От нем. Linse, от лат. lens - чечевица.

Прозрачное тело, ограниченное двумя поверхностями, преломляющими световые лучи; является одним из основных элементов оптических систем. Наиболее употребительны Л., обе поверхности которых обладают общей осью симметрии, а из них - Л. со сферическими поверхностями, изготовление которых наиболее просто. Менее распространены Л. с двумя взаимно перпендикулярными плоскостями симметрии; их поверхности цилиндрические или тороидальные. Таковы Л. в очках, предписываемых при астигматизме глаза, Л. для анаморфотных насадок и т. д.

Материалом для Л. чаще всего служит оптическое и органическое стекло. Специальные Л., предназначенные для работы в ультрафиолетовой области спектра, изготовляют из кристаллов кварца, флюорита, фтористого лития и др., в инфракрасной - из особых сортов стекла, кремния, германия, флюорита, фтористого лития, йодистого цезия и др.

Описывая оптические свойства осесимметричной Л., обычно рассматривают лучи, падающие на неё под малым углом к оси, составляющие т. н. параксиальный пучок лучей. Действие Л. на эти лучи определяется положением её кардинальных точек - т. н. главных точек Н и H', в которых пересекаются с осью главные плоскости Л., а также переднего и заднего главных фокусов F и F' (см. рис. 1). Отрезки HF = f и H'F' = f' наз. фокусными расстояниями Л. (в случае, когда среды, с которыми граничит Л., обладают одинаковыми показателями преломления, f всегда равно - f-); точки О пересечения поверхностей Л. с осью называются её вершинами, расстояние между вершинами - толщиной Л.

Рис. 1

Геометрические величины, характеризующие отдельные Л. и системы Л., принято считать положительными, если направления соответствующих отрезков совпадают с направлением лучей света На рис. 1 лучи проходят через Л. слева направо, и так же ориентирован отрезок H'F'. Поэтому здесь f- > 0, a f < 0.

Преломления на поверхностях Л. изменяют направления падающих на неё лучей. Если Л. преобразует параллельный пучок в сходящийся, её называют собирающей; после прохождения рассеивающей Л. параллельный пучок превращается в расходящийся. В главном фокусе F' собирающей Л. пересекаются лучи, которые до преломления были параллельны её оси. Для такой Л. f- всегда положительно. В рассеивающей Л. F' - точка пересечения не самих лучей, а их воображаемых продолжений в сторону, противоположную направлению распространения света. Поэтому для них всегда f < 0. В частном случае тонких Л. внешнее отличие собирающих и рассеивающих Л. заключается в том, что у первых толщина краев меньше толщины в центре Л., у вторых - наоборот.

Мерой преломляющего действия Л. служит её оптическая сила Ф - величина, обратная фокусному расстоянию (Ф = 1/f-) и измеряемая в диоптриях (м^-1). У собирающих Л. Ф > 0, поэтому их ещё именуют положительными. Рассеивающие Л. (Ф < 0) называются отрицательными. Употребляют и Л. с Ф = 0 - т. н. афокальные Л. (их фокусное расстояние равно бесконечности). Они не собирают и не рассеивают лучей, но создают аберрации (см. Аберрации оптических систем) и применяются в зеркально-линзовых (а иногда и в линзовых) объективах как компенсаторы аберраций.

Л., ограниченная сферическими поверхностями. Все параметры, определяющие оптические свойства такой Л., могут быть выражены через радиусы кривизны r₁ и r₂ её поверхностей, толщину Л. по оси d и показатель преломления её материала n. Например, оптическая сила и фокусное расстояние Л. задаются соотношением

(1)

Радиусы r₁ и r₂ считаются положительными, если направление от вершины Л. до центра соответствующей поверхности совпадает с направлением лучей (на рис. 1 r₁ > 0, r₂ < 0). Следует оговорить, что формула (1) верна лишь применительно к параксиальным лучам. При одной и той же оптической силе и том же материале форма Л. может быть различной. На рис. 2 показано несколько Л. одинаковой оптической силы и различной формы. Первые три - положительны, последние три - отрицательны. Л. называется тонкой, если её толщина d мала по сравнению с r₁ и r₂. Достаточно точное выражение для оптической силы такой Л. получают, отбрасывая второй член в (1).

Рис. 2

Положение главных плоскостей Л. относительно её вершин тоже можно определить, зная r₁, r₂, n и d. Расстояние между главными плоскостями мало зависит от формы и оптической силы Л. и приблизительно равно . В случае тонкой Л. это расстояние мало и практически можно считать, что главные плоскости совпадают.

Когда положение кардинальных точек известно, положение изображения оптического точки, даваемого Л. (см. рис. 1), определяется формулами:

x·x' = f·f' = -f'²,

(2)

где V - линейное увеличение Л. (см. Увеличение оптическое), l и l' - расстояния от точки и её изображения до оси (положительные, если они расположены выше оси), х - расстояние от переднего фокуса до точки, x' - расстояние от заднего фокуса до изображения. Если t и t' - расстояния от главных точек до плоскостей предмета и изображения соответственно, то (т. к. х = t - f, x' = t- - f-):

f'/t- + f/t = 1

или

1/t- - 1/t = 1/f- (3).

В тонких Л. t и f можно отсчитывать от соответствующих поверхностей Л.

Из (2) и (3) следует, что по мере приближения изображаемой точки (действительного источника) к фокусу Л. расстояние от изображения до Л. увеличивается; собирающая Л. даёт действительное изображение точки в тех случаях, когда эта точка расположена перед фокусом; если точка расположена между фокусом и Л., её изображение будет мнимым; рассеивающая Л. всегда даёт мнимое изображение действительной светящейся точки (подробнее см. в ст. Изображение оптическое).

Лит.: Элементарный учебник физики, под ред. Г. С. Ландсберга, 6 изд., т. 3, М., 1970; Тудоровский А. И., Теория оптических приборов, 2 изд., т. 1, М. - Л., 1949.

Г. Г. Слюсарев

Листовое штампование, изготовление полуфабрикатов, деталей и готовых изделий из листовых металлических заготовок деформированием их под действием давления.

Л. ш. возникла много столетий назад как способ изготовления одинаковых по форме и размерам деталей домашней утвари, украшений, оружия. Техническое и производственное совершенствование Л. ш. получила во 2-й половине 19 в. в связи с массовым производством деталей вооружения, посуды (керосиновых ламп) и др. предметов. Совершенствование технологии Л. ш. обеспечивало значительное увеличение производительности и улучшение эксплуатационных показателей деталей. В начале 20 в. Л. ш. сыграла исключительную роль в автомобилестроении (особенно и изготовлении кузовов); в 30-е гг. - в авиа- и судостроении и производстве бытовых машин; в 50-е гг. - в ракетостроении. Детали, полученные Л. ш., обладают высокой прочностью при относительно небольшой массе и отличаются рациональностью форм. Благодаря использованию пластических материалов Л. ш. позволяет получать и сложные по форме тонкостенные детали, и массивные прочные детали, которые не могут быть получены иным способом (например, Л. ш. можно изготовить стрелку ручных часов и пятиметровый лонжерон грузового автомобиля). Л. ш. деталей в сочетании со сваркой позволяет производить неразъемные узлы практически неограниченных размеров (в вагоностроении, судостроении).

В качестве заготовок используют ленту, полосу, лист. Штампуют обычно холодные заготовки. При малой пластичности материала или при недостаточной мощности оборудования штампуют горячие заготовки. Основные операции Л. ш. - разделительные и формоизменяющие. В результате разделительных операций деформируемая часть заготовки разделяется при сдвиге материала по заданному контуру; к ним относятся отрезка, разрезка, вырубка, пробивка, проколка, обрезка, надрезка и зачистка. В формоизменяющих операциях деформированная часть заготовки изменяет свои формы и размеры, материал перемещается без разрушения; к ним относятся гибка, скручивание, навивка, раздача, обжим, отбортовка, вытяжка, рельефная формовка и др.

Л. ш. осуществляют в штампах, состоящих, как правило, из неподвижной и подвижной половин, несущих рабочие части (матрицу и пуансон), при сближении которых помещенная между ними заготовка деформируется (см. рис. 1). Половины штампов закреплены в прессе. Неподвижная половина - на столе, подвижная - в ползуне (исполнительном механизме). Рабочие части штампов изготовляют из инструментальных сталей; при мелкосерийной штамповке деталей из алюминия и др. мягких материалов применяют различные заменители (пластмассы, прессованную древесину и др.).

Рис. 1 - Схема установки заготовки при листовой штамповке в вырубном штампе: 1 - штамп; 2 - матрица; 3 - пуансон; 4 - пуансонодержатель; 5 - верхняя плита; 6 - заготовка; 7 - вырубленная деталь

Для удешевления производства при малом объёме Л. ш. деталей (особенно крупногабаритных) матрицу изготовляют из чугуна, стали или бетона, а пуансон заменяют водой или др. жидкостью, находящейся в контейнере, расположенном на матрице над заготовкой. В результате взрыва порохового заряда в воде создаётся давление на листовую заготовку и происходит её деформация по форме матрицы. Этот метод назван взрывным тампованием. Используют также электрический разряд, действие которого на воду передаётся заготовке, - метод электролитической штамповки. Заготовки можно штамповать в штампе, который имеет одну рабочую часть (матрицу или пуансон). В этом случае для создания давления на заготовку используют разряд высоковольтных конденсаторов, в результате которого создаётся мощное быстроменяющееся магнитное поле, - метод электромагнитной штамповки (см. Кузнечно-штамповочное производство).

Точность деталей, полученных Л. ш. (по большинству операций), оценивается 3-4-м классом, отдельные операции - зачистка, специальные приёмы вырубки и пробивки, вытяжка с утонением, калибровка обеспечивают 2-й класс. При холодной Л. ш. качество поверхности листовых заготовок в большинстве случаев сохраняется, поэтому при штамповке из холоднокатаных материалов чистота поверхностей деталей - 6-8-го класса. Удельная прочность, характерная для заготовок из проката, после Л. ш. не понижается, а, напротив, в результате некоторых формоизменяющих операций вследствие сопутствующего им упрочнения материала повышается.

Стоимость деталей в основном слагается из стоимости материала и издержек на их изготовление. При Л. ш. стоимость металлов в среднем составляет 80-85%, а издержки на изготовление - 15-20%. Разнообразие методов штамповки, применение различных по конструкции штампов (специальных и универсальных) и использование соответствующих материалов для их изготовления обеспечивают рентабельное производство одних и тех же деталей Л. ш. при любом объёме выпуска. Л. ш. - высокопроизводительный процесс, например на прессах с усилием 1 Мн (100 тс) при работе с ручной подачей заготовок из ленты часовая производительность составляет 600-800 деталей, а с валковой подачей - 3000-4000 и более.

Т. о., Л. ш. обеспечивает сведение сложных процессов производства к более простым (удары пресса), стабильную точность штампуемых деталей, изготовление деталей небольшим числом операций и переходов, низкие издержки производства, сохранение и в отд. случаях увеличение удельной прочности материала заготовки, низкую стоимость инструмента-штампа. Методами Л. ш. получают детали и готовые изделия для многих отраслей народного хозяйства: приборостроения и судостроения, автомобильной и авиационной промышленности, часового производства и т. д.

Для дальнейшего совершенствования Л. ш. необходимы: более полная механизация и автоматизация мелкосерийного производства, применение автоматических линий прессов в массовом производстве, повышение стойкости и быстросменности штампов, повышение эффективности использования прессового оборудования, увеличение скорости деформирования в формообразующих операциях, снижение расхода металла.

Лит. : Мещерин В. Т., Листовая штамповка. Атлас схем, 2 изд., М., 1958; Исаченков Е. И., Штамповка резиной и жидкостью, 2 изд., М., 1967.

В. Т. Мещерин

Листы, широкие листовые полосы и рулоны из металлов, получаемые прокаткой.

Из некоторых металлов (алюминий, свинец, медь и т.д.) прокатывается фольга. Особый вид Л. м. - биметаллические листы, получаемые одновременно прокаткой пакетов из двух заготовок различных металлов.

Листопрокатный стан, агрегат, состоящий из системы машин и устройств для выполнения всех технологических операций при прокатке металлических листов.

Различают Л. с. толстолистовые (горячей прокатки) и тонколистовые (горячей и холодной прокатки, в том числе широкополосные). См. Прокатный стан.

Изготовляются из листового металла (стали и алюминиевых сплавов). Л.к. применяются для сооружения ёмкостей различного назначения (резервуаров, газгольдеров, бункеров), кожухов доменных печей, трубопроводов, дымовых труб, элементов зданий.

Л.к. выполняются в виде оболочек (при сооружении ёмкостей) или полотнищ и пространственных покрытий (в ограждающих конструкциях зданий). Выбор рациональной формы Л. к. обеспечивает их работу на растяжение при действии нагрузок, т. е. позволяет наиболее полно использовать прочностные свойства металла. Для резервуаров, газгольдеров и т. п., испытывающих внутреннее давление, эффективны в конструктивном отношении шаровые (см. рис. 1), цилиндрические, каплевидные оболочки, изготовляемые обычно из стали повышенной прочности. Алюминиевые сплавы применяются с целью повышения коррозионной стойкости Л.к., а также при эксплуатации их в условиях низких температур (например, в резервуарах для сжиженных газов). Использование алюминиевых сплавов для изготовления Л.к. зданий (стеновых ограждений, подвесных потолков, кровельных конструкций, пространственных покрытий и др.) обусловлено необходимостью снижения веса и улучшения архитектурных и эксплуатационных качеств сооружаемых объектов. Для уменьшения объёма монтажных работ при сооружении ёмкостей применяется метод рулонирования: сваренные на заводе из отдельных листов полотнища свёртываются в рулоны, удобные для транспортировки; на строительной площадке они разворачиваются с помощью специальных механизмов и устанавливаются в проектное положение с последующей сваркой соединительных швов.

Рис. 1 Монтаж листовых конструкций шарового резервуара

Лит.: Лессиг Е. Н., Лилеев А. Ф., Соколов А. Г., Листовые металлические конструкции, М., 1970; Алюминиевые конструкции, под ред. С. В. Тарановского и В. И. Трофимова, в. 4, М., 1970.

С. В. Тарановский

Машина для гибки и правки металлических листов и полос.

Л. м. с поворотной гибочной балкой предназначены для изготовления методом холодной гибки по прямолинейному контуру деталей различных профилей, труб на оправке, образования кромок, замкнутых контуров, для правки листового материала и т. д. На станине машины расположены поворотная и гибочная балки. Гибка осуществляется при повороте гибочной балки. Поворотная балка прижимает деталь и может перемещаться в зависимости от толщины изделия и радиуса гибки. Привод машин - механический или гидравлический. На таких машинах изгибают заготовки толщиной от 0,8 до 5 мм.

Ротационные валковые Л. м. служат для гибки и правки элементов котлов, сосудов высокого давления, конвертеров и др., а также труб диаметром св. 400 мм. Формообразование изделий на таких машинах происходит при одновременном перемещении заготовки между деформирующими валками и при её поперечном изгибе. Валки расположены обычно горизонтально. Выпускаются трёхвалковые машины с симметричным и асимметричным расположением валков (рис. 1а, б) и четырёхвалковые (рис. 1в). На валковых Л. м. изгибают заготовки толщиной от 1 до 150 мм как в холодном, так и в горячем состоянии (при толщине листов св. 50 мм); скорость гибки 3-8 м/мин.

Рис. 1 Схема гибки на ротационной листогибочной машине: а - трёхвалковой симметричной; б - трёхвалковой асимметричной; в - четырёхвалковой.

Лит.: Мошнин Е. Н., Гибка и правка на ротационных машинах, 2 изд., М., 1967.

О. Л. Солодухо

Технологическая машина, применяемая в прокатном производстве для выравнивания поверхности листовой стали.

Л. м. разделяют на роликовые (валковые), наиболее распространённые, и растяжные. Роликовые Л. м. предназначены для правки тонких и толстых листов в горячем и холодном состоянии, а растяжные - главным образом для правки в холодном состоянии тонких листов (стальных и из цветных металлов), к качеству которых предъявляют повышенные требования. Процесс правки основан на упругопластическом знакопеременном изгибе листа приводными роликами, расположенными в рабочей клети в 2 ряда в шахматном порядке. Точность правки зависит от шага роликов (большой шаг не обеспечивает требуемой точности), размеров и числа их (чем больше роликов, тем выше точность). Обычно число правильных роликов колеблется в пределах 7-23; большинство современных Л. м. имеют, кроме правильных, опорные ролики. Скорость правки зависит от толщины листа и составляет 0,1-6 м/сек.

Процесс правки на растяжных Л. м. основан на создании в листе напряжений, близких к пределу текучести, растягивающим усилием. Растяжная Л. м. состоит из станины, двух зажимных головок, механизма передвижения рабочей головки и привода. Широкое распространение находит растяжная Л. м. с гидравлическим приводом рабочей головки.

Получил применение также комбинированный способ непрерывной правки полос - изгибом и натяжением. Изгиб осуществляется в Л. м., а натяжение - в устройствах с роликами большого диаметра, расположенных по обе стороны Л. м.

1) Твёрдая сталь, прошедшая в процессе производства через жидкое состояние и разлитая при этом в изложницы (для получения слитков) или литейные формы (при производстве отливок). Л. с. противопоставляется стали, которую получали прежде науглероживанием сыродутного, кричного или пудлингового железа, а также современным железоуглеродистым металлокерамическим материалам, изготовляемым спеканием металлических порошков (см. Порошковая металлургия). Древнейший способ получения Л. с. - тигельная плавка металлов. Во 2-й половине 20 в. почти вся производимая в мире сталь является Л. с., выплавленной в кислородных конвертерах, мартеновских печах, дуговых печах и др. плавильных агрегатах;

2) Сталь, которая в процессе технологического цикла обработки не подвергается пластической деформации.

Приспособление, предназначенное для получения в литейной форме рабочей полости будущей отливки.

Л. м. является, как правило, частью модельного комплекта. Л. м. могут быть неразъёмными (для простых по конфигурации отливок) или же состоять из двух и более частей. В индивидуальном производстве их изготавливают из дерева или пластмасс, в массовом и крупносерийном - из металла и пластмасс. При получении отливок методом литья по выплавляемым или газифицируемым моделям применяют разовые Л. м. из легкоплавкого состава или пенопласта.

Форма, применяемая в литейном производстве для получения отливок.

В Л. ф. заливают расплавленный материал (металлический или каменный). Материалами для изготовления Л. ф. служат кварцевый песок, бентонит, глина и др. (см. Стержневая смесь, Формовочная смесь), а также металлы (см. Литьё в кокиль, Литьё под давлением).

Отливка получается в результате заполнения полости литейной формы расплавленным жидким металлом. После заливки жидкий металл охлаждается в форме и затвердевает, образуя отливку.

В настоящее время до 75% отливок получают в песчаных формах; порядка 20% - в металлических формах (кокилях) и 5% - другими способами литья (под давлением, центробежное, по выплавляемым моделям и др.)

Рис. 1 Последовательность технологического процесса изготовления отливки

1- втулка; 2- модель со знаками; 3- стержень; 4- стержневой ящик

Рис. 2 Последовательность технологического процесса изготовления отливки чугунной втулки:

Литейный цех машиностроительного завода имеет следующие участки: модельный, формовочный, плавильный и очистной.

Последовательность технологического процесса изготовления отливки чугунной втулки представлена на рисунках 1,2. Сначала на подоночном щитке 9 в опоке 8 формуют нижнюю половину модели 2 (рис. 2). Затем опоку с нижней полумоделью переворачивают на 180⁰, устанавливают вторую половину модели литниковой системы 14-17, засыпают формовочную смесь в верхнюю опоку и уплотняют ее (рис. 1). При изготовлении литейной формы применяется разнообразный формовочный инструмент.

После этого снимают верхнюю опоку, извлекают половины модели, устанавливают стержень 3 и соединяют полуформы 6,7 (рис. 2). Опоки соединяют скобами 12. Для точной сборки формы опоки 8 имеют специальные втулки 10, в которые входят центрирующие штыри 11.

Б.П. Сафонов