Автоматизированное проектирование деталей крыла

Обтяжные пуансоны с  применением эпоксидной композиции могут быть двух видов: с металлическим  поддоном или монолитные. первый вид  представляет собой каркас (металлический  или деревянный), на котором смонтирован поддон из стального или дюралюминиевого листа толщиной 1,5-2мм. Поддон облицовывают эпоксидной композицией, образующей рабочую поверхность пуансона. Второй вид пуансонов представляет собой каркас, заполненный пескоклеевой массой или бетоном. На этом заполнителе располагают облицовку из эпоксидной композиции толщиной 10-20мм.

Пуансоны для профилей изготавливают чаще всего, применяя балинит вместе с эпоксидной композицией. По конструктивному признаку обтяжные пуансоны для профилей подразделяют на две группы: монолитные и пустотелые. Пустотелые пуансоны применяют для изготовления деталей из профилей, имеющих толщину полок до 3мм, а монолитные – для профилей, у которых толщина полок имеет большую величину.

Монолитные обтяжные пуансоны, в свою очередь, подразделяются на две разновидности: с рабочим контуром из балинита и из эпоксипласта.

Контрольно-доводочную оснастку применяют для доводки и контроля листовых и профильных деталей, полученных на выколоточных молотах, после посадки, разводки и некоторых других операций штамповки, обтяжки и формовки.

Вся оснастка в зависимости от конфигурации и типа, изготовляемых на ней деталей подразделяется на три вида: болванки для деталей типа обшивок и жесткостей, контрольно-доводочные плазы и лекала для деталей из листового материала и профилей, оправки для доводки малок на полках шпангоутов и нервюр агрегатов самолета.

По конструктивному  признаку всю контрольно-доводочную оснастку подразделяют на следующие группы:

• монолитные из хвойной древесины;
• монолитные из хвойной древесины с облицовкой рабочего контура твёрдыми породами дерева или балинитом;
• монолитные из пескоклеевой массы с наклеенными бобышками из древесины;
• пустотелые из хвойной древесины;
• пустотелые с облицовкой из эпоксипласта.

Выбор той или иной конструкции оснастки зависит от габаритов изготовляемых на ней деталей, а также от назначения самой оснастки.

Монолитные болванки из хвойной древесины изготовляют  из отдельных щитов-заготовок. Существенное влияние на прочность болванки оказывает толщина щитов, идущих в общий массив, а также их расположение.

Чем толще, применяемые в массиве щиты, тем меньше прочность болванки. Оптимальная толщина щитов, склеенных из отдельных сосновых реек, 60мм.

Расположение щитов-заготовок  и, следовательно, направление волокон  древесины может быть разное: продольное, смешанное, взаимно перпендикулярное и «в ёлочку».

Формблок служит для формования деталей на гидропрессе путем обжатия листовой заготовки резиной. Он играет роль пуансона, и поэтому его изготавливают по внутренним размерам и форме штампуемой детали.

На формблоке производят следующие операции: отгибку бортов, отбортовку отверстий с одновременной просечкой их, формовку рифтов и подсечек, вогнутых и выпуклых зон, расположенных на плоскости детали.

При наличии  в деталях  отбортовок, рифтов и подсечек и  для воспроизведения точного рельефа этих элементов конструкции путём обжатия резиной дополнительно применяют жёсткие прижимные накладки, изготовляемые совместно с формблоком.

Классифицируют формблоки  по технологическим и конструктивным признакам деталей, контуры которых выполняют при помощи формблоков.

Все детали, формуемые  резиной на формблоках, можно подразделить на восемь групп (рис. 6.3.):

1. плоские детали;
2. детали, имеющие один борт;
3. детали, имеющие два борта, направленные в одну сторону;
4. детали, имеющие два борта, направленные в разные стороны;
5. детали, имеющие два борта, направленные в разные стороны, с дополнительным бортиком жёсткости;
6. детали, у которых борта образуют закрытый контур (типа коробочки). Поверхности таких деталей могут быть гладкими или с отбортовками и рифтами. Контуры деталей могут быть как прямолинейными, так и криволинейными;

7. детали с одним или двумя криволинейными бортами, направленные в одну или в разные стороны. Контуры таких деталей бывают прямолинейными (например, лонжерон руля). Поверхности деталей гладкие или с различными отбортовками;
8. детали, сложные по конфигурации, имеющие специфические особенности при изготовлении (например, закрутку или кривизну по контуру).

В соответствии с этой классификацией деталей формблоки также делятся на восемь групп.

Формблоки для деталей  первой группы  изготовляют толщиной от 20мми выше в зависимости от габаритов формуемой детали. Для выполнения в деталях лунок, отбортовок и рифтов жесткости в формблоках предусматривают соответствующие элементы.

В зависимости от глубины  и конфигурации, получаемые в деталях, отбортовки могут быть выполнены за один или два перехода.

Открытые отбортовки формуют обычно за один переход, при этом в формблоке делают вырез глубиной больше борта детали на 4-5мм (рис. 6.4.).

Закрытые отбортовки (рис. 6.5.) формуют в два перехода на одном и том же формблоке. Для деталей, имеющих глубокую отбортовку, направленную вниз, кроме того, применяют отдельные вкладыши и прижимные накладки. Толщина накладок 10-15мм, фиксируют их на те же шпильки, что и детали. Рабочие края накладок снимают под углом 60⁰ и скругляют радиусом 6мм.

Формблоки для деталей второй группы изготовляют такой толщины, чтобы расстояние от края формируемой детали до основания формблока было 8-10мм (рис. 6.6, а). Стандартная высота формблока 30-40мм.

Для формовки деталей  второй группы прижимную накладку не применяют только в том случае, если ширина стенки детали в 4 раза больше высоты ее борта (рис. 6.6, а).

При ширине стенки детали от 25мм до размера, равного четырем высотам ее борта, формблоки изготовляют с накладками (рис. 6.6, б). Если ширина стенки детали менее 25мм, то ширина формблока не должна быть менее 40-45мм. При этом на накладке делают выступ, равный толщине материала детали (рис. 6.6, в).

Высота пакета (формблок – деталь – накладка) для всех типов деталей не должна превышать 70мм.

Если деталь имеет  с двух сторон отбортовки, а другие две стороны не имеют отбортовок, то торцы формблока для такой детали в том месте, где нет бортов, делают на 15-20мм более детали (рис. 6.7.). Кромки формблоков в этих местах для предохранения резины скругляют радиусом 5мм.

Формблоки для деталей третей группы, имеющих закрытую малку у одного или двух бортов, изготовляют разъемными для возможности снятия детали после формовки (рис. 6.8.).

 

Формблоки для деталей, заканчивающихся острым углом с шириной стенки менее 10мм (например, хвостики нервюр), упрочняют на участке 40-60мм, т.е. расширяют основание формблока, делая открытую малки в 30-40⁰ (рис. 6.9, а). При таком формблоке требуется ручная доводка деталей, что не всегда целесообразно. Лучшее для таких деталей изготавливать комбинированный формблок. Узкую его часть надо делать из дуралюмина (рис. 6.9, б).

Формблоки для деталей четвертой  группы конструктивно выполняют по-разному, в зависимости от количества переходов.

В один переход изготавливают детали, у которых высота внутреннего борта меньше 8мм. В этом случае формблок изготавливают со специальными упорами (рис. 6.10.).

Если высота внутреннего борта более 8мм, то деталь формуют в два перехода.

Длину формблока первого перехода, на котором формуют внутренний борт, берут с учетом длины развернутого наружного борта детали плюс 10-20мм (рис. 6.11, а). Кромки формблока в этих местах для предохранения резины скругляют радиусом 5мм.

В накладке формблока  второго перехода делают паз для предохранения внутреннего борта во время формовки наружного борта (рис 6.11, б).

Формблоки для деталей пятой группы. Детали этого типа изготовляют обычно в три перехода, поэтому и формблоки изготавливают для каждого перехода.

На формблоке первого перехода формуют бортик жесткости. Для увеличения давления при гибке бортика на общее фанерное основание формблока ставят упор (рис. 6.12, а). Рабочую кромка упора обрабатывают эквидистантно рабочей кромке формблока примерно на расстоянии 25мм.

Ширину формблока берут с  учетом высоты развернутого контурного и неконтурного бортов.

На формблоке второго  перехода формуют неконтурный борт. Ширину борта формблока в каждом сечении берут с учетом развернутой высоты контурного борта (рис. 6.12, б).

На формблоке третьего перехода формуют контурный борт (рис. 6.12, в). Ширина такого формблока должна быть не менее 40мм.

Детали данного типа зачастую формуют и в два перехода. формблок при этом выполняют двойной, т.е. рассчитанный на две заготовки (по ширине), и с двумя прижимными накладками (рис. 6.13.). Процесс формовки таких деталей заключается в следующем. За первый переход первоначально формуют большой борт жесткости и частично малый бортик жесткости. Затем заготовку поворачивают на 180⁰, фиксируя ее по тем же шпилечным отверстиям на новые шпильки. На деталь накладывают и фиксируют накладку. На освободившееся место устанавливают новую заготовку детали. Причем до формовки основного борта вручную слегка доформировывают бортик жесткости. При вторичной формовке отформировывают основной борт и окончательно откалибровывают малый бортик жесткости.

Формблоки для детали шестой группы. Детали этого типа формируют в два перехода. На формблоке первого перехода формуют бортики жесткости (рис. 6.14, а), а на формблоке второго перехода – основной борт. Чтобы снимать деталь с формблока его изготавливают разъемным из двух половин (рис. 6.14, б).

Формблоки для деталей  седьмой группы. Детали этого типа в зависимости от направления бортов изготовляют в один или два перехода. Если бота направлены в одну сторону, то изготавливают только один формблок , на котором формуют оба борта (рис. 6.15.). Если борта направлены в разные стороны, то изготавливают формблоки для двух переходов. На формблоке первого перехода формуют внутренний борт, а если борта наружные, то любой из бортов (рис. 6.16, а).

Ширину формблока в каждом сечении берут с учетом высоты развернутого второго борта. Формблок второго перехода изготовляют с прижимной пластиной, предохраняющей отогнутый борт во время формовки второго борта (рис. 6.16, б). Толщину прижимной накладки берут в зависимости от высоты отогнутого борта детали.

Формблоки для деталей  восьмой группы по конструктивному оформлению аналогичны описанным выше. Особенность их заключается только в том, что формблоки этого типа имеют сложную форму, а иногда частично двойную кривизну. Для повышения качества изготовления по ним деталей такие формблоки должны быть увязаны с другой заготовительно-штамповочной оснасткой.

 

 

 

 

 

 

2. Создание управляющих программ для обработки оснастки

Используя модели деталей, созданных при увязке конструкции, графические системы позволяют создавать программы траекторий движения инструмента для обработки заготовительно-штамповочной, макетной и прочей оснастки.

В целом методика создания управляющих программ для обработки оснастки схожа с методикой для обработки шаблонов. Отличие заключается в том, что обработка уже не 2-х-координатная, а 3-х.

Как уже было отмечено, моделирование деталей осуществляется в системе «Unigraphics», а подготовка программ может осуществляться в этой же системе либо модель может быть передана через промежуточный стандарт «IGES» в «Cimatron it» и подготовка программ может осуществляться здесь.

Для изготовления эталона  поверхности в файле, содержащем электронную модель поверхности, предварительно моделируется поверхность заготовки, создается система координат, соответствующая способу базирования заготовки эталона на столе станка. Затем выделяется зона обработки: указывается поверхность заготовки (начало фрезерования), затем указывается поверхность оснастки (конец фрезерования).

Примеры траекторий обработки болванки для выклейки лобовика крыла, показанного на ДП 1301.02.07.10.20.00 СБ, изображена на плакате ДП 1301.02.07.00.20.01. 

7. Изготовление деталей крыла

 

1. Изготовление деталей из композиционных материалов

Как уже было отмечено, большая часть конструкции рассматриваемого крыла изготавливается из гибридных¹⁸ композиционных материалов и панелей с сотовым заполнителем, которые, в свою очередь, также изготавливаются из ПКМ¹⁹.

1. Изготовление обшивок из композиционных материалов

 Технологический процесс  изготовления деталей из ПКМ начинается с изготовления препрега – сочетание смолы и волокна.

Изготовление препрега осуществляется на специальных пропитывающих машинах. Работа таких машин заключена в том, что ткань пропитывается раствором смолы и растворителя, затем растворитель частично подсушивается, а смола – полимеризуется. Окончательная полимеризация происходит после выкладки препрега на оснастку для придания требуемых форм.

Внутренние и внешние  обшивки верхней и нижней панелей, например, изготавливаются путем выкладки по оснастке с последующим формованием (так изготавливается большинство деталей крыла). Выкладка препрега в пакеты осуществляется ручным или автоматизированным путем.

Ручная выкладка заключается  в послойном наборе пакетов в  соответствии со схемой выкладки, приводимой на чертежах. Перед выкладкой поверхность оснастки покрывается антиадгезионным составом или на неё укладывается разделительная плёнка. После выкладки каждого слоя производится уплотнение пакета обогреваемым роликом через разделительную плёнку для удаления воздушных включений и упрочнения сцепления слоёв. Формование может осуществляться  с помощью герметичной эластичной оболочки по двум вариантам: вакуумное формование в термошкафу или формование в автоклаве. В случае с обшивками крыла применяется формование в автоклаве.