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 Материал Толщина материала мм Радиус загиба г Угол пружи — нения в граду­сах 1 1 | г <8 4 Мягкая сталь для штамповки 0,9-0,8 г = (1-7-5) 8 5 I /•>5 8 6 ( г < 0 7 Легированная сталь для штамповки О т о 00 г=(1ч-5) о 9 (т6 = 60 кг/мм2) ( г>5 3 12 1 г < 8 4 0.8-2,0 r=(l-f-5) 8 5 1 г> 5 с 7 1 г < 6 2 Более 2.0 > /•=(1-г5) 3 3 1 г>5 В 5 | г < 5 2 Мягкая латунь 0,8-2,0 /• = (1^5)6 3 г>5 6 4 | г <5 0 Алюминий, цинк Более 2,0 — і1 /•*(1-7-5) 3 1 1 Г>5 3 2 Алюминиевые сплавы 0,9-0,5 /■=(1-7-5) 5 4 0,5-1,5 г=(1-т-10)6 5-8

Таблица 24 Механические свойства резины Применение Марка резины | 1 Прочность на разрыв, кг/мм2 Остаточное удлинение, % 1 Относительное 1 удлинение, % Твердость ПО Шору -о о"’ <v 1 5 Просечные 5155 35 30 400 50 55 Вытяжные >> • . ……………………….. С-90 65 24 500 35 70 Гибочные >> …………………… 5730 30 30 400 45 70

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.