлось применить ряд последовательно соединенных трубчатых теплообменников, в которых кислота отдает свою энергию сперва промежуточному теплоносителю, а уж он — нагреваемой воде. Подобным же способом можно получать тепло при производстве соды, кокса, полимерных смол, цемента, аммиачной селитры, хлористого кальция.
Научно-технический прогресс невозможен без всеобщей компьютерной грамотности. Разумеется, изучать современную электронику необходимо с детских лет. Недаром во всех школах введен новый предмет — основы информатики и вычислительной техники.
Но с чего начинать? Пожалуй, лучше всего с электронных игр. Не случайно они сейчас разрабатываются многими специализированными учреждениями нашей страны. Но свой вклад делают и сами дети. Например, ученики Новосибирского радиотехнического техникума вместе со своими преподавателями придумали несколько игр, помогающих осваивать начала электроники. Их разработка признана изобретением.
Одна из игр получила название «Элсо». Это новый вариант известной настольной игры с картонным игровым полем, кубиком и фишками. Раньше надо было бросать кубик, а потом делать ходы. Теперь вместо традиционного кубика с шестью обозначениями цифр применен электронный датчик случайных чисел с цифровым индикатором и световыми сигналами. При смене цифр каждый из играющих узнает свою комбинацию ходов или размеры условных препятствий.
Схема собрана на полупроводниковых приборах. Изобретатели предусмотрели легкий доступ к «внутренностям» игры, чтобы играющие могли легче понять ее общее устройство и работу отдельных элементов.
Экспертная комиссия рекомендовала игру для массового производства.
Популярность фруктовых и овощных соков растет во всем мире быстрее, чем любых других напитков, даже модной, благодаря безудержной рекламе, заморской кока-колы. За последние десять лет в ряде стран выпуск натуральных соков утроился. Спрос растет, и не последнюю роль в дальнейшем увеличении полезной продукции должен сыграть новый биотехнологический способ индустриального производства соков.
При традиционном выдавливании в прессах из фруктовой мякоти извлекается жидкость с ароматом и вкусом плодов, но… бедная полезными веществами. Внутри растительных клеток, имеющих многослойную структуру, остаются витамины, полисахариды, аминокислоты, пектины, связанные в полимерные цепи. Можно, разумеется, увеличить давление, но это не даст желаемого результата — в жмыхе останется много ценных компонентов. Словом, традиционный сок нельзя назвать, скажем, жидкими яблоками.
Как утверждают специалисты ГДР, помочь могут только ферменты, получаемые микробиологическим путем. В установках, где требуется уже не давление, а лишь температура + 50 °C, биологические катализаторы деполимеризуют макромолекулы, разрушают органические вещества на мелкие фрагменты и переводят в сок в растворимой и усвояемой форме целую гамму веществ, способных давать человеку энергию и здоровье. Ферменты не только улучшат качественный состав сока, но и увеличат его выход из сырья. Фрукты и овощи станут настоящим жидким питательным концентратом.
Лазер — один из универсальнейших приборов нашего времени. Он может резать стекло без отходов, сверлить твердые кристаллы, сваривать разнородные металлы и сплавы. Квантовый генератор стал важнейшим элементом исследовательских и измерительных приборов. Он помогает геодезистам прокладывать точные трассы подземных туннелей, станкостроителям — измерять с точностью до микронов длину направляющих поверхностей, химикам — анализировать спектры сложнейших органических субстанций, экологам — определять степень запыленности воздуха.
Советскими учеными найдена принципиально новая область применения лазера. Оказалось, что лазерный луч способен давать информацию о сверхмалых перемещениях горных пород при удалении объекта замеров от регистратора на несколько километров. Такие уникальные возможности квантового генератора открывают широкие перспективы для точного прогнозирования землетрясений.
Представьте себе прибор, установленный в долине и направленный через телескоп на горный хребет, породы которого чутко реагируют на малейшие смещения земной коры. Световые импульсы достигают скал, отражаются и возвращаются в анализатор, снабженный блоком логики, вычислительным узлом и самописцем. Если колебания нарастают — жди землетрясения.
Лазерные приборы — дальномеры — известны давно. Они работают примерно на таком же принципе. Но советским разработчикам удалось значительно повысить чувствительность прибора. И теперь он определяет не только расстояние до точки, но и поведение этой точки — ее колебания.
Так можно прогнозировать и моменты разрушения скальных образований, вести геофизический анализ деформаций земной коры. Люди с новаторской мыслью найдут еще и другие области использования подобного прибора.
Наша страна по праву может гордиться размахом жилищного строительства. Инженеры разработали множество материалов и методик для рационального и скоростного возведения зданий.
Как будут строить завтра? Какие тут проекты и планы? По мнению специалистов, восторжествует принцип сборки из готовых объемных блоков. На домостроительных комбинатах будут делать не стеновые панели, а целые комнаты, кухни, санузлы. Первые практические опыты уже произведены и доказали свою перспективность. Монтаж на месте идет быстрее, чем раньше.
В институте Гипролеспром в Москве подготовлена техническая документация для возведения домов из объемных блоков-контейнеров для сельской местности и северных районов нашей страны. Поэтому материалом выбрана древесина, а сам метод индустриального изготовления объемных блоков заимствован у городских проектировщиков. Внутренняя планировка готовых двухкомнатных квартир тоже городская — есть холл, прихожая, спальня, кухня с электроплитой, встроенный шкаф. Стены и перекрытия собираются из утепленных пенопластом деревянных панелей. Снаружи они обкладываются рулонным ковром из четырех слоев рубероида.
Блоки-контейнеры можно транспортировать по железным дорогам, на автомобилях, санях, а в труднодоступные районы — на вертолетах. Жить в них будут лесозаготовители, геологи, строители, оленеводы.
Казалось бы, геологи уже обошли пешком и объездили на вездеходах всю нашу страну. Размах их работ огромен, на геологическую карту СССР нанесены сотни и тысячи точек, обозначающих месторождения элементов почти всей таблицы Менделеева. Однако задания двенадцатой пятилетки предусматривают расширение разведочных работ для опережающего развития горнодобывающей промышленности. Земля скрывает еще множество руд и минералов, необходимых для нашей страны. Теперь надо глубже заглядывать в пласты Земли, детальнее определять глубинное строение пород и запасы полезных ископаемых. И в этой систематической работе геологоразведчикам станут помогать современные поисковые приборы.
До пятидесяти метров в глубь Земли может посылать свои сигналы переносная установка «Радар». О подобном глубинном зондировании до этого лишь мечтали. Ведь чаще всего для разведки приходилось бурить скважины. Теперь же короткие импульсы радиолокационной разведочной станции определяют структуру пластов, мощность наносных отложений, толщину вечномерзлого грунта, залегание подземных пустот, например, старых выработок. Комплекс важных данных можно получить на месте, а затем для уточнения обработать их на ЭВМ и получить в виде напечатанного протокола.
«Радар» создан в Якутском институте горного дела Севера и прошел испытания в различных районах Восточной Сибири. Такой прибор наряду со многими другими свидетельствует, что геологические службы в СССР превращаются в индустриальную научно-производственную отрасль, оснащенную богатым арсеналом поисковой аппаратуры.
Работники коммунальных служб между собой называют бытовые и индустриальные отходы «тяжелым бременем цивилизации». Поводов к такой суровой оценке вполне достаточно. Растет количество городов, и непрерывно увеличиваются свалки вокруг них. И если раньше мусор отвозили за 20 километров от черты города, то теперь на 120 километров и больше.
Вот почему ныне во многих странах думают о проблемах переработки больших количеств мусора и сжигании его остатков для получения дешевого тепла.
Близ города Острава чехословацкие инженеры построили крупный завод по переработке городского мусора. Его плановая производительность — до 150 тысяч тонн в год. Из привезенных со свалок отходов извлекают стекло, металлы, картон. Все это идет в переработку.
На одном из сортировочных конвейеров из общей массы удаляют мелкие куски бумаги, пластмасс, тряпок. Их просто сдувают сжатым воздухом в бункер. К этим отходам добавляют опилки, стружку, мелкую резиновую крошку от старых шин, затем все тщательно перемешивают и прессуют. Полученные брикеты по калорийности эквивалентны 44 тысячам тонн бурого угля. Они хорошо горят как в домашних печках, так и в топках заводов. В отличие от угля они дают мало золы, а дым содержит меньше окислов серы. Именно поэтому новое топливо получило название «экобрикеты».
В настоящее время экобрикеты из мусора выпускаются уже в нескольких странах. В Венгрии к городскому мусору добавляют измельченные стебли кукурузы и солому. В Дании, когда прессуют отходы, пропитывают их старыми отработанными маслами. Основная масса брикетов, изготавливаемых в Швеции, — кора хвойных деревьев, а в Японии — рисовая шелуха. Одним словом, гамма добавок весьма широка и способна расширяться дальше. Это позволит существенно уменьшить объемы свалок и экономить газ, нефть, каменный уголь и дрова.
Пластмассы ныне заменяют стекло, цветные металлы, древесину, бумагу. Но известно, какой вред приносят полимерные отходы, свезенные на свалки. Медленно разлагаясь, они отравляют почву, а попадая в мусоросжигательные печи, выделяют токсичные газы. Перед учеными всех стран была поставлена задача: создать полимерную фольгу, которая после использования сама разрушалась бы под действием воздуха и света, не давая при этом вредных продуктов.
Иркутские и ленинградские химики предложили добавлять в полиэтиленовую фольгу препарат ферразол — комплексное соединение винилов с солями металлов. Эта добавка помогает пленке, используемой летом, к поздней осени, то есть через пять месяцев, распадаться на мелкие фрагменты, которые улучшают структуру почвы, а затем полностью уничтожаются микроорганизмами. В процессе этого разрушения земля обогащается рядом микроэлементов, усваиваемых растениями. Тем самым решается и актуальная проблема защиты окружающей среды, и идет прямо на месте полезная утилизация пластмасс.
По своим качествам советский продукт значительно превосходит аналоги, выпускаемые в США и Швеции. Он дешевле, несложен в производстве. Пленки с добавками ферразола могут использоваться в сельском хозяйстве для покрытия боковин на грядках с овощами. Земля будет быстрее прогреваться, а сорняки под покровом пластмассы не взойдут. Проделав отверстие в такой пленке, можно накрывать ею черенки виноградной лозы, благодаря чему они скорее приживутся и получат больше влаги, которая не будет испаряться зря.
В наше время многие композиционные материалы выпускаются в виде сандвичей. Например, строительные плиты, состоящие из слоев бетона, пористой пенопластмассы, стекловаты и прессованного гипса. Так достигается легкость при повышенной теплоизоляции. И химические реакторы делают ныне в виде сандвича. Внутренний слой, соприкасающийся, скажем, с кислотой, — нержавеющая сталь, средний — дешевая углекислая сталь, а внешний — изоляционная обкладка из минеральных волокон. Так экономятся дорогие сплавы, оборудование сохраняет прочность.
В ближайшем будущем таких композиций будет еще больше. Ведь сам принцип тут очень эффективный. В Рижском политехническом институте изобретен многослойный конструкционный сандвич для приборостроения. В первую очередь он пойдет на изготовление корпусов радиоэлектронных блоков — различных закрытых коробочек, которые раньше штамповались из листового металла. Теперь же будут широко применены листы-заготовки, состоящие из чередующихся слоев металла и модифицированного, то есть упрочненного полиэтилена. Толщина металла составит, скажем, 0,3 мм, а пластмассы — 1 мм. При этом общее число таких слоев в зависимости от технологических нужд может быть от 3 до 7, а толщина сандвича — от 2 до 10 мм. В монолит эти разнородные материалы превращены бесклеевым плакированием — термической обработкой при прокатывании между валками. Применение нового материала в приборостроении сократит использование металлов в 3 раза. Прочность корпусов не снижается, хотя они становятся легче в несколько раз. Но и это еще не все. Подмечено, что сандвичи хорошо гасят вибрации и поглощают шум. Именно это позволит применять их и на многих других производствах.
Многие, наверное, видели в кинофильмах о старом быте, как наши прабабушки делали пряжу — руками сучили волокно. Кстати, именно по такому принципу нитки делают и сейчас, только волокно скручивают машины.
«В ближайшем будущем этот процесс коренным образом изменится во всем мире!» — говорят болгарские изобретатели. Основание для такого утверждения есть — патенты в десятках стран, золотые медали и почетные дипломы многих международных ярмарок. На выставках в Испании и ФРГ болгарский метод, названный «Предима», получил титул передовой технологии. Значит, действительно сказано новое слово в текстильном деле.
Как же теперь предлагают делать нитки? Они не прядутся, а склеиваются. Пневматическое устройство засасывает волокна в узкий канал, где они вытягиваются в одну линию и после впрыска микродоз синтетической смолы скрепляются. Остается лишь растянуть их до нужного диаметра, высушить и смотать на шпули. Такая технология в 8 раз производительнее, чем прежние. Затраты энергии значительно меньше, обслуживающий персонал сокращается до минимума.
Есть и другие преимущества. Можно смешивать волокна любых видов и в любой комбинации — хлопок с синтетикой, шерстью, льном. Ткани из новых ниток получаются легкими, мягкими, красивыми. Изобретатели гарантируют 70 различных расцветок. Можно шить мужские костюмы, детские рубашки, спортивные комбинезоны, модные дамские кофточки.
В Софии уже работает комбинат по выпуску новых ниток и тканей из них. Изобретатели за большое достижение, прославившее страну, удостоены премии Димитровского комсомола.
Перед киевскими учеными была поставлена непростая задача: заменить в подшипниках скольжения дефицитную бронзу более дешевым металлом, но так, чтобы качество деталей стало выше. Решить эту задачу помогли композиты. Ученые взяли железный порошок, добавили к нему медь, графит, серу, все это смешали, спрессовали и спекли так, чтобы пористость достигала 23 процентов. После этого изделия смонтировали, заполнили поры синтетическим маслом и получили самосмазывающиеся узлы трения, к выпуску которых приступил Броварский завод порошковой металлургии.
Порошковая металлургия — самый подходящий метод для получения различных композиций с заранее заданными свойствами. Если, например, графит и серу добавить в расплав железа, то получится хрупкий обычный чугун. А вот перемешанные, спрессованные и спеченные порошки дают необыкновенный материал — композит. Он легче и дешевле бронзы. Энергетические затраты на его производстве минимальны. Антифрикционные свойства выше. Пористые подшипники работают в тяжелых условиях эксплуатации дольше, чем традиционные. Даже при температуре нагрева до 200 °C они не теряют свойств скольжения. В виде втулок и вкладышей они пригодны для комбайнов и кораблей, для токарных станков и прокатных станов.
Советскими учеными за последнее время изобретены десятки типов композиционных материалов. Удается сочетать то, что раньше считалось несочетаемым, например, металл с керамикой, полимеры со стеклом, бетон с арматурой из синтетики. Композиционными материалами являются токопроводящие пластмассы, лаки, защищающие металл от коррозии, электронагревательные элементы и многое другое. И еще больше их будет в начавшейся пятилетке. К примеру, уже готова к внедрению разработка киевских и московских ученых, предложивших легировать термопласты добавками полиамидов, благодаря чему прочность изделий резко повышается. Новый материал лучше выдерживает нагрузки на давление и разрыв. Повышается модуль упругости и другие полезные качества. Такой полимерный сплав может быть использован в сельскохозяйственном машиностроении, гражданской авиации, промышленности бытовых приборов.
В нашей стране много сельскохозяйственных районов, где весна наступает поздно. И перед учеными стояла задача создать стимулятор роста, который позволил бы семенам быстрее взойти, а растениям скорее зацвести, чтобы в теплый летний период набрать сил и к ранней осени дать добротный урожай.
И такой перспективный стимулятор, получивший название гибберсиб (гиббереллин сибирский) был создан учеными новосибирского академгородка. Над ним работали биологи, генетики, агрономы, полеводы. Он был проверен в Казахстане, Белоруссии, Молдавии, Поволжье, в' ряде областей Сибири. При расходе препарата всего 40 г/га, урожайность кормовых. трав и кукурузы на силос повысилась на 15–20 процентов, а проса — на 30–40 процентов. Показатели совсем неплохие… Гибберсиб благоприятна сказался и на получении ранней продукции помидоров, картофеля, капусты, огурцов. Государственная проверочная комиссия разрешила выпуск этого гормонального стимулятора, признав его огромное народнохозяйственное значение.
Высокая биологическая; активность гиббереллинов известна ученым давно. Эти органические вещества использовались главным образом селекционерами. Нужен был новый метод массового производства, дающий дешевую продукцию. И он был найден в ходе анализа старого метода. Обычный кристаллический стимулятор получают из микробиологической культуры специфических грибков. Это естественный продукт, выделяемый живыми организмами. Но оказалось, что в неиспользованных отходах после очистки есть аналогичные вещества, так сказать, побочные формы. Каждая из них в отдельности не имела ценности. Но в сумме эти вторичные гиббереллины оказались чрезвычайно полезными, а главное, очень выгодными экономически из-за большого выхода конечной продукции. Но еще важнее то, что сумма всех физиологически активных веществ дает комплексный эффект стимуляции роста и развития растений. Образно говоря, это своеобразные поливитамины, универсальное средство с широким спектром воздействия. Оно усиливает впитывание корнями удобрений, увеличивает в плодах количество витаминов и других полезных веществ, прибавляет растениям силы в борьбе с заболеваниями. И еще одно практическое преимущество — культурные растения повышают свою урожайность без лишнего потребления воды, и тут огромная экономия средств. В настоящее время мощное и в то же время тонкое средство широко исследуется с точки зрения пригодности при возделывании свеклы, люцерны, яровой пшеницы и других культур.
В современной технике наметилась тенденция использования все более высоких давлений. Без них невозможен синтез новых химических веществ. Огромные силы сжатия помогают химикам изменять структуру молекул и получать продукты с заранее заданными свойствами — новые лекарства, пластмассы, способные соперничать с металлами, ядохимикаты для сельского хозяйства, органические кислоты.
Еще в 1939 году советские ученые теоретически подсчитали, что давление свыше 50 тысяч атмосфер поможет создать искусственные кристаллические вещества — аналоги природных. И ныне уже действуют заводские установки сверхвысоких (критических) давлений, изготавливающие промышленные алмазы поточным методом. В нашей стране научились делать и другие кристаллические материалы, например, «эльбор», — нитрит бора, не уступающий алмазу по твердости. Он уже используется в металлообработке как режущий инструмент. В задачу этой пятилетки входит создание новых алмазоподобных материалов для обработки сплавов высокой прочности. Будут синтезироваться кристаллы, не встречающиеся в природе.
Сверхвысокие давления в наши дни пришли и в металлообработку. Ведь сейчас во многих отраслях широко используются твердые и сверхтвердые сплавы — материалы второй половины XX века. Они относятся к классу труднодеформируемых, обработать их токарным резцом или фрезой можно лишь с большими затратами времени и труда. Гораздо лучше с такой задачей справляется давление, то есть в данном случае штамповка.
На заводе «Тяжстанкогидропресс» создан самый мощный на сегодняшний день гидравлический молот принципиально нового типа. По высоте он с пятиэтажный дом. Гигант выполнен по самому последнему слову науки и техники. Скорость его рабочего органа достигает 20 метров в секунду (высота в 16 метров и понадобилась для того, чтобы разогнать этот орган до фантастической быстроты). С такой стремительностью он ударяет по заготовке и за долю секунды превращает ее в деталь сложной формы. При энергии столкновения до 1600 килоджоулей малопластичный сплав становится податливой массой и заполняет собой все пространство матрицы. Исполин работает быстро и отличается высокой точностью. Кроме того, при подобной ударной штамповке здесь отходов в четыре раза меньше, чем при фрезеровании. Значит, арифметика простая: молот из одной отливки сделает несколько деталей, а фрезерный станок лишь одну, а остальное у него уйдет в металлическую стружку. Словом, молот-гигант отвечает еще и современным требованиям малоотходной технологии.
Преимущества нового способа еще и в том, что при молниеносной скорости деформирования заготовки структура металла меняется в самую благоприятную сторону. В готовом изделии нет внутренних напряжений, в них не возникают усталостные трещины, а значит, их работоспособность повышается в несколько раз.
Не за горами время, когда роботы будут трудиться на каждом заводе и на каждой фабрике. Сейчас в мире их выпускают десятками тысяч за год. Еще двадцать лет назад даже самые смелые прогнозисты не могли предвидеть, что роботизация производств пойдет столь высокими темпами.
Каковы же рубежи современных индустриальных манипуляторов? Ныне одно поколение роботов быстро сменяет другое. Для них создаются более совершенные системы программирования — микропроцессорные блоки, повышающие гибкость роботов при обслуживании заводских участков, то есть их универсальность.
Очень часто удача ожидает инженера-конструктора, когда он решительно отказывается от установившейся традиции. Обычно робот монтируется на неподвижной станине. Дорогой автомат обслуживает один станок. Чтобы манипулировать деталями для группы станков, приходится удлинять «руку», делать ее из нескольких сочлененных звеньев. Совсем по другому пути пошли инженеры ГДР. Они придумали для робота рельсы и сделали его мобильным. Теперь, загрузив заготовки в один штамповочный пресс, он по программе продвигается к другому и переносит его готовую продукцию на конвейер, отправляющий детали на склад. Один манипулятор на колесах способен теперь трудиться около 6–8 металлообрабатывающих машин.
Над проблемой экономичности задумались болгарские изобретатели. «Рука» робота, приводимая в движение электромоторами или пневматикой, затрачивает энергию на подачу заготовки в рабочую зону станка и на возвращение в исходное положение. Теперь же придуман аккумулирующий элемент — эластичный узел. Когда «рука» несет деталь, автоматика тормозит ее в точке позиционирования. Энергия торможения запасается в упругом элементе и затрачивается затем на возвращение (практически бесплатно) назад. Эта оригинальная разработка запатентована.
Огромная задача перед конструкторами — научить манипуляторы распознавать форму деталей, сортировать их и отбирать непригодные. Захват («рука» робота) должен воспринимать и всю информацию о ходе технологического процесса, и вмешиваться в него для корректировки. Одним словом, заводской автомат следующего поколения желательно сделать адаптивным — оснастить его безошибочными органами зрения и осязания. Над этой проблемой успешно работают ученые и инженеры ВНР, ПНР и ЧССР. «Глазами» становятся объективы телевизионных установок, а захваты получают датчики, различающие детали по весу, плотности, конфигурации граней, и по некоторым показателям качества.
И еще: специалисты стран — членов СЭВ, в том числе и СССР, исходя из требований абсолютной безотказности роботов, трудятся над электронными системами самодиагностики. Автомат заблаговременно сообщит оператору о мельчайших неисправностях, назревающих в том или ином его узле.
В конце 1985 года была принята Комплексная программа научно-технического прогресса стран — членов СЭВ до 2000 года. Роботы новых поколений — одна из важнейших частей этой программы.
Основа научно-технического прогресса во всех отраслях народного хозяйства — это машиностроение. И в текущей пятилетке темпы роста выпуска станков и оборудования ускорятся примерно в два раза. Наша промышленность переходит на производство машин новых поколений: автоматов, роботов, агрегатов, использующих самые прогрессивные технологии и управляемые ЭВМ.
Ключевая роль тут отводится гибким автоматизированным производственным системам. За счет внедрения ГАПС производительность труда в машиностроении повысится в ряде случаев в четыре-восемь раз. А самое главное — период освоения в новой продукции сократится в десятки раз.
Действительно, важность такой гибкости самоочевидна. За последние 20 лет на повестку дня стало требование чаще сменять модели и модификации конечной продукции, непрерывно обновлять и повышать ее качества. Однако автоматические линии до сих пор создавались под конкретные серийные изделия. Они не отличались универсальностью, способностью к переналадке на новую серию машин и их узлов. Вот и стало необходимым новое слово в технике металлообработки — гибкие производственные линии, рассчитанные на самые различные виды продукции.
Что же такое ГАПС? Это комплекс станков-автоматов и обрабатывающих центров с ЧПУ и роботами, производящих токарную обработку, сверление, фрезерование, расточку, финишное шлифование. Они не только исполняют команды ЭВМ, но и сообщают ей по системе обратной связи о том, что уже сделано и как сделано. Тут происходит диалог между оператором и работающими станками.
Сама система станков в ГАПС составляется из автономных модулей, выполняющих обработку деталей различных конфигураций и размеров. В свою очередь, эти модули имеют блочную структуру — собираются из готовых стандартных и унифицированных узлов. Именно модульно-блочная конструкция ГАПС предопределяет их гибкость. Во-первых, они собираются быстро и перестраиваются на новые задачи тоже быстро. При каком-либо новом изобретении тут очень лег— ко строить новый модуль или блок и тем самым модернизировать автоматическую линию. Подобный принцип гибкости и позволит машиностроителям быстро осваивать и выпускать технические новинки.
Внедрение ГАПС началось в нашей стране в начале 80-х годов. Интересен опыт Ивановского станкостроительного ПО. Там разработаны станочные линии «Талка» для обработки до 100 видов корпусных деталей. Все процессы от подачи заготовки до отгрузки продукции автоматизированы. Каждая линия заменяет целый завод, способный быстро перестраиваться на новый вид изделий. Основа линии «Талка» — обрабатывающий центр с ЧПУ, манипуляторы, накопители заготовок, транспортеры продукции и автоматизированные склады. Обязательный компонент — инструментальная станция, меняющая по программе сверла, резцы и фрезы. Изменил программу — и можно начинать обработку новой детали новыми инструментами.
Сейчас уже около 20 объединений и заводов нашей страны — в Москве, Рязани, Куйбышеве, Ленинграде и других городах — перестраиваются на выпуск обрабатывающих центров токарных автоматов и гибких модулей для ГАПС. Ведутся научные и инженерные работы по включению в гибкие линии новых измерительных и диагностических средств, технологических лазеров, адаптивных манипуляторов и мобильных роботов-тележек для подачи тяжелых заготовок к станкам. Все это будет материальной базой новейших ГАПС для многих отраслей нашей промышленности.
Хорошо известна удивительная твердость алмазов. Благодаря этому физическому свойству в ряде случаев в современной промышленности алмаз просто незаменим. Он стал будничным приспособлением при обработке сверхтвердых сплавов. Без него теперь не сделаешь турбину., дизельный мотор, буровой инструмент, прокатный стан. Алмаз режет металл лучше, чем быстрорежущая сталь. Но как обрабатывать этот кристалл углерода, если сам он — эталон твердости?
Еще в глубокой древности мастера по обработке камней убедились, что алмаз можно обработать только алмазом.
Однако требования заводских технологов растут. Производству нужно все больше и больше разнообразных алмазных инструментов. И непревзойденную твердость кристалла следовало победить новейшим способом.
И вот в институте геологии Якутского филиала СО АН СССР родился уникальный прием, которому нет аналогов в мире. Назван он термохимическим способом обработки кристаллов. Ученые воспользовались свойством некоторых металлов при повышенных температурах растворять в себе атомы элемента № 6 таблицы Менделеева. Обработка здесь — это растворение алмаза, но постепенное и программируемое. В этом эффекте и заключается передовая технология, победа над непобедимым.
Для наглядности приведем пример, как в объеме кристалла получается шестеренка. Про такое можно сказать: «Этого не может быть!» Однако шестеренку из алмаза сделали. Для этого на поверхность кристалла поместили матрицу в виде шестеренки. Сделана она была из сплава железа с никелем, Все это поместили в камеру с водородной средой. При температуре около 1200 °C атомы углерода начинают диффундировать в металл, проходят через весь слой (его толщина 0,1 миллиметра) и вступают в реакцию с горячим водородом, с которым сам алмаз непосредственно не реагирует. При этом процессе верхний слой металла обезуглероживается, а нижний насыщается им. За счет этих явлений место контакта растворяется, матрица опускается вниз и образует в алмазе свою форму.
Новый способ обработки прост. Форма достигается сложная, а существенного технологического усложнения тут нет. Теперь появляется возможность взять несколько железных проволочек и разрезать ими алмаз в камере с водородом на тонкие параллельные пластинки, столь необходимые современным исследовательским приборам, хирургическим инструментам, электронным узлам ЭВМ, заводским техническим приспособлениям. При этом скорость термохимического распиливания в любом направлении примерно в пять раз выше, чем при старых механических приемах. И не только быстрее, но и с меньшими потерями сырья. Коэффициент использования дорогого кристалла резко повышается. При этом допустимо сперва разрезать, а потом и отшлифовать заготовку новым методом.
Совершенно понятно, что производительность зависит и от размеров камеры с водородом. Поставил туда, скажем, сотню кристаллов, и одновременно металлическими матрицами обрабатывается эта сотня под надзором бдительной автоматики.
Итак, появилась необычайно обнадеживающая возможность изготовления самых разнообразных рабочих инструментов из непреодолимого ранее камня. Например, алмазные полусферы для выглаживания поверхности узлов трения машин и механизмов. Механическое шлифование и полирование их весьма трудоемко. Если же применить якутский метод, то полусфера получается быстрее и точнее. Как рабочий инструмент, она уменьшит степень шероховатости поверхности деталей в 40 раз. Новый способ даст возможность придать граням алмазных резцов в буровых коронках такие углы, которые приведут к резкому повышению их рабочих способностей.