ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
В заготовительных цехах применяют весьма разнообразные инструменты и приспособления, которые в основном можно подразделить на нормальные и специальные.
Нормальный инструмент самолетные заводы обычно не изготовляют, а приобретают на стороне. К специальному инструменту, изготовляемому самолетостроительными заводами, относятся плазы, шаблоны, штампы, ножи к специальным ножницам и т. п.
Инструмент и приспособления изготовляют по контурным шаблонам.
Штампы служат для обработки материала давлением. В зависимости от назначения их делят на штампы для холодной и горячей штамповки. Штампы для холодной штамповки в зависимости от характера выполняемой обработки, делят на просечные, гибочные, вытяжные, калибровочные, комбинированные и другие, весьма разнообразных конструкций.
Наибольшее распространение в самолетостроительной промышленности получают так называемые быстросъемные пластинчатые штампы.
Фиг. 99. Посадочный станок Гавриленко. Фиг. 100. Выколоточный молоток. |
Конструкции вырубных пластинчатых штампов отличаются чрезвычайной простотой. Стандартизованный вырубной штамп состоит из стальной матрицы толщиной 5—6 мм, привинченной к более толстому основанию, изготовленному из простой углеродистой стали; к такому же верхнему основанию — ггуансонодержателю—привинчивают пуансон той же толщины, что и матрица. Для направления пуансона служат две колонки. Во время работы штамп не прикрепляют к столу пресса. При вынимании деталей из матрицы штамп снимают из-под пресса.
Имеются и более совершенные конструкции вырубных быстросъемных пластинчатых штампов для одновременного вырезания контура и пробивания отверстия, причем для удаления отходов и вынимания деталей на пуансон и в полость матрицы закладывают резину, служащую выталкивателем и съемником (фиг. 101). Пластинчатые штампы этой конструкции устанавливают в так называемом нормализованном корпусе, что сильно облегчает установку штампов на прессе. При пользовании нормализованным корпусом (фиг. 102) матрицу надевают на установочные штифты верхней части и при повороте эксцентрика на 90° зажимают с двух сторон кулачками, которые удерживают ее в рабочем положении. Луансонодержатель надевают на установочные штифты нижнего основания и закрепляют такими же кулачками, хотя можно и не закреплять пуансонодержатель, так как резиновый съемник сбрасывает деталь и прижимает пуансон к нижнему основанию.
При проектировании быстросъемных штампов целесообразно придерживаться стандартных размеров и типового технологического процесса их изготовления, разработанного ЦИТ >.
Вырезные штампы, так называемые ширблоки, применяют для вырезания на гидравлических прессах контуров самолетных деталей из алюминиевых сплавов резиной. При этом применяется только пуансон, а вместо матрицы служит резина.
Штампы-ширблоки, применяемые на гидравлических прессах, изготовляют из листовой стали толщиной 8—10 мм, на которой по разверточному шаблону очерчивают контур детали, давая припуск в 1,5 мм с каждой стороны. После этого с помощью автогенной горелки или на выпиловочном станке вырезают заготовку штампа, которую правят, шлифуют, а затем просверливают отверстия и размечают по разверточному шаблону, оставляя припуск в 0,5 — 0,8 мм, чтобы отштампованная деталь имела припуск, удаляемый при отделке деталей.
Кромки заготовки штампа обрабатывают на станке или напильником, причем они должны составлять с плоскостью заготовки угол в 90°. Попытки изготовлять штампы, у которых режущая кромка наклонена под углом 94—97° к плоскости штампа, не дают результатов, удорожают процесс изготовления штампов и затрудняют ^снимание отходов.
і «Организация труда», № 12, 1938.
Внутренние просечные отверстия и контрольные шпильки делают после окончания обработки контура. Диаметр контрольных шпи — лек — 2,5—5 мм, в зависимости от габарита детали; верхние концы шпилек закругляют. Высота шпилек должна быть на 0,8 мм больше толщины штампуемого материала. На фиг. 103 в качестве примера изображены пластинчатые штампы, применяемые на гидравлических прессах для вырезания деталей резиной. Стальные гибочные и отбор — товочные штампы употребляются реже, чем просечные.
Гибочные штампы необходимо изготовлять особенно тщательно, причем наибольшие трудности представляет не изго-
Фиг. 103. Пластинчатые штампы с указанием времени, необходимого для их изготовлении. |
товление штампа, а его конструирование, так как необходимо учитывать, что согнутая ‘деталь может пружинить, причем величина пружинения зависит не только от физико-механических свойств материала и его толщины, но и от конфигурации детали. Опыты показывают, что величина пружинения зависит от факторов, перечисленных в табл. 23.
При штамповке на прессах и молотах широко применяют резину, так как с ее помощью можно вырезать, изгибать, проглаживать и калибровать обрабатываемые детали. Благодаря способности под действием нагрузки раздаваться во все стороны, резина прекрасно заполняет все полости матрицы л тем самым обеспечивает получение деталей точных размеров. В зависимости от характера работы и способа применения резины должны меняться ее свойства, т. е. в основном — твердость, причем употребляют различные сорта резины, начиная от очень твердой и кончая очень мягкой губчатой; поэтому дать какую-либо классификацию затруднительно. В табл. 24 в качестве примера приведены данные о механических свойствах некоторых, часто применяемых сортов резины.
Примерное пружинение листового металла при гибке
|
Таблица 24 Механические свойства резины
|
Листовая заготовка приобретает форму пуансона благодаря тому, что резина облегает контур пуансона и заставляет заготовку изменять свою форму. Под действием сжимающих сил резина течет, но это продолжается до определенного предела, после чего резина становится несжимаемой и работает наподобие жидкости, т. е. давление передается во все стороны с одинаковой силой.
Крепление резины зависит от выполняемой операции, характера оборудования и конструкции штампа. На фиг. 104 показаны способы крепления резины в пуансонодержателе при резке контура на фрикционном и кривошипном прессах.
Штампы-заменители. В последнее время в самолетостроительной промышленности широко применяют так называемые штампы-заменители, изготовление которых отнимает мало времени и обходится дешево. Эти штампы делают свинцово-цинковыми, деревянными, балинитовыми, масонитовыми, цементно-резиновыми, резиново-стальными и т. д.
Для получения цементной матрицы делают из мягкой малоуглеродистой стали металлическую облицовку (фиг. 105), форма и размеры которой соответствуют детали, и приваривают ее к железному каркасу прялюугольной формы, служащему опокой для заливаемого цемента; к каркасу приваривают усиливающие конструкцию распорки. Каркас заполняют хорошо перемешанной массой из 50% портландского цемента и 50% мелкого песка, к которой добавляется 25% воды от общего веса цемента и песка. Цементный раствор утрамбовывают, чтобы добиться плотного заполнения каркаса, и оставляют его в течение 3—4 час., пока цемент не схватится и не покроется коркой. После затвердевания корки цементную матрицу опускают в воду на на 3—4 дня для окончательного затвердевания.
Пуансон для такой матрицы изготовляют из свинца путем заливки расплавленного свинца в железную облицовку матрицы. Пока свинец не застыл, в нем устанавливают хвостовик пуансона вместе с пуансо — нодержателем и заливают дополнительно расплавленный свинец, а затем дают ему застыть. С полученного таким образом пуансона вручную снимают слой свинца, равный толщине штампуемого материала, а затем зачищают все неровности и шероховатости, получившиеся на пуансоне при отливке.
При правильном пользовании цементным штампом можно отштамповать 7000—8000 деталей.
При вытяжных, формовочных и гибочных операциях применяют свинцово-цинковые штампы. Матрицы отливают из чистого рафинированного цинка, содержащего не более 0,5% примесей, чтобы получать отливку с гладкой и мелкозернистой поверхностью. Пуансоны отливают из свинца, к которому добавляют 8—13% сурьмы, увеличивающей твердость свинца, и небольшое количество олова для придания резкости очертаниям пуансона.
Для получения свинцово-цинковых штампов необходимо:
1) изготовить из глины, гипса или дерева модель матрицы;
2) пользуясь имеющейся моделью, сделать земляную форму;
3) залить фирму расплавленным цинком;
4) зачистить рабочую поверхность отлитой матрицы;
5) используя матрицу в качестве формы для пуансона, расплавленным свинцом;
6) отлитый пуансон зачистить и довести.
А и Б — планками; В — шурупами.
Модель штампа изготовляют либо по шаблонам, снятым непосредственно с плаза или макета, либо по глиняному оттиску, сделанному с готовой детали, причем дают припуск на усадку цинка, для чего глиняную модель делают с припусками, установленными по усадочной линейке.
Для сложных моделей изготовляют каркас из фанерных шаблонов (фиг. 106), который заливают раствором глины или гипса. После этого модель кладут на лист фанеры или железа, окружают деревянным ящиком и заливают гипсом, чтобы получить форму для отливки цинковой матрицы (фиг. 107). Залитый в ящик гипс остается в спокойном
состоянии до образования корки, после чего устанавливают болты или скобы для вынимания модели.
Готовую гипсовую модель штампа, отлитую по модели изделия, отделывают и поврежденные места заливают гипсом, после чего модель покрывают лаком.
По гипсовой модели изготовляют земляную форму для отливки матрицы, причем для этого пользуются землей такого же состава,
Фиг. 108. Доводка цинковой матрицы. |
как для алюминиевого или медного литья. Готовую земляную форму просушивают и затем заливают расплавленным цинком через литники, чтобы обеспечить хорошее течение металла и предохранить форму от смывания металлом ее выступов. Чтобы уменьшить усадочную раковину, применяют так называемое дразнение металла. С этой целью, как только верхний слой металла застывает, его пробивают в одном-двух местах, через полученные отверстия доливают расплавленный цинк и помешивают его деревянной палкой, чтобы не давать застывать металлу до тех пор, пока вся отливка не остынет. При расплавлении самого цинка для литейной формы следует поддерживать температуру 455°, так как перегрев металла приведет к окислению металла и появлению усадочных раковин на лицевой поверхности матрицы. После застывания металла отлитую матрицу вынимают из формы, удаляют литники, обрабатывают струей песка, зачищают и проверяют размеры по шаблонам (фиг. 103).
Пуансоны отливают не в земляную форму, а непосредственно в предварительно зачищенную матрицу. Для этого матрицу устанавливают на полу мастерской в горизонтальном положении и огораживают со всех сторон досками, скрепляя их струбцинками, а щели замазывают глиной. Перед заливкой матрицу подогревают (до 80 9СГ), заливая
в нее некоторое количество расплавленного свинца, который удаляют после застывания, а затем заливают основную порцию металла. По — верхность подогретой матрицы покрывают слоем стеатита (жировика) или жидкого раствора мела, чтобы предупредить образование складок и неровностей на рабочей поверхности пуансона.
Для установки крепежных болтов, заливаемых в свинец, пользуются шаблоном. Заливать свинец необходимо возможно быстрее, чтобы избежать остывания металла, не допуская перерыва струи, иначе получатся бугорки, впадины и разрывы После затвердевания металла форму разбирают и с рабочей поверхности пуансона снимают слой материала, равный толщине штампуемой заготовки. Для получения зазора в штампах больших размеров достаточно усадки металла, но в случаях, когда усадка оказывается меньше требуемого зазора, то с помощью г ру fire йджа (фиг. 109) прорезают ряд канавок, глубина которых соответствует толщине удаляемого слоя, а металл между канавками снимают шаберами/Готовые пуансоны и. матрицы хранятся вместе.
Наряду со свинцово-цинковыми штампами применяют также штампы балинитовые, масонитовые, текстолитовые и из пластмасс. Масонитом называется материал, получаемый из древесины, склеенной в разных направлениях, или из древесных опилок, а также картона, спрессованных под большим давлением с примесью различных связывающих веществ (бакелитовый лак, клей и т. д.). Основное преимущество масонита заключается в том, что для изготовления штампа не требуется производить отливки, очистки и полировки. Масонит изготовляют в виде плиток любой толщины, он имеет совершенно гладкую и чистую поверхность и поддается обработке деревообрабатывающими инструментами. Кроме того, штампы из масонита значительно легче металлических.
Недостатком масонитовых и балинитовых штампов является их склонность к выкрошиванию по краям и необходимость осторожного обращения с ними как во время обработки, так и при хранении. Масо-
сталью. Изготовление текстолитовых штампов не представляет затруд-
В нений, так как текстолит хорошо обрабатывается
режущими инструментами. Качество поверхностей изделий, отштампованных на текстолитовых штампах, оказывается значительно лучше, чем на других. Поэтому текстолит рекомендуется употреблять для прижимных колец в комбинированных и вытяжных штампах, что дает
таллических включений CuAU. M?2Si переходит в твердый однородный раствор, ты оживают при этой температуре, потом быстро ох — — ia-,кдают в воде, чтобы зафиксировать данное состояние сплава, и, наконец, выдергивают определенное время (старение), в течение которого происходит упрочнение металла за счет изменений, происходящих в пересыщенном твердом растворе. При этом различают естественное старение, когда материал выдерживают при нормальной температуре (17—20°) в течение 4—б суток, и искусственное старение, когда окончательно охлажденный материал подогревают до ПО 150° в течение 6 часов.
Закалку применяют в тех случаях, когда изделие не подвергают обработке давлением. Если закаленная деталь подлежит обработке Давлением, то ее нужно обрабатывать в течение 1,5—2 час. после закалки, так как в этот период алюминиевые сплавы сохраняют еще свою пластичность; в это же время происходит наиболее интенсивное упрочнение материала. Рекомендуется также закаливать материал перед вытягиванием из него деталей за один переход и перед калибровкой.
Низкая температура (порядка —2° С) замедляет старение.
Закалку можно производить определенное число раз, которое зависит от толщины материала. Например, деталь
ПРоизводсгво самолетов—V75—11
из материала толщиной 1 мм можно закаливать не более двух раз, а толщиной более 1 мм — не более трех раз, так как при повторных закалках. медь диффундирует в поверхностный слой алюминия, отчего понижается устойчивость материала против коррозии.
Режимы закалки деталей из алюминиевых сплавов приведены в табл. 25.
Все изделия, получаемые ковкой-штамповкой, а также заклепки обязательно надо закаливать перед их использованием. Отштампованные детали и поковки закаливают, а потом подвергают естественному или искусственному старению. Кованые или штампованные изделия можно обрабатывать резанием только после четырех суток естественного старения. Чтобы предупредить быстрое старение заклепок, их замораживают в специальных холодильниках. Заклепки можно закаливать повторно, так же как листовой материал, ограниченное число раз. Изделия после нагревания в селитренной ванне надо тщательно отмывать в теплой воде (35—50°), чтобы удалить остатки селитры, которая влияет на коррозийную устойчивость изделий.
Отжиг придает материалу пластичность, вследствие чего он хорошо обрабатывается; отожженный материал в холодном состоянии практически не подвергается старению. Отжиг бывает первоначальный и промежуточный. При первоначальном отжиге устраняется наклеп (нагартовка), приобретаемый’металлом при обработке его давлением. Режимы отжига деталей из дуралюмина приведены в табл. 2а.
После нагревания изделия охлаждают, причем до температуры 2Ь0° скорость охлаждения не должна превышать 30° в час. Дальнейшее охлаждение производят на воздухе.
Для нагревания де-1 талей перед закалкой. или отжигом применяют ( соляные ванны и воз-1 душные печи, обычно Ї нагреваемые электричес — 5 ким током и только в исключительных случаях газом или жидким, топли — вом. Соляные ванны встречаются с наружным или внутренним обогре — ! вом. Размеры ванн зависят от условий производства, причем, определяя площадь зеркала соли, учитывают потери тепла на излучение.
В ванну ставят корзину из перфорированного железа или железной ; сетки, чтобы предохранить нагреваемые детали от соприкосновения, со стенками и дном ванны. Для регулировки температуры надлежит ; пользоваться автоматическими терморегуляторами. Температуру | всего объема ванны выравнивают путем циркуляции соли.
При выборе солей для ванны нужно руководствоваться следую — |
1. Смесь солей должна иметь подходящую температуру плавления и не должна затвердевать при временных охлаждениях печи.
2.Парообразование не должно быть слишком сильным. Точка кипения солей должна быть достаточно далека от максимально возможной температуры ванны.
3. В числе катионов соляной смеси не должно быть металлов более благородных, чем металлы, входящие в состав нагреваемого сплава, иначе возможна обменная реакция между металлом и солью.
Для ванн применяют почти исключительно соли щелочных и щелочноземельных металлов, например, смесь натриевой селитры— 35—65% и калиевой селитры—65—35%.
При перерасчете ванны на КСОя в ней не должно быть более 1% хлоридов и 0,5% хлоратов.
Загрузка деталей в панну может быть механизирована. Вес садки зависит от объема ванны. При ручной загрузке вес садки обычно состазляет 5—8 кг.
Учитывая, что от загрузки деталей температура ванны не должна понижаться ниже температуры, установленной для данного сплава, вес садки можно определить по формуле:
МрСс (‘с-‘с)
C*(*c-0 ’
где М„— масса металла в кг;
Ме — масса селитры в ванне в кг;
С к—теплоемкость сплава;
Сс — теплоемкость селитры; tс, — температура ванны до загрузки;
Для упрощения можно придерживаться правила, что отношение массы загружаемого металла к массе расплавленной селитры не должно быть более 1 : 28.
Нагреваемые детали надо погружать в ванну настолько, чтобы расстояние от зеркала ванны было не менее 150 мм.
На фиг. 112 изображен разрез селитренной ванны, нагреваемой элементами сопротивления. Крышка ванны 7 прикреплена к тележке 2, которую для открывания ванны отводят в сторону.
Воздушная печь показана на фиг. 113.
Фиг. 113. Воздушная печь. / — мотор для вентилятора; 2 — мотор для опускания детале»; .і— листы; 4 — обогревающий канал; <5— распорки; в — горячий воздух; 7 — тележка; л’ — засос холодного воздуха; V — приспособление для опускания детали; ю —дверцы; //—выдвижное днище; 12— закаливаемая деталь; із — охлаждающий вентилятор; Л — закалочная камера. |
Что касается преимуществ тех и других нагревательных устройств, то в настоящее время считают, что для закалки лучше пользоваться соляными ваннами, а для отжига воздушными печами.
Для соблюдения требуемой температуры нагрева необходимо применять автоматические регуляторы, с тем чтобы отклонение температуры не превышало ± 2а.
Нагретые детали охлаждают и промывают в баках с холодной и горячей водой. На американских заводах закаливаемые деталь охлаждают^ не погружением их в воду, а разбрызгиванием воды тонкими струйками в шкафу, в котором находятся нагретые детали (фиг. 114). При таком способе охлаждения детали меньше коробятся.
Качество термической обработки определяется по внешнему виду изделия и путем химического анализа и микроскопического изучения-
При наружном осмотре. можно обнаружить пузыри, возникшие вследствие перегрева, потемнение поверхности, являющееся результатом длительной выдержки в печи или многократной закалки и свидетельствующее о диффузии меди в поверхностный слой. Наличие белых пятен указывает, что изделие было плохо отмыто от селитры.
Химический анализ применяется для проверки полного удаления селитры. Для этого 1—2 капли 0,5%-ного раствора дифениламина в концентрированной серной кислоте наносят стеклянной палочкой на поверхность детали. Посинение раствора указывает на присутствие селитры.
Фиг. 114. Воздушная печь с закалочным шкафом. / — распылители; 2 — закаливаемая деталь; 3 — задвижка; 4— закалочная камера; 6 — засос свежего воздуха; 6 — охлаждающий вентилятор: 7—дверца, ведущая в закалочную камеру; Я — закаливаемая деталь; 9 — дверца. |
Механические качества контролируют путем испытания образцов, изготовленных из тех же материалов, что и обрабатываемые детали, и термически обработанных в тех же условиях. Снижение механических качеств может быть вызвано заниженной температурой, недостаточным временем выдержки и перегревом.
При пользовании соляными ваннами необходимо наблюдать, чтобы состав ванны был нейтрален.
Селитренные ванны с течением времени теряют нейтральность и показывают щелочную реакцию. В этих случаях следует нейтрализовать ванну, подсыпая в нее до 10% аммониевой селитры.