книги из ГПНТБ / Зимин, В. С. Стеклодувное дело и стеклянная аппаратура для физико-химического эксперимента

ГЛАВА Vlli

ИЗГОТОВЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫХ ДЕТАЛЕЙ И ПРИБОРОВ

§ 55. Шлифы

Стеклянные шлифы — это плотное соединение двух стеклян­ ных деталей. Обычно они имеют форму цилиндра или усеченных конусов, плотно входящих друг в друга, соприкасающиеся поверх­ ности которых отшлифованы и притерты, что обеспечивает герме­ тичность соединения и возможность вращения без разъединения двух соединяемых деталей относительно друг друга вокруг общей оси.

Все шлифы прежде всего делятся на простые, термсстатируе-

мые и заливные. По форме они делятся на нормальные, сфериче­

ские и цилиндрические (рис. 76).

Простые шлифы. Простой шлиф состоит из муфты (воронка шлифа) и керна (конус шлифа). Верхняя, широкая часть муфты по внешней окружности имеет небольшое утолщение, называемое рантом или бортиком. Рант придает муфте прочность и в то же время красоту, законченность. Нижняя часть оканчивается либо небольшим толстостенным раздутием в виде несколько сплющен­ ного полого шарика, переходящего в трубку, либо, если трубка шире нижней части муфты, просто трубкой. В средней части внеш­ ней стороны шарика располагают (припаивая из глухой палочки)

«усики», за которые в дальнейшем крепят муфту к керну (резин­ кой или пружинкой). Длина муфты шлифа обычно колеблется от 10 до 30 мм для узких шлифов и от 20 до 60 мм для широких.

Керн (конус) шлифа в узкой части бывает либо обрезан (края обязательно оплавлены, иначе возможны посечки), либо переходит в более узкую трубку. Продолжением другой стороны керна может быть как узкая, так и широкая трубка. Если продолжением служит широкая трубка, а диаметр керна меньше ее, то на границе между ней и керном трубку подрезают по окружности на подрезке. «Уси­

ки» припаивают к трубке вблизи керна. По длине керн всегда

делают больше муфты на 3—5 мм, это вызвано спецификой шли­ фовки (см. § 93).

Для изготовления муфты и керна подбирают толстостенные

трубки (толщина стенок не менее 1,5 мм). Толщина стенок при­ шлифованного шлифа (муфты и керна в отдельности) должна быть не менее 1,5—2 мм (за исключением специальных тонкостен­ ных шлифов). Конусность керна и муфты должна быть одинаковой.

Большая часть керна примерно на 3∕5—Vs длины еще перед шли­ фовкой должна плотно входить в муфту; при этом чем конуснеє

муфта, тем ниже должна быть посадка керна. Повсеместно приня­ тая конусность—1:10 (для простых и нормальных шлифов). Иногда после изготовления муфту рассверливают на шлифоваль­ ном станке, выравнивая внутренние стенки и создавая нужную конусность.

Рис. 76. Виды шлифов:

Д—простые нормальные; Б — термостатируемый; Ö—заливные; Г—сферический;

Д— цилиндрический.

Вкачестве примера разберем изготовление муфты из трубки диаметром 20 мм с толщиной стенок 2 мм.

Начинают работу с изготовления пульки длиною в 150 мм (без

длины держав). Отступя 50 мм от основания одной из держав,

накапливают небольшой толстостенный (толщина стенок 2,5— 3 мм) шарик диаметром 30 мм, вращая трубку на среднем мягком пламени, и продолжают накапливать стекло в сторону меньшей части трубки до образования толстостенной заготовки длиной

30—35 мм (см. § 29).

Размягчают на пламени большую часть заготовки, оставив не размягченным участок в 5—7 мм (в дальнейшем это будет шарик муфты) и слегка остудив верхние слои стекла, помещают заготов­ ку в заранее подобранную канавку обкатки. Вращая в канавке и осаживая, придают заготовке нужную конусность (1 : 10). Обка­ тывая, нужно следить за диаметром заготовки: диаметр части вблизи шарика должен быть меньше диаметра исходной трубки на 2—3 мм, в верхней части равен ему.

Установив узкое резкое пламя, размягчают торец верхней ча­ сти муфты и, работая державой, выбирают лишнее стекло и оття­

гивают державу с остатками выбранного стекла. Выбирать стекло следует осторожно по центру торца, все время вращая заготовку

(к себе и от себя) и следя за тем, чтобы стенки по полю торца после выбирания стекла стали тонкими, а стенки муфты сохранили прежнюю толщину.

Полученное тонкостенное донышко размягчают в пламени и выдувают в тончайший пузырь, который обкалывают разверткой.

162

Размягчать следует только центральную часть донышка, захваты­ вая лишь треть его поверхности. Если размягчить всю поверхность,

то после выдувания часть стенок муфты также раздуется и после обкола пузыря получится ломаный с толстыми зазубринами край, из которого трудно сделать красивый рант.

Обколов тонкостенный пузырь, муфту помещают в пламя сред­

ней величины, размягчают только край ее до исчезновения неров­ ностей и укатывают на обкатке с одновременным развертыванием изнутри разверткой, добиваясь требуемой конусности и образова­ ния края толщиной, равной толщине стенки муфты. Чем лучше обработан край муфты, тем красивее (без наплывов, ровностен­ ный) будет рант. Для его получения сначала доводят до размяг­

чения (вплоть до округления края) торцевую часть муфты, затем

снимают с пламени и, постепенно сдавливая и вращая, плотно при­

жимают торец к графитовой плитке. Размягченное стекло при этом должно равномерно распределиться как снаружи, так и внутри муфты, образовав небольшое утолщение торцевой части. После этого всю муфту снова доводят до размягчения и, вращая на раз­ вертке, выравнивают внутреннюю поверхность муфты. Утолщение, образованное ранее внутри муфты, должно переместиться и слить­ ся с наружным утолщением, образовав единое кольцевое утолще­ ние на наружной поверхности торцевой части муфты. Из этого утолщения можно изготовить рант нескольких видов: округленный, прямоугольный, конический и т. д.

Округленный рант получают, оплавляя края ранта и округляя

их плиткой. Размеры ранта обычно устанавливает стеклодув в за­ висимости от величины шлифа.

Прямоугольный рант получают обкатыванием наружного утолщения (предварительно округленного в пламени) в канавке обкатки, одновременно выравнивая разверткой поверхность из­ нутри.

Для изготовления конического ранта (также предварительно округленного в пламени) прижимают утолщение на ранте под уг­ лом к плоскости плитки, придавая ему нужный конус, и периоди­ чески выравнивают края муфты изнутри разверткой. Еще проще, вращая муфту в канавке обкатки и поместив при этом рант сна­ ружи между вертикальной стенкой обкатки и плиткой, прижимать

рант к стенке обкатки плиткой под углом, придавая ему конусную форму.

После отделки ранта муфту обогревают в пламени, а к шарику муфты припаивают «усики». Затем изделие обогревают и отжи­ гают.

Керн шлифа делают из заготовки, аналогичной заготовке для муфты. Нужную конусность придают керну осаживанием раз­ мягченной заготовки на обкатке. Если на границе между трубкой и широким основанием керна образовались неровности, то вы­ равнивают их на подрезке или обкатке, предварительно разогрев это место в пламени,

Описанным выше способом изготавливают и широкие шлифы (диаметром 70—80 мм). Шлифы еще более крупные гораздо про­

ще делать на горизонтально-заварочном станке (см. гл. XI). Пришлифовывают простые шлифы очень тщательно, каждую

пару (муфта — керн) отдельно. В рабочем состоянии при соответ­ ствующей смазке они обеспечивают вакуум IO-6÷ IO-7 торр (при­ мерно 10~4÷ IO-5 Па).

Термостатируемые шлифы. Шлиф называется термостатируе-

мым, если его муфта или керн снабжены стеклянной оболочкой (термостатируемой рубашкой), расположенной у муфты — сна­ ружи, у керна — внутри (см. рис. 76,6). Через рубашку можно пропускать жидкость, нагретую или охлажденную до определен­ ной температуры, тем самым сохраняя температуру шлифа на постоянном заданном уровне. Изготовление такого шлифа начи­ нают с муфты без ранта, на которой потом монтируют рубашку, или с керна, имеющего двойные стенки. Приемы работы те же,

что и при изготовлении стеклянных холодильников. Шлифуют и притирают муфту и керн только по окончании всех операций,

после спаивания и отжига.

Заливные шлифы. Порядок изготовления заливного шлифа опи­

ком шлифе делают без ранта, чем уменьшают расстояние между шлифом и стенками рубашки. В других — муфта оканчивается не рантом, а короткой широкой трубкой, обрезанной и оплавлен­

ной. Заливные шлифы применяют в тех случаях, когда по усло­

виям эксперимента нельзя применять вакуумную смазку для шлифов. Тогда в качестве смазки (улучшающей герметичность шлифов) используют ту жидкость, которая применяется в при­ боре. Эту жидкость (или металлическую ртуть, если можно) и за­ ливают в воронку, припаянную к керну или муфте.

Нормальные шлифы (НШ). Работа в приборах и на установках,

отдельные части которых соединяются на шлифах, обеспечивает значительно большую герметичность и чистоту, чем в приборах с соединениями на пробках и резиновых трубках. Однако заме­ нять одни части установки другими можно только при условии,

если шлифы строго подогнаны. Необходимость таких приборов

с взаимозаменяющимися частями на шлифах и привела к стан­ дартизации шлифов. В настоящее время во всем мире получили большое распространение стандартные, так называемые нормаль­

ные шлифы. Вся стеклянная лабораторная посуда выпускается промышленностью в соответствии с международным стандартом на нормальных шлифах. Нормальные шлифы имеют одну конус­ ность (1 : 10) и различаются по номерам, например: НШ-8, НШ-10,

НШ-14,5, НШ-19, НШ-29, НШ-34, НШ-45 и т. д. Номер шлифа со­ ответствует диаметру самой широкой части пришлифованной по­ верхности муфты или керна.

164

В лабораторной работе, не требующей высокого вакуума, такие шлифы незаменимы. Однако несмотря на большие достоинства,

нормальные шлифы (НІИ) имеют и существенные недостатки: они не обеспечивают ни постоянного большого давления, ни высокого вакуума.

Рис. 77. Станок для изготовления заготовок для нормальных шлифов:

/ — патрон; 2 —зажимные цанги; 3 —устройство для обжимания заготовок; √-валики; 5 — неподвижный конус; 6— газовая горелка; 7—рукоятка.

Заготовки НШ делают на специальном станке из определен­ ных стандартных трубок. Шлифуют на металлических притирах (см. § 93). Конечно, можно делать заготовки НШ и вручную, но это трудоемко и невыгодно.

Станок для изготовления заготовок для нормальных шлифов

(рис. 77). Вращение шпинделю станка придает электромотор мощностью 0,7 кВт. Скорость вращения шпинделя (максималь­ ная— до 3000 об/мин) можно регулировать. C левой стороны станок имеет специальный патрон 1 с легкими зажимными цан­ гами 2, в которые зажимают трубки — заготовки для нормальных

шлифов. C правой стороны на подвижной каретке закрепляют

устройство 3, снабженное двумя вращающимися валиками 4, име­ ющими конусность 1:10, и неподвижным металлическим конусом 5, при помощи которых обжимают трубки при получении загото­ вок. На станке укреплена газовая горелка 6.

Путем обжима валиками 4 на конусе 5 трубки, размягченной пламенем горелкц, получают заготовки муфт шлифов, но можно

185

изготовить и керны НШ-19, НШ-29 и более. Керны меньшего ди­ аметра получают при помощи специальной формы (рис. 78).

Каждому номеру шлифа способствует определенная форма. В дан­

ную форму, смазанную изнутри мелким графитовым порошком, помещают размягченную на пламени горелки часть трубки, запа-

Рис. 78. Форма для изготовления кернов.

янной с одного конца, и с силой вдувают воздух через открытый конец трубки. После этого форму разжимают и вынимают заго­ товку керна.

Работа на станке особых трудностей не представляет. Сначала на алмазных отрезных кругах нарезают одинаковые по длине

(100—120 мм) отрезки трубок, предназначенные для получения

заготовок муфт шлифов. Для заготовок муфт НШ-10 подбирают

трубки диаметром 11 — 13 мм, для НШ-14,5— диаметром 18—19 мм, для НШ-29 — диаметром 33—34 мм и т. д. Отрезок трубки вста­ вляют в патрон станка и пламенем горелки (при вращении шпин­ деля) доводят свободный конец трубки до размягчения. После этого, предварительно подогрев пламенем и смочив воском или па­ рафином валики 4 и конус 5, каретку с устройством 3 быстро подо­

двигают к размягченной трубке и вставляют весь конус 5 в размяг­

ченную трубку. При помощи рукоятки 7 валки 4 прижимают к раз­ мягченным стенкам трубки. Готовые детали отжигают в печи, за­ тем притирают.

Сферические шлифы. Сферические шлифы применяют в тех слу­

чаях, когда в ходе эксперимента возникает необходимость в пово­ роте одной части прибора относительно другой на определенный угол. Однако их можно использовать только тогда, когда нет необходимости в абсолютной герметичности прибора, например в ректификационных колоннах или в перегонных аппаратах. На рис. 79 показан порядок изготовления сферического шлифа вручную. Для массового производства применяют специальный штамп. Метод шлифовки описан в § 93.

Цилиндрические шлифы. Муфта и втулка цилиндрического шли­ фа, как видно из названия, имеет форму цилиндра. Диаметр та­

ких шлифов доходит до 40 мм, длина —до 200 мм. Муфту полу­ чают путем обтягивания размягченной стеклянной трубки на металлическом калибре под вакуумом (см. § 29). Калиброван-

166

ную трубку делают в 1,5 раза длиннее заданной длины муфты. Среднюю часть трубки отмеряют по длине муфты, а края ее

с обоих концов раздувают так, чтобы с обеих сторон муфты по­ лучились трубки длиной 30—40 мм и диаметром, немного боль­

шим диаметра муфты. Один из раздутых концов припаивают

Рис. 79. Порядок изготовления сферического шлифа — вручную:

Д —муфта; Б — сферический керн (сфера).

к прибору, другой оплавляют и оставляют открытым. Втулку

шлифа изготовляют специальной шлифовкой толстостенной ци­ линдрической трубки, подгоняя ее диаметр под внутренний диа­

метр муфты (см. гл ХШ). Длина втулки должна быть на 20— 30 мм больше длины муфты.

Цилиндрические шлифы применяют в стеклянных реакторах при монтаже приспособления для перемешивания жидкостей, а также в приборах, в которых требуется без нарушения режима эксперимента поднять или опустить исследуемый образец.

§ 56. Краны

Лабораторные стеклянные приборы и установки почти всегда снабжаются стеклянными кранами. Известно множество кранов' различной конфигурации и разного назначения. Они могут быть простыми — двухрантовыми, двух- и трех-ходовыми, вакуумными,

бессмазочными и заливными. Массовое изготовление простых кра­ нов хорошо освоено заводами, выпускающими стеклянные лабо­

раторные изделия, как- у нас в стране, так и за рубежом, и все же при монтаже сложных установок приходится изготовлять краны, и особенно вакуумные, специальные, заливные, вручную.

Простые (двухрантовые) краны. Простой кран состоит из двух­ рантовой муфты (ранты нижний и верхний) с припаянными по бокам отводными трубками и пробки, тщательно пришлифованной

187

к муфте. Пробка в верхней части имеет ручку пли, как ее назы­ вают стеклодувы, костылик, в средней части по горизонтальной оси — проходное отверстие, совпадающее с трубками в муфте (см. ниже).

Муфта и пробка должны быть из одного и того же стекла или из стекол с одинаковыми или близкими по значению К. Т. Р. Иначе

впроцессе работы возможно заедание пришлифованных поверхно­ стей крана или растрескивание муфты.

Изготовление муфты начинают с подбора подходящих трубок для муфты и боковых отводов. Естественно, удобнее де­ лать муфту из толстостенного кранового стекла, но за неимением его с успехом можно использовать и трубки с толщиной стенок 1,5—2 мм. Последние утолщают, как при изготовлении муфты шлифа. Боковые отводные трубы припаивают без дутья, так на­ зываемой «крановой лепкой». Поэтому на подготовку торцов этих трубок следует обратить особое внимание. Торцы боковых трубок

вместе припайки к муфте делают утолщенными (на 2—3 мм толще стенки исходной трубки), с тем чтобы увеличить прочность сцепления трубки с муфтой крана. Если припаять трубку без утолщения краев торца, то даже при легком ударе она отламы­ вается в месте припайки. Отремонтировать такой кран невоз­

отрезок трубки, у которой один конец ровно обрезан, а другой имеет оттянутую державу, и помещают участок трубки вблизи отрезанного конца (15—20 мм от края торца) в среднее мягкое

пламя горелки. В этом месте трубку размягчают по окружности и, сняв с пламени, слегка прижимают торец к графитовой плитке.

При этом в месте нагрева получают небольшое утолщение. Ту же операцию проделывают с соседними участками трубки и т. д. вплоть до получения утолщения нужного размера. После этого утолщенную часть размягчают на пламени и разверткой изнутри развертывают в виде небольшого удлиненного конуса. Если боко­ вая припайка муфты крана превышает в диаметре 20—25 мм, то после известных операций по утолщению стенок края торца обра­

батывают так же, как и в тройниковом спае при крановой лепке широких трубок (см. § 21).

Муфты кранов делают почти так же, как и муфты простых шлифов: накапливают стекло, делают ранты, добиваются задан­ ной конусности. Если муфту изготавливают из крановой трубки, то диаметр трубки подбирают по верхнему диаметру будущей муфты. Длина пульки должна соответствовать длине муфты.

168

малых кранов (диаметром 15—18 мм) и 2,5—3 мм для боль­ ших.

Сделать муфту из крановой трубки проще, чем из обычной.

Пульку разогревают на пламени, причем степень размягчения уменьшают от одной державы к другой. И далее, разогревая и

fí В В

Рис. 80. Обычные (Л), серповидные (5) и штампованные (В) костылики (ручки) к пробкам кранов.

обкатывая, придают пульке нужную конусность. Затем присту­ пают к отделке верхнего ранта. Сделав рант и выровнив внутрен­ нюю поверхность на развертке, горячую муфту либо насаживают на хваток (при больших размерах), либо припаивают к ней стек­ лянную палочку с внешней стороны в месте будущей припайки боковой трубки и выводят ее по центру муфты (при малых раз­

мерах крана).

Нижний рант муфты, насаженной на хваток, отделывают так же, как-и верхний. Нижний рант муфты с выведенной по центру палочкой — державой делать несколько труднее, так как отверстие в нижней ее части (более узкой) приходится делать без выдувания тонкостенного пузыря. Вначале так же, как и при получении верхнего отверстия (под рант), выбирают лишнее стекло до образования тончайших стенок в центре торца муфты. Затем вытягивают тонкие стенки в короткий «усик», который от­ бивают вблизи муфты. Край отверстия разогревают в пламени и развертывают на узкой развертке. Если развернутые края полу­ чились неровные, то их выравнивают, снимая лишнее стекло стек­ лянной палочкой, и после этого приступают к изготовлению ранта известным способом. Во время всех операций муфту периодически обогревают на пламени, постоянно поддерживая температуру ра­ зогрева стекла, близкую к размягчению.

Завершив отделку рантов, к муфте в месте припайки трубок

припаивают прямую стеклянную трубку или палочку (перпенди­ кулярно к вертикальной оси муфты), а ранее припаянную изогну­ тую палочку — державу либо оттягивают на пламени, либо отби­ вают легким ударом ножа для резки стекла. По окружности цент­ ральной части муфты размечают места, по которым предпола­ гается припаять трубки (две или три). Разметку делают тонким концом размягченной стеклянной палочки, ставя еле заметные точки-бугорки по местам будущих припаек. Затем на узком пла­

169