Тема 1. 2. Процессы изготовления деталей самолетов

ДЕТАЛИ, МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ, И ОБЩАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Конструктивно-технологические особенности деталей

Планер современного самолета состоит из многочисленных и разнообразных по свойствам и назначению деталей. В силу специфических особенностей самолета все детали его планера отличаются относительной тонкостенностью, легкостью, прочностью и точностью. По конструктивному оформлению и назначению детали планера самолета укрупненно можно подразделить на четыре группы:

1) детали оболочки, образующие внешние аэродинамические обводы самолета;

2) детали каркаса, образующие жесткий остов планера;

3) детали внутреннего оборудования;

4) детали механизмов взлета, посадки и управления.

Детали оболочки - обшивки фюзеляжа, крыла, оперения, за­лизы и обтекатели могут быть одинарной, двойной и знакопеременной кривизны, открытой и замкнутой формы. Основная масса деталей обо­лочки самолета изготовляется из высокопрочных листовых материалов — алюминиевых, магниевых, титановых сплавов и нержавеющих сталей. Кроме того, детали оболочки фюзеляжа и крыла могут представлять собой крупногабаритные монолитные панели, включающие в свою кон­струкцию обшивку и элементы каркаса — продольный, а иногда и поперечный набор в виде ребер жесткости различной формы в сечении.

Монолитные панели изготовляют из прессованных и прокатанных профилированных плит, из штампованных и литых специальных заготовок, а также из стандартных плоских плит с последующей механической или химической обработкой. Детали оболочки должны с требуемой точностью повторять теоретические обводы самолета и иметь соответствующую чистоту внешней поверхности. При этом они должны хорошо работать в различных температурных условиях, для чего исход­ные материалы должны обладать соответствующими физико-механическими свойствами.

Детали каркаса — шпангоуты или части шпангоутов, рамы, балки и стрингеры фюзеляжа, полки и стойки лонжеронов, стрингеры, нервюры, фитинги и профили разъемов крыла и оперения, фонари или детали весьма разнообразны по конструктивному оформлению и применяемым материалам. Для изготовления большинства деталей каркаса самолета, таких, как части сборных шпангоутов, стрингеры, полки и стенки лонжеронов, нервюры крыльев и оперения, используют прессован­ные и катаные профили и листы из высокопрочных алюминиевых и маг­ниевых сплавов. Наряду с этим значительное количество деталей карка­са, таких, как рамы, части силовых шпангоутов, балки, фитинги, профи­ли разъемов, фонари, изготовляют из специальных заготовок — поковок, штамповок и отливок из высокопрочных легких сплавов и сталей.

Применение специальных штампованных и литых заготовок для де­талей каркаса наряду с экономным расходованием исходных материалов значительно сокращает объем сборочных работ, повышает прочность и надежность конструкции и в большинстве случаев приводит к снижению веса планера. К деталям каркаса предъявляются требования высокой прочности, жесткости и точности. Поверхности деталей каркаса, эквидистантные теоретическим контурам сечений, должны плотно прилегать к соответствующим деталям оболочки и в сочетании с последними вос­производить заданную аэродинамическую форму самолета. Контактные поверхности узлов, входящих в конструкцию монолитных деталей кар­каса (штампованные или литые рамы, шпангоуты, фонари), должны обеспечивать правильное взаимное пространственное расположение ча­стей самолета. Поэтому они выполняются с высокой степенью точности, в увязке с поверхностями, образующими внешние обводы самолета.

Детали внутреннего оборудования самолета, изготов­ляемые на самолетостроительном предприятии, также разнообразны по конструктивному оформлению и применяемым исходным материалам. К таким деталям относятся чаши, рамы, кронштейны сидений, прибор­ные доски, кожухи и короба электрооборудования, накладки, хомуты и другие специальные соединительные детали для установки приборов и т. д. Для изготовления этих деталей в основном применяют полуфаб­рикаты — листы, плиты, профили и специальные заготовки — поковки, штамповки и отливки из алюминиевых, магниевых сплавов, сталей и пластмасс.

Требования к деталям оборудования зависят от назначения и усло­вий работы их в конструкции самолета. Так, например, к коробам и ко­жухам для электрожгутов особых требований прочности и точности не предъявляют. К рамам, кронштейнам, чашам сидений и специальным соединительным деталям предъявляют определенные требования проч­ности и точности. К некоторым деталям внутреннего оборудования, кро­ме того, предъявляются особые требования внешнего вида, чистоты поверхностей и цвета.

Детали механизмов взлета, посадки и управле­ния — цилиндры, поршни, штоки пневмо- и гидросистем, траверсы оси и подкосы шасси, тяги, рычаги, качалки управления также разнообраз­ны по конструктивному оформлению и применяемым для их изготовле­ния материалам.

Для изготовления деталей механизмов применяют полуфабрика­ты — листы, прутки, толстостенные трубы и специальные заготовки — поковки, штамповки и отливки из высокопрочных легких сплавов и сталей.

Требования к деталям механизмов зависят от их назначения и спе­цифики работы в собранном узле. Кроме требований прочности и точно­сти, которые распространяются на все детали механизмов, к значитель­ному числу их предъявляются требования герметичности и износостой­кости.

Например, к цилиндрам, поршням, штокам гидро - или пневмооборудования и к осям, траверсам и подкосам шасси, которые обычно изготов­ляют из высокопрочных сталей, кроме требований прочности, точности и герметичности, предъявляются требования высокой чистоты и износо­стойкости отдельных поверхностей (внутренние поверхности цилиндров, внешние поверхности поршней и штоков, отдельные поверхности осей, траверс и подкосов шасси). Эти требования обеспечиваются специаль­ными процессами обработки.

Характерные полуфабрикаты, заготовки и композиционные материалы, применяемые для изготовления деталей

Для изготовления деталей планера самолета применяют разнооб­разные легкие сплавы и стали в виде полуфабрикатов — листов, профи­лей, профилированных и плоских плит, труб, прутков и в виде специаль­ных заготовок — штамповок и отливок, а также композиционные мате­риалы в виде порошков пластмасс, керамики и металлокерамики.

В соответствии с технологическими свойствами легкие сплавы и ста­ли подразделяются на деформируемые в холодном состоянии и с подо­гревом (гибка, обтяжка, вытяжка, выдавливание); деформируемые в го­рячем состоянии (ковка — штамповка) и литейные (отливка различны­ми способами).

Приведем основные наиболее распространенные материалы, приме­няемые для изготовления деталей холодным деформированием.

1. Алюминиевые сплавы — технический алюминий АД, АД1, дуралюмин Д16, теплопрочный сплав Д20, алюминиевомарганцевый АМц, алюминиевомагниевые сплавы АМг, АМг3, АМг6 и высокопрочный сплав В95.

2. Магниевые сплавы с повышенной свариваемостью МА1 и средней прочностью МА8.

3. Титановые сплавы ОТ4, ОТ4-1 и технический титан ВТ1, ВТ1-2.

4. Стали — улучшаемые ЗОХГСА и нержавеющие Х18Н9Т, ЭИ654, Х15Н9Ю (СН2).

Технический алюминий АД и АД1 — листы и трубы в отожженном или нагартованном состоянии — применяют для изготовления малонагруженных деталей, работающих при нормальной температуре.

Дуралюмин Д16 — плакированные, прессованные профили и трубы в отожженном или закаленном и естественно состаренном состоянии — применяют для изготовления обшивок, обтекателей, деталей каркаса, шпангоутов, рам и других деталей, работающих при температурах до 250° С. Детали, работающие при температурах свыше 150° С, после за­калки подвергают искусственному старению, что повышает предел теку­чести на 20—30% по сравнению с естественным старением.

Теплопрочный сплав Д20 — листы плакированные в отожженном, закаленном или закаленном и состаренном состоянии — применяют для изготовления деталей баков, герметичных частей самолета, подвергаю­щихся последующей сварке и работающих при температурах до 300° С.

Существенный недостаток сплавов АД, АД1, Д16, Д20 заключается в значительном снижении механических свойств после сварки и невысо­кой коррозионной стойкости сварных соединений.

Алюминиево-марганцевый сплав АМц — листы, профили прессован­ные и трубы в отожженном, полунагартованном, нагартованном состоя­нии — применяют для изготовления малонагруженных деталей баков, бензо- и маслопроводов, подвергающихся сварке. Сплав АМц обладает высокой коррозионной стойкостью, пластичностью и хорошей сваривае­мостью.

Алюминиево-магниевые сплавы (магналий): АМг — листы и прессованные трубы в отожженном, полунагартованном или нагартованном со­стоянии; АМгЗ — листы в отожженном состоянии, АМгб — листы, прессованные трубы и профили всех размеров в отожженном состоянии — применяют для изготовления деталей сварных баков, герметических ка­бин, силовых узлов каркаса и других деталей. Эти сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, пластичностью, относительно высо­кой прочностью и хорошей свариваемостью. Прочность сварного шва со­ставляет 90—95% прочности основного материала. В силу своих физико-механических и технологических свойств сплавы типа АМг являются весьма перспективным материалом в самолетостроении.

Высокопрочный сплав В95—листы плакированные в отожженном и в закаленном и искусственно состаренном состоянии, прессованные профили и профилированные плиты в закаленном и искусственно соста­ренном состоянии — применяют для изготовления основных силовых де­талей самолета: лонжеронов, стрингеров, шпангоутов, нервюр, обшивок, монолитных панелей и т. п. Сплав В95 весьма чувствителен к концентра­ции напряжений и надрезам. Поэтому при разработке конструкции де­талей из этого сплава необходимо предусматривать плавные переходы при изменении сечения деталей и в процессе изготовления не допускать рисок, царапин, острых забоин на поверхностях детали.

Магниевый сплав с повышенной свариваемостью МА1—листы в отожженном состоянии и горячекатаные профили — применяют для малонагруженных деталей несложной конфигурации, подвергающихся сварке.

Магниевый сплав средней прочности МА8—листы в отожженном или полунаклепанном и отожженном состоянии и горячекатаные профи­ли — применяют для изготовления обшивок вертолетов, панелей само­летов, а также деталей каркаса и внутреннего оборудования. Сплав МА8 обладает высокой пластичностью при нагреве (в интервале темпе­ратур 230—350° С) и хорошо сваривается.

Титановые сплавы ОТ4, ОТ4-1 и технический титан ВТ1, ВТ1-2 — листы в отожженном состоянии — применяют для изготовления обши­вок, носков, законцовок крыльев, деталей каркаса, емкостей и других де­талей, работающих при температурах 350—500° С. Преимущества тита­новых сплавов состоят в их небольшом удельном весе при высокой проч­ности, в хорошей сопротивляемости коррозии, довольно высокой жаропрочности и хорошей свариваемости. Прочность сварного шва ти­тановых сплавов достигает прочности основного материала. К недостат­кам титановых сплавов следует отнести их повышенную склонность к уп­рочнению в процессе деформирования и большое пружинение, высокую чувствительность к надрезам и плохую обрабатываемость резанием.

Улучшаемая сталь 30ХГСА — листы отпущенные или отожженные, профили горячекатаные и трубы отожженные, нормализованные или пос­ле высокого отпуска — применяются для изготовления ответственных деталей, подвергающихся сварке (детали сварных ферм, рам, шпангоу­тов, рычагов, качалок и т. п.) и работающих под значительной на­грузкой.

Нержавеющая хромоникелевая сталь Х18Н9Т — листы в закален­ном состоянии — применяется для изготовления деталей сварных узлов и агрегатов, работающих в условиях влажной среды. В процессе холод­ного деформирования резко повышается предел прочности и снижается удлинение стали Х18Н9Т, что используется для повышения прочности деталей, не подвергающихся термической обработке после изготовления. С целью получения максимальной пластичности заготовки из стали Х18Н9Т перед деформированием закаливают.

Нержавеющая сталь ЭИ654 — листы и ленты в нагартованном и мяг­ком состоянии — применяется для изготовления деталей, из которых сва­риваются емкости и узлы, работающие в агрессивных средах. В мягком состоянии пластичность стали ЭИ654 высокая, свариваемость хорошая.

Хромоникельалюминиевая сталь Х15Н9Ю (СН2) —листы холоднока­таные и трубы в нормализованном состоянии — применяется для изго­товления обшивок, носков и законцовок крыльев, деталей каркаса, ферм, работающих при температурах до 450° С, а также для деталей, рабо­тающих в контакте с атмосферой и топливом. Нержавеющие высоко­прочные жаростойкие стали типа СН обладают высокой пластичностью в нормализованном состоянии, высокой прочностью после нагартовки и старения, высокой теплостойкостью, коррозионной стойкостью и хоро­шей свариваемостью. Обшивки, работающие при температурах до 450° С, изготовляют из нагартованной стали Х15Н9Ю. Стрингеры и гофриро­ванные обшивки изготовляют из полунагартованной стали и подвергают старению только после формообразования. Детали, для формообразова­ния которых требуется высокая пластичность, изготовляют из мягкой нормализованной стали Х15Н9Ю и затем обрабатывают холодом при температурах от —60 до —70° С, с последующим старением при 480— 500° С.

Таким образом, для изготовления деталей самолетов холодным де­формированием в основном применяются полуфабрикаты: листы, профи­ли, профилированные плиты и тонкостенные трубы, поставляемые спе­циализированными металлургическими предприятиями.

Основными наиболее распространенными материалами для изготов­ления деталей самолетов из горячештампованных заготовок являются:

- конструкционные стали 25, 45, ЗОХГСА, 30ХГСНА, 40Х, 12ХНЗА, 18ХНВА;

- нержавеющие стали Х18Н9Т, Ж2, Х15Н9Ю(СН2), Х17Н5МЗ (СНЗ), ЭИ961;

- алюминиевые сплавы АК6, АК8, АК.4, ВД17, Д1, Д16, В95, АМг6;

- магниевые сплавы МА2, ВМ65-1;

- титановые сплавы ВТЗ-1, ВТ5, ВТ5-1, ВТ6.

Горячештампованные заготовки по сравнению с другими имеют наи­более высокие механические свойства и поэтому широко используются для изготовления высоконагруженных деталей.

При выборе материала для изготовления деталей из горячештампованных заготовок учитывают способность материала к пластическому деформированию и его обрабатываемость резанием. При этом предпоч­тение отдают материалу, который обеспечивает наиболее простой тех­нологический процесс и высокие стабильные физико-механические свой­ства детали.

Основные требования к деталям, изготовляемым из горячештампованных заготовок, состоят в выборе наиболее простой геометрической формы, в обеспечении плавных переходов от одного сечения к другому и в соблюдении рекомендуемых соотношений между отдельными конструктивными элементами детали.

Из горячештампованных заготовок в основном изготовляют детали каркаса и механизмов самолета и в относительно небольшом количестве — крупногабаритные монолитные панели крыла и фюзеляжа.

Конструкционные стали применяют для изготовления из горячештампованных заготовок деталей каркаса и механизмов как небольших, так и значительных габаритных размеров.

Нержавеющие стали применяют для изготовления из горячештампо­ванных заготовок деталей арматуры, работающих в агрессивных средах и деталей каркаса, работающих при высоких температурах.

Алюминиевые и магниевые сплавы применяют для изготовления из горячештампованных заготовок деталей арматуры, деталей каркаса, а также крупногабаритных монолитных панелей крыла и фюзеляжа.

Титановые сплавы применяют для изготовления из горячештампованных заготовок деталей емкостей и деталей каркаса самолета, рабо­тающих при высоких температурах.

На самолетостроительных предприятиях изготовляют горячештампованные заготовки относительно небольших размеров. Это объясняется тем, что большинство серийных самолетостроительных предприятий рас­полагает кузнечно-прессовым оборудованием небольшой мощности: мо­лотами с весом падающих частей до 3 Т и прессами мощностью до 2500 Т. Получение крупногабаритных штамповок сложной формы огра­ничено мощностью кузнечно-прессового оборудования. Так, например, для получения горячештампованных заготовок из сталей требуются уси­лия ~100 ООО Т/м², а из алюминиевых сплавов —~30 000 Т/м²

Поэтому крупногабаритные горячештампованные заготовки изготов­ляют на специализированных металлургических предприятиях, распола­гающих уникальным оборудованием большой мощности; молотами с ве­сом падающих частей более 25 Т, горизонтально-ковочными машинами мощностью до 3000 Т и гидравлическими прессами мощностью до 70 000 Т.

Основными наиболее распространенными материалами для изго­товления деталей самолетов из литых заготовок являются:

1) алюминиевые сплавы АЛ2, АЛ4, АЛ5, АЛ8, АЛ9, ВИ-11-3, АЛ19, АЦР-1, ВАЛ-1;

2) магниевые сплавы МЛ5, МЛ7, МЛ9, МЛ10, МЛ11, МЛ12;

3) титановые сплавы ВТ1, ВТ5;

4) стали ЮЛ, 40Г2Л, 660Л, 35ХГСЛ, 27ХГСНМА, 268Л (ЭИ268Л), ВЖ36-Л2.

При выборе материалов для изготовления деталей из литых заго­товок учитывают литейные свойства материала, его обрабатываемость резанием и свариваемость. Отливки применяют во всех случаях, когда детали из литых заготовок удовлетворяют расчетным нагрузкам и ус­ловиям эксплуатации. Это объясняется резким снижением себестоимо­сти изготовления деталей. Например, себестоимость изготовления монолитной панели из литой заготовки в 2 раза ниже себестоимости такой же панели, изготовленной из плиты механической обработкой или клеп­кой из листового материала и прессованных профилей.

Из литых заготовок изготовляют в основном детали каркаса само­лета и в относительно небольшом количестве — крупногабаритные тон­костенные панели и корпусные детали.

Алюминиевые литейные сплавы применяют для изготовления сле­дующих деталей.

АЛ2 — для деталей сложной конфигурации, не подвергающихся значительным нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные формы, в ко­киль и под давлением. Сплав обладает высокой герметичностью, особен­но при литье в кокиль. Плохо обрабатывается резанием, но хорошо сва­ривается. Коррозионная стойкость удовлетворительная.

АЛ4 — для деталей сложной конфигурации, подвергающихся зна­чительным нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные формы, в кокиль и выжиманием. Сплав обладает хорошей пластичностью, хорошо обра­батывается резанием и сваривается. Коррозионная стойкость удовлет­ворительная, теплопрочность пониженная, сплав чувствителен к измене­нию нагрузок при температуре 250—300° С.

АЛ5 — для крупных деталей, подвергающихся значительным стати­ческим нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные формы и в кокиль. Сплав обладает хорошей герметичностью, хорошо обрабатывается реза­нием и удовлетворительно сваривается. Коррозионная стойкость невы­сокая.

АЛ8 — для наиболее ответственных деталей несложной конфигура­ции, подвергающихся ударным нагрузкам и коррозии. Заготовки отлива­ют в песчаные формы. Сплав обладает пониженной герметичностью, но высокими антикоррозионными свойствами. Хорошо обрабатывается ре­занием, хорошо полируется и удовлетворительно сваривается.

АЛ9 — для деталей сложной конфигурации, подвергающихся сред­ним нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные формы, в кокиль и под давлением. Сплав обладает повышенной герметичностью, удовлетвори­тельной коррозионной стойкостью, удовлетворительно обрабатывается резанием и хорошо сваривается.

ВИ-11-3 — для деталей средней сложности, подвергающихся сред­ним нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные формы, в кокиль и под давлением. Сплав обладает высокой коррозионной стойкостью — меньшей склонностью к окислению, чем сплав АЛ8, и отлично обрабатывает­ся резанием.

АЛ19 — для деталей средней сложности, работающих при темпера­турах 175 — 300° С. Заготовки отливают в песчаные формы. Сплав имеет пониженную герметичность, удовлетворительную коррозионную стой­кость, но повышенную пластичность и ударную вязкость. Отлично обра­батывается резанием и хорошо сваривается.

АЦР-1 — для деталей, работающих в условиях высокого давления газа или жидкости при температурах 350 — 400° С. Сплав обладает по­вышенной герметичностью. Коррозионная стойкость и обрабатываемость резанием удовлетворительные.

ВАЛ-1 — для деталей, работающих при температурах до 350° С. Этот сплав превосходит все другие литейные алюминиевые сплавы по теплопрочности при температуре 300° С, герметичен, удовлетворительно обрабатывается резанием и хорошо сваривается аргоно-дуговой свар­кой. Коррозионная стойкость удовлетворительная.

Магниевые литейные сплавы применяют для изготовления таких де­талей.

МЛ5 — для тонкостенных деталей сложной конфигурации, подвер­гающихся большим нагрузкам. Заготовки отливают в песчаные и оболоч­ковые формы, в кокиль и под давлением. Сплав обладает удовлетвори­тельной коррозионной стойкостью в оксидированном состоянии, отлично брабатывается резанием и удовлетворительно сваривается.

МЛ7 — для деталей сложной конфигурации, работающих при тем­пературах до 200° С. Заготовки отливают в песчаные и оболочковые формы. Другие технологические свойства сплава, кроме его повышенной теплопрочности, аналогичны свойствам сплава МЛ5.

МЛ9 — для средненагруженных деталей, работающих при темпера­турах до 250° С, и для деталей, кратковременно работающих при темпе­ратурах до 350° С. Сплав имеет удовлетворительную коррозионную стой­кость и удовлетворительно сваривается аргоно-дуговой сваркой. По пре­делу текучести при температурах до 350° С превосходит все существую­щие магниевые литейные сплавы.

МЛ10 — для высоконагруженных деталей, работающих длительное время при температурах до 250°С и кратковременно при температурах 350° С. Сплав обладает удовлетворительной коррозионной стойкостью и хорошо сваривается.

МЛ11 — для деталей сложной конфигурации, работающих при тем­пературах 250 — 300° С. Заготовки отливают в песчаные и оболочковые формы. Другие технологические свойства сплава, за исключением его по­вышенной горячеломкости, аналогичны свойствам сплава МЛ5.

МЛ12 — для высоконагруженных деталей сложной конфигурации, работающих длительное время при температурах до 200° С. Заготовки отливают в песчаные, оболочковые и металлические формы. Сплав обладает высокими механическими свойствами, особенно по пределу те­кучести, и хорошей пластичностью. Коррозионная стойкость в окрашенном состоянии хорошая.

Титановые литейные сплавы применяют для изготовления следую­щих деталей.

ВТ1 — для средненагруженных деталей, работающих в агрессив­ных средах при комнатной и при повышенных температурах. Заготовки отливаются только в вакуумных печах и в печах с защитной атмосферой. Сплав имеет высокую коррозионную стойкость, удовлетворительно об­рабатывается резанием и отлично сваривается в защитной атмосфере.

ВТ5 — для высоконагруженных деталей сложной конфигурации, ра­ботающих в агрессивных средах при высоких температурах. Другие тех­нологические свойства сплава ВТ5, за исключением свойственного ему высокого предела ползучести, аналогичны свойствам сплава ВТ1.

Литейные стали используют для изготовления следующих деталей.

10Л — для деталей, которые должны иметь магнитные свойства или хорошо свариваться. Литейные свойства стали низкие.

40Г2Л — для деталей средней сложности. Заготовки отливают в пес­чаные и оболочковые формы и по выплавляемым моделям. Сталь обла­дает хорошими литейными свойствами, хорошо обрабатывается резанием и сваривается.

660Л — для крупных и толстостенных деталей. Заготовки отливают в песчаные и оболочковые формы и по выплавляемым моделям. Сталь имеет хорошие литейные свойства, хорошо сваривается и удовлетвори­тельно обрабатывается резанием.

35ХГСЛ — для высоконагруженных, особо ответственных деталей. Заготовки отливают в песчаные и оболочковые формы и по выплавляе­мым моделям. Сталь имеет удовлетворительные литейные свойства, хо­рошо обрабатывается резанием и сваривается.

27ХГСНМА— для высоконагруженных, особо ответственных дета­лей. Технологические свойства стали, за исключением ее лучших литей­ных свойств и склонности к образованию горячих трещин, аналогичны свойствам стали 35ХГСЛ.

268Л (ЭИ-268Л) — для деталей, работающих в условиях повышен­ных температур и агрессивных сред. Технологические свойства нержа­веющей теплоустойчивой стали 268 Л аналогичны свойствам стали 35ХГСЛ.

ВЖ36-Л2 — для деталей, работающих при высоких температурах (до 900° С). Плавку стали и отливку заготовок производят в вакуумных печах и в печах с защитной атмосферой.

На серийных предприятиях авиационной промышленности применя­ются следующие способы литья: в песчаные формы; в кокиль; в оболоч­ковые формы; по выплавляемым моделям; под давлением; выжиманием; под низким давлением и направленно-последовательной кристаллизации.

Для каждого конкретного случая способ литья выбирают в зависи­мости от масштаба производства, габаритных размеров детали, сложно­сти ее конфигурации и требований, предъявляемых к детали (прочности, точности размеров и чистоты необрабатываемых поверхностей). При этом учитывают затраты на изготовление оснастки, которые должны быть экономически оправданы. При определении эффективности того или иного способа литья основным показателем является стоимость го­товой детали, включая стоимость последующей обработки и всех приме­няемых материалов и оснастки, приходящуюся на одну деталь.

Для литья в песчаные формы, в кокиль, в оболочковые формы и по выплавляемым моделям применяют все литейные сплавы и стали.

Литьем в песчаные формы получают заготовки различной сложности при низкой точности размеров и с коэффициентом использова­ния металла 0, 7.

Литьем в кокиль получают заготовки ограниченной сложно­сти, с плотной структурой металла, с повышенными механическими свой­ствами и точностью размеров и с коэффициентом использования метал­ла 0, 72.

Литьем в оболочковые формы получают заготовки ог­раниченной сложности, с повышенной точностью размеров и с коэффи­циентом использования металла равным 0, 85.

Литьем по выплавляемым моделям получают заготов­ки ограниченных размеров, но любой сложности с высокой точностью размеров и с коэффициентом использования металла 0, 9. Этот способ применяют для отливки заготовок из сверхпрочных сплавов, трудно под­дающихся механической обработке.

Литьем под давлением получают заготовки ограниченных размеров, но любой сложности, с высокой точностью размеров и чисто­той поверхности до ▼ 7. Заготовки почти не требуют механической обра­ботки, но имеют низкие прочность и плотность металла. Коэффициент использования металла 0, 95.

Литьем выжиманием из алюминиевых сплавов получают крупногабаритные тонкостенные, преимущественно плоскостные заготов­ки панельного типа с коэффициентом использования металла 0, 85.

Литьем под низким давлением из алюминиевых и маг­ниевых сплавов получают тонкостенные, преимущественно корпусные ци­линдрической формы заготовки с коэффициентом использования метал­ла 0, 85

Способом направленно-последовательной крис­таллизации из алюминиевых и магниевых сплавов изготовляют крупногабаритные тонкостенные как корпусные, так и плоскостные за­готовки панельного типа с коэффициентом использования металла 0, 85.

Кроме этого, значительное количество деталей изготовляют непо­средственно из полуфабрикатов резанием и другими процессами удале­ния излишнего материала.

Основными наиболее распространенными полуфабрикатами для из­готовления деталей удалением излишнего материала являются:

Прутки круглой, квадратной и шестигранной формы в сечении прессованные из алюминиевых сплавов АМц, АМг, АМг6, АД1, Д6, Д16, АВ, АК2, АК4, АК6, АК8; из магниевых сплавов MA1, МА2, МАЗ, МА5; горячекатаные и кованые из титановых сплавов ВТ1, ВТЗ, ВТЗ-1, ВТ5, ЗТ8; горячекатаные, холоднотянутые и калиброванные из сталей 10, 25, 35, 45, ЗОХГСА.

Трубы прессованные и холоднотянутые из алюминиевых сплавов АМг, Д1, Д6, Д16 и горячекатаные из сталей 20, 25, 45, 30ХГСА.

Профили прессованные из алюминиевых сплавов АМг6, Д1, Д16, Д6, В95, горячепрессованные из магниевых сплавов MA1, МА8, ВМ65-1 и горячекатаные из стали 30ХГСА.

Плиты прессованные из алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д1, Д16, АВ и полосы горячекатаные из сталей 20, 45, 30ХГСА.

Прутки прессованные и горячекатаные имеют низкую точность раз­меров в сечении и применяются для изготовления деталей из штучных заготовок. Холоднотянутые и калиброванные прутки изготовляют по 5-му классу точности в сечении и применяют для изготовления деталей из прутка на револьверных станках и токарных автоматах.

Трубы холоднотянутые по сравнению с горячекатаными и прессо­ванными имеют наиболее высокие механические свойства, точность раз­меров и чистоту поверхности. Трубы применяют для изготовления полых деталей, имеющих форму тел вращения, из штучных заготовок. Приме­нение труб вместо прутковых заготовок позволяет экономить металл, со­кращать трудоемкость обработки и получать детали с высокими механи­ческими свойствами.

Профили горячекатаные дешевле в изготовлении. Однако формы их сечений ограничены возможностями процесса прокатки. Прессованные профили могут быть весьма сложной формы в сечении. Профили про­стой конфигурации прессуют с переменными размерами в сечениях по длине. Их применяют для изготовления деталей каркаса.

Плиты прессованные (профилированные) из алюминиевых сплавов применяют для изготовления плоских монолитных панелей, а горячека­таные стальные полосы — для изготовления плоских деталей каркаса.

Для изготовления деталей планера самолета из неметаллических материалов применяют различные пластмассы с наполнителями и без наполнителей, а также органическое стекло различных марок для дета­лей остекления.

Почти все марки пластмасс перерабатываются компрессионным и литьевым прессованием и литьем под давлением.

Компрессионное прессование главным образом применяют для изготовления деталей из термореактивных пластмасс. Литьевым прессова­нием изготовляют детали из порошкообразных пластмасс. Литьем под давлением изготовляют детали в основном из термопластов, так как термореактивные пластмассы в нагретом и пластическом состоянии мо­гут находиться краткий промежуток времени. Детали из органического стекла изготовляют формованием или свободной вытяжкой — без сопри­косновения формуемых поверхностей с приспособлениями — или вытяж­кой в штампах, на болванках.

Механические процессы

В самолетостроении широко применяют резку ножницами и штам­пами, распиловку, фрезерование, сверление, зенкерование, развертыва­ние, точение, протягивание, шлифование и полирование.

Резка ножницами и штампами

Процесс резки ножницами и штампами заключается в сдвиге одной части полуфабриката относительно другой под действием и в направле­нии сил, приложенных к полуфабрикату со стороны ножей ножниц или пуансона и матрицы вырезного штампа (рис. 31, а, б).

Процесс состоит из трех стадий: изгиба заготовки под действием па­ры сил, приложенных к режущим кромкам; внедрения режущих кромок в материал полуфабриката за счет смятия и отделения одной части по­луфабриката от другой в результате образования микротрещин, направленных по поверхностям скольжения. Трещины и разрушения идут от режущих кромок и направлены под некоторым углом к поверхности по­луфабриката. Для того чтобы они совпадали по направлению, между ре­жущими кромками необходим некоторый зазор z.

Оптимальный зазор, при котором получается наилучшая поверх­ность среза материала, более высокая точность резки, наименьшее уси­лие резки и наибольшая стойкость режущих кромок, в большинстве слу­чаев близок к 8—10% толщины материала для металлических и к 3-5% для неметаллических полуфабрикатов типа бумаги, кожи, текстоли­та, фибры.

Рис. 31. Схема процесса резки

a - ножницами (1 -верхний нож, 2 -нижний нож, 3 -стол ножниц, 4 -разрезаемый полуфабрикат; б - штампом (1 -пуансон, 2 -матрица); в - ножницами с прижимом и поддерживающей плитой (1 -прижим, 2 -разрезаемый материал, 3 - поддерживающая плита, 4—пружина

Вследствие изгиба и сдвига волокна, расположенные в зоне линии разделения, удлиняются, исходная микроструктура материала в этой зоне нарушается и кромки заготовок имеют характерный скошенный вид. Это обусловливает сравнительно невысокие точность резки и чи­стоту кромок. Для уменьшения изгиба и улучшения чистоты кромок рез­ку производят с прижимом и, когда это возможно, поддерживающей плитой, которые препятствуют общему изгибу заготовки (рис. 8.3, в).В тех случаях, когда к микроструктуре кромок заготовки и их чистоте предъявляются повышенные требования, кромки полученных резкой за­готовок подвергают дополнительной чистовой обработке.