2 Применение пластмасс
2
Применение пластмасс
В начале 50-х годов в отечественном машиностроении общего и специального назначения активизируются работы по расширению области применения пластических масс, особенно в тех случаях, когда применение других материалов затруднено или невозможно (приборы высокочастотной техники, радиотехники, радиолокации, телевидения и пр.).
Особую роль в решении ряда специальных задач, связанных с внедрением новой техники, решают специфические свойства пластмасс, которыми они обладают в отличие от других материалов.
Пластические массы представляли собою новый конструкционный материал, обладающий малым удельным весом, высокими изоляционными свойствами, хорошо противостоящий коррозии и, как правило, не требующий механической обработки. Стойкость этого материала против коррозии позволяла решать новые проблемы химического машиностроения и производства.
Форсирование внедрения пластмасс в машиностроение диктовалось и большими их экономическими преимуществами. Практика машиностроения того времени показывала, что одна тонна пластических масс заменяла в среднем около трех тонн цветных металлов, освобождая их для использования в тех случаях, когда они не могут быть заменены другими материалами.
Применение пластмасс позволяло разрабатывать новые технологические процессы, исключающие дорогостоящую механическую обработку и обеспечивающие возможность замены пластмассами не только цветных, но и черных металлов.
Эти и другие положительные качества пластических масс достаточно глубоко проанализированы и освещены в докладах участников «Уральского совещания по проблемам развития промышленности пластических масс и их внедрения в машиностроение Урала» (арх. 3987-53), проведенного Уральским филиалом АН СССР в феврале 1953 года по инициативе Свердловского обкома ВКП(б) (Первый секретарь А.М. Кутырев).
На данном совещании по свойствам пластмасс и их использованию было заслушано 18 докладов представителей научных учреждений АН и предприятий промышленности, почти столько же по вопросам производства пластмасс.
Отработаны конкретные предложения по дальнейшему развитию производства и использованию пластмасс для представления Правительству страны. Всем заводам, выпускающим изделия из пластмасс, рекомендованы и конкретные отдельные технологии.
«Пластические массы как новые машиностроительные материалы открывают исключительно большие возможности в борьбе за снижение себестоимости машиностроительной продукции при одновременном снижении веса машин и улучшении их качества» — отмечается в материалах «Уральского совещания» (арх. 3987-53).
Широкое применение нашли пластмассы и в стрелковом оружии, в том числе и в производстве деталей автомата АКМ и его комплектующих изделий. Первые исследования были проведены в конце 50-х годов.
Проектирование первых пластмассовых деталей производилось в организации С.С. Розанова, там же производилось их изготовление, испытания и первые доработки. Подбор материалов и отработка технологий производились с участием института пластмасс имени Д.Г. Губарева.
Первые исследования лабораторий пластмасс B.C. Подмосковного и С. Е. Булденкова и вариантные конструкторские разработки показали возможность замены деревянных деталей автомата пластмассовыми (арх. 2663-59, арх. 2772-60).
Продолжение исследований расширило диапазон возможного применения пластмасс для изготовления деталей стрелкового оружия.
По автомату АКМ в начале 60-х годов представлялось возможным перевести на изготовление из пластмасс более 7 деталей, однако форсирование этих работ сдерживалось высокой стоимостью наиболее приемлемых по прочностным качествам термореактивных прессовых материалов (арх. 40–61, стр. 85), что существенно снижало экономические выгоды от внедрения пластмасс, получаемые за счет применения новых, более рациональных технологий.
Отраслевое Министерство вынуждено было обращаться в Госплан СССР с предложением по снижению отпускных цен на пластмассы.
Лидирующее положение при освоении пластмасс на АКМ занял магазин, несмотря на то, что работы по нему были начаты несколько позже по сравнению с деталями самого автомата.
Производство магазинов шло в больших количествах, а это предвещало и большие экономические выгоды по сравнению с другими деталями. Для изготовления корпуса магазина и подавателя стали применяться стеклопластики типа АГ-4В и АГ-4С светло-коричневого цвета.
Нужная прочность деталей из этих материалов, успешно конкурирующих с прессованной фанерой, обычной древесиной, а также с некоторыми видами сталей и сплавов, достигнута за счет стекловолокнистого наполнителя (арх. 822, 824-64, 66).
Повышению прочности способствовало также применение наиболее выгодной ориентации волокон материала при укладке его лент в процессе подготовительных операций перед прессованием.
Применение специальных прессформ при изготовлении корпуса магазина с зеркальным изображением его внутреннего и наружного профиля обеспечивало достаточную точность и стабильность получаемых размеров, что особенно важно было для внутренней полости магазина и его горловины.
Отсутствие технологических операций, свойственных изготовлению магазинов из листового металла (штамповка, сварка и пр.), делали технологию с применением пластмасс более рациональной и экономически выгодной.
Магазин с пластмассовыми корпусом и подавателем был легче стального примерно на 130 г и тяжелее варианта из алюминиевого сплава АМГ-5В на 20 г.
В ходе производственного освоения и отработки технологии прессования пластмассовый магазин дорабатывался в направлении повышения служебной прочности по нижней части корпуса и загибам («крыльям») приемника, а также повышения износоустойчивости внутренней передней стенки корпуса с устранением скалывания пластмассы от инерционного воздействия пуль патронов (арх. 1293, 1300, 1314-62 и 63-го г.).
Пластмассовый подаватель оказался прочнее, чем из алюминиевого сплава, который не обладал достаточной жесткостью и при работе деформировался.
Доработанными магазинами, изготовленными в организации С.С. Розанова, была укомплектована первая небольшая опытная партия автоматов с пластмассовыми деталями. Однако при дальнейшем изготовлении небольших серийных партий на корпусах магазинов стали встречаться поверхностные дефекты наподобие трещин, которые вначале и воспринимались как трещины, являясь одновременно и одним из браковочных признаков первых пластмассовых магазинов при их освоении в массовом производстве и приемке заказчиком.
Дальнейший ход производства показал, что указанные дефекты явились следствием неотработанности технологии прессования и при испытаниях таких магазинов на полную живучесть кажущиеся «трещины» не получали дальнейшего развития и не приводили к разрушению детали.
Приковывали к себе также внимание отдельные отступления по наружному состоянию пластмассы, возникающие при специальных лабораторных испытаниях (арх. 850-65) Так, например, после длительной выдержки в камере влажности магазины получали незначительное нарушение сплошности поверхностного смоляного слоя.
Многократные же проверки влияния этого фактора на служебные свойства таких магазинов показали, что они сохранялись на прежнем уровне. Замеченные в ходе изготовления и испытаний реальные и кажущиеся дефекты, являющиеся во многих случаях неизбежным спутником технологии, порождали сомнение в отношении достаточности служебной прочности таких магазинов и их эксплуатационной долговечности для длительной войсковой службы.
Неясность степени риска являлась тормозным фактором при приемке магазинов представителем заказчика. Пластмассовый магазин по сравнению с изготовленным из металла требовал новых подходов к оценке своего выходного качества и эксплуатационных возможностей с учетом свойств нового материала и специфических особенностей новой технологии.
Все сомнения были разрешены войсковыми испытаниями. Одновременно с этим после трехлетней войсковой эксплуатации выявлена недостаточная износоустойчивость крыльев магазина (нижней поверхности загибов приемника), связанная, очевидно, не столько со стрельбой, сколько с частыми расснаряжениями магазинов, что является обычным правилом при несении каждодневной боевой службы с автоматом.
Значительный износ внутренней поверхности загибов приемника приводил к тому, что последний патрон не поджимался к ним подавателем и при легком встряхивании магазина выпадал из него. Других замечаний, препятствующих постановке пластмассового магазина на массовое производство, у войск не было.
Первые попытки упрочнения крыльев магазина были связаны с поисками лучшего способа повышения их износоустойчивости за счет армирования поверхности более стойким к износу материалом. Проверялось армирование специальной стеклотканью Т-91, пропитанной смолой Р2М, тремя слоями шифона по всей поверхности крыльев, а также с помощью стальных пластин различной толщины, впрессованных в пластмассу (арх. 890-70 и 1459-71).
По результатам испытаний наиболее эффективным и приемлемым с технологической точки зрения оказалось армирование стальной пластиной толщиной 0,8 мм. Эксплуатационная долговечность магазина повысилась при этом более чем в 4 раза, что признано вполне достаточным.
В целях обеспечения прочного удержания пластин в магазине в них по предложению Б.Ф. Файзулина пробивались отверстия с рваными бахромистыми краями, которые после прессования оказывались проглубленными в пластмассу.
Разработчиками магазина внесено также предложение для войсковых служб по ремонту изношенных магазинов за счет под фрезеровки подавателя по месту упора в ограничитель (арх. 1440-70).
Доработанные магазины прошли многочисленные испытания в различных эксплуатационных условиях, включая многократные большие перепады температур. По эксплуатационным свойствам они не уступали магазинам, изготовленным из алюминиевых сплавов и из стали, а по служебной прочности корпуса даже превосходили их (арх. 1385-67).
Оценив доработку пластмассового магазина по результатам испытаний в различных организациях, ГАУ одобрило его для массового производства и комплектации автоматов, поступающих в войсковую эксплуатацию. Незаконченность некоторых доработок (отслоение пластмассы по месту удара пуль в переднюю стенку, трещины на загибах приемника и пр.) предложено завершить в процессе массового производства.
Наиболее приемлемьм цветом магазина согласно рекомендациям полигона признан черный или темно-коричневый. Но это пожелание получило практическую реализацию несколько позже, с переходом на другую пластмассу и в другую технологию. Сейчас же магазин, изготовляемый прессованием, имел неоднородный бежевый цвет в сочетании светлых и темных тонов.
Прессованный из стекловолокнита пластмассовый магазин, созданный объединенными усилиями творческих коллективов предприятий промышленности и научных учреждений, стал основным комплектующим изделием автомата АКМ. Согласно производственной индексации, как и магазин из легкого сплава, он выделен в самостоятельное изделие.
Пластмасса как конструкционный материал с высокими электроизоляционными свойствами была использована также для изготовления монолитной рукоятки ножа-штыка и цельной ножны, используемой в паре с ножом при резке проволоки и проводов, находящихся под напряжением.
Конструкторами Мельниковым и Кутергиным первоначально была разработана цельная рукоятка ножа из волокнита (арх. 50–61, стр. 152), являющаяся основной несущей деталью, воспринимающей собою все нагрузки при действии ножом как штыком. В дальнейшем волокнит был заменен более прочным материалом — стекловолокнитом АГ-4С.
В прежней конструкции рукоятки надежной электроизоляции не обеспеспечивалось, так как на конце стержня ножа крепился металлический наконечник, недостаточно закрытый щечками рукоятки при охвате ее рукой. Недостаточную электроизоляцию обеспечивали и сами щечки с клеевым креплением в случае образования эксплуатационных дефектов.
В новой конструкции нож и наконечник с защелкой раздельно закреплены в рукоятке. Нож закреплен в пластмассе рукоятки с обеспечением некоторой свободы бокового прогиба, наконечник крепится на заднем торце рукоятки винтом, который впоследствии заменен пластмассовой пробкой. Нож и наконечник разделяет слой пластмассы, чем и обеспечивается электроизоляция.
Но этого мероприятия оказалось недостаточно. При эксплуатации ножа в паре с металлической ножной, недостаточная электроизоляция была по съемному резиновому наконечнику. По отзывам войск (арх. 213-63, стр.37) резина наконечника под воздействием затекающей под нее смазки разлагается и разрушается с одновременным ухудшением электроизоляционных свойств. В связи с этим была разработана цельная монолитная пластмассовая ножна из стекловолокнита. В нее впрессован резак с осью для сборки с ножом при резке проволоки. Штык-нож с монолитной рукояткой и пластмассовой ножной был принят для массового производства и снабжения войск. На заключительном этапе совершенствования технологии отработана операция прессования рукоятки вместе с ножом и наконечником.
По самому автомату в бытность АКМ в массовое производство была внедрена только волокнитовая рукоятка в варианте автомата с деревянным прикладом. В варианте складного металлического приклада сохранялась деревянная рукоятка, так как пластмассовая, будучи незащищенной при сложенном прикладе, независимо от вида и качества ее материала не обладала достаточной служебной прочностью.
Замена разборных деревянных деталей автомата пластмассовыми проходила несколько сложнее, чем разработка и освоение в производстве монолитных неразборных узлов, состоящих из металлических и пластмассовых деталей. Конструкторские и технологические трудности были обусловлены не только сложностями монтажа и сборки деталей, изготовленных из разных по механическим свойствам и износоустойчивости материалов.
Необходимо было также учитывать и специфические свойства пластмасс, связанные с повышенной по сравнению с деревом теплопроводностью данного материала. Это вынуждало предпринимать необходимые конструкторские меры по исключению влияния указанного фактора на эксплуатационные качества оружия.
В связи с этим пластмассовым цевью и ствольной накладке были приданы наиболее выгодные конструктивные формы, обеспечивающие наименьшую восприимчивость теплоотдачи ствола и одновременно минимальное тепловое воздействие этих деталей при охвате их рукой.
Конструктивная форма деревянных деталей в пластмассовом исполнении не в полной мере удовлетворяла этим требованиям.
По цевью в качестве термоизолятора применен отражательный металлический экран. По прикладу отрицательную роль играла уже повышенная «холодопроводимость» пластмассы, которая ухудшала эксплуатационные удобства, а в отдельных случаях и возможности ведения точной прицельной стрельбы в морозных условиях.
Требования по устранению этого недостатка в некоторой мере предъявлялись и к металлическому складному прикладу, являющемуся по своей массе худшим аккумулятором тепла или холода по сравнению с пластмассовым.
Первые полигонные испытания в конце 50-х годов (арх. 2772-60, стр. 168) выявили в целом удовлетворительные эксплуатационные характеристики автоматов с пластмассовыми деталями.
Требовалось повышение прочности стекловолокнитового (АГ-4В) приклада. В дальнейшем этот материал был заменен на более прочный (АГ-4С) не только по прикладу, но и по другим деталям.
Лучшим из других проверявшихся прессматериалов был сыпучий дозирующийся стекловолокнит (ДСВ), однако он не во всех случаях обеспечивал необходимую служебную прочность деталей, и в первую очередь, приклада.
В целях облегчения внутренняя полость стекловолокнитовых деталей заполнялась более легким материалом — пенопластом ФК-20 или стеклотканью ССТЭ-9. Это давало и повышение прочности деталей по сравнению с отсутствием в полости заполнителя. Затыльник приклада изготовлялся из стеклотекстолита СТЭФ. Была неудачная попытка изготовлять затыльник из алюминиевого сплава АМГ методом объемной штамповки.
Хорошей прочностью обладали капроновые подаватели магазина, они даже рекомендовались для замены алюминиевого сплава, не обеспечившего необходимой жесткости детали и отсутствие ее деформации при работе (арх. 1321-64). Но этой замены не произошло.
Подаватель, как и запорную планку, изготавливали из стали в целях обеспечения унификации со стальным магазином. Таким образом, все разборные детали в пластмассовом корпусе магазина оказались стальными.
В технологии изготовления крышки магазина упразднена термообработка в целях исключения срезания фиксирующего выступа запорной планки. Отпала при этом и необходимость правки детали, связанной с ее короблением при закалке.
Автомат с пластмассовыми деталями по сравнению с образцом, укомплектованным магазином из алюминиевого сплава, прибавил в весе около 80 г. Учитывая, какое значение придавалось ГАУ отработке легкосплавного магазина в целях максимального уменьшения весовой оружейной нагрузки автоматчика, разработчикам пластмассовых деталей было над чем подумать: как и за счет чего компенсировать увеличение веса автомата, связанное с применением пластмасс. Не последнюю роль здесь играл удельный вес выбранного материала. Но не только разница в удельном весе металлических и неметаллических материалов и колебания в значениях других характеристик определяли выигрыш или проигрыш, полученный в общей весовой характеристике окончательно собранного автомата и его комплектующих.
Пластмассовые детали в связи с неравноценностью изготовляемым из металла, в особенности из стали, по эксплуатационному износу и механической прочности отдельных мест, воспринимающих ударные нагрузки и подвергающихся износу, имеют немало «пристроечной» металлической арматуры армирующего и упрочняющего назначения, которая отчасти «съедает» чистый весовой выигрыш, даваемый пластмассой. Это металлические затыльник приклада и армировка пенального отверстия, металлический экран цевья, стальные зацепы магазина и металлическая армировка по внутренней его полости в местах, подвергающихся интенсивному износу.
Многие вопросы, касающиеся повышения эксплуатационных характеристик автомата, в металлическом исполнении деталей могли решаться существенно проще, чем в комбинации с пластмассами.
В целях компенсации увеличения веса магазина, связанного с введением стальных разборных деталей, произведено облегчение его корпуса за счет упразднения ребра, что в технологии обеспечило более равномерный процесс полимеризации прессматериала (инв. 5066-70).
В середине 60-х годов большая партия автоматов с пластмассовыми деталями была разослана по различным климатическим зонам страны для испытаний длительным хранением в складских условиях в целях проверки устойчивости прочностных свойств пластмассовых изделий. Периодически производились их испытания специальными комиссиями с участием разработчиков и представителей производства.
Одновременно с этим в исследовательских научных учреждениях и на предприятиях промышленности продолжались поиски более технологичных пластмасс, пригодных для изготовления всех деталей оружия, намеченных к переводу на пластмассы.
Главным направлением поиска были литьевые пластмассы (арх. 1385-67), применение которых резко снижает трудоемкость изготовления изделий и позволяет автоматизировать технологию.
Из всех проверявшихся материалов по прочностным качествам и технологичности лучшим оказался литьевой стеклонаполненный полиамид ПА6-211-ДС. После широких испытаний готовых изделий этот материал согласно совместному решению промышленного и военного ведомств в начале 80-х годов стал внедряться в массовое производство (арх. 1863-79; арх. 1883-82).
Цвет всех пластмассовых деталей стал одинаковым, темно-коричневым, что удовлетворяло прежние пожелания в отношении улучшения эстетики пластмассового внедрения в конструкцию оружия по обеспечению наиболее выгодного сочетания цветовых тонов пластмассовых и металлических деталей.
Но были еще автоматы, которые имели другой единый цвет пластмассовых деталей — зеленый. Детали изготовлялись прессованием из стекловолокнита, предварительно окрашенного в зеленый цвет специальным красителем.
Такие автоматы изготовлялись в небольших количествах. С участием автора данной системы они вручались лучшим воинам пограничникам — победителям в соревновании за отличное несение боевой службы (арх. 405-68).