Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной работе представлены конструкция и технология изготовления панели пола багажного отсека самолета АН-148 из композиционных материалов.

В конструкторской части выпускной работы бакалавра представлено назначение и описание регионального пассажирского самолета АН-148, произведен анализ материалов применяемых в конструкции панели пола, а также произведен прочностной расчет панели.

В технологической части был разработан технологический процесс изготовления панели пола багажного отсека. Также было рассчитано количество материала, необходимое для получения изделия. Рассчитаны нормы времени на выполнение операций выкладки.

В экономической части была рассчитана себестоимость изделия, проведена оценка расходов на содержание и эксплуатацию оборудования.

В разделе безопасности жизнедеятельности был проведен анализ опасностей при изготовлении панели пола, а также рассчитана вентиляция для участка, на котором будет изготавливаться проектируемое изделие.

Анотація

В даній роботі представлено конструкція та технологія виготовлення панелі пiдлоги багажного вiдсiку літака АН-148 з композиційних матеріалів.

В конструкторській частині випускної роботи представлено призначення та опис регіонального пасажирського літака АН-148,був проведений аналіз матеріалів необхідних для виготовлення панелі пiдлоги, а також проведений розрахунок конструкції на міцність.

В технологічній частині був розроблений технологічний процес виготовлення панелі пiдлоги багажного вiдсiку. Також була розрахована кількість матеріалу, необхідна для виготовлення виробу. Визначені норми часу на виконання операцій викладання.

В економічній частині була розрахована собівартість виробу, проведена оцінка витрат на експлуатацію і утримання обладнання.

У розділі безпеки життєдіяльності був проведений аналіз небезпек при виготовленні панелі пiдлоги, а також розрахована вентиляція для ділянки на якій виготовляється виріб, що проектується.

The summary

In the given activity are submitted a design and production process of the panel of a floor of a baggage compartment of an airplane AN-148 from composite materials.

In a designer part is made the analysis of stuffs of the panel, used in a design, of the baggage compartment and also the strength calculation of the panel is made.

In a technological part the master schedule of manufacturing of the panel of the floor of the baggage compartment was designed. Quantity of a stuff indispensable for obtaining of an item also was counted. The norms of time for fulfilment of operations of the calculation are counted.

In an economical part the cost price of an item was counted, the estimation of the consumptions on the contents and exploitation of the equipment is conducted.

In section of safety of habitability the analysis of dangers was conducted at manufacturing of the panel of the floor of the baggage compartment, and also the ventilation for a segment is counted, on which one the designed item will be produced.

Введение

В настоящее время современные композиционные материалы (стекло-, угле-, и органопластики) нашли широкое применение в конструкциях летательных аппаратов. Особенно широкое применение новые материалы находят при изготовлении средненагруженных конструкций, хотя имеется и достаточное число примеров изготовления из них высоконагруженных конструкций, таких как крыло, стабилизатор, киль, шасси и др.

За счет применения более легких, по сравнению с алюминием материалов, уменьшения конструктивных и технологических разъемов, замены механического крепежа на клеевые соединения и др., достигается снижение массы конструкции на 15...20% и трудоемкости изготовления на 30…40%.

Изготовление конструкций из КМ состоит из ряда специфических процессов. Эти процессы проектируются под конкретное оборудование и осуществляются в определенных производственных условиях по соответственно разработанной для каждого из них теорий. Например, формование изделия базируется на общих законах физики и химии полимеров.

Применение усовершенствованных КМ требует нового подхода к вопросам конструирования и расчета, разработки технологии и оснастки. Особенно это проявляется с ростом габаритов конструкции. Так устранение многих технологических разъемов, дав выигрыш в массе, требует повышения жесткости всей конструкции, вследствие чего наряду с сотовым заполнителем вводят силовые балки и трубчатый заполнитель, в связи с чем сложность увязки элементов конструкции возрастает. Большие габариты конструкции вызывают необходимость в создании или приобретении специализированного оборудования, необходимость в создании секционной оснастки, а это в свою очередь, усложняет ее увязку и получение высокой точности контура. Разница в коэффициентах линейного расширения оснастки и формуемой детали требует разработки особого режима нагрева и охлаждения и т.д.

Настоящая работа относится к разработке, освоению и внедрению технологического процесса изготовления панели пола багажного отсека самолета АН-148. В конструкторской части представлен прочностной расчет панели пола. Экономическая часть данного проекта представляет собой расчет себестоимости изготавливаемого изделия.

Технологическая часть включает в себя разработку технологического процесса изготовления панели пола багажного отсека. Также было рассчитано количество материала, необходимое для получения изделия. Рассчитаны нормы времени на выполнение операций выкладки.

1. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание конструкции самолета АН-148

Самолет предназначен для перевозки 70 пассажиров, багажа, почты и грузов на внутренних и международных авиалиниях с возможностью базирования на подготовленных ВПП с искусственным покрытием.

Самолет представляет собой свободнонесущий высокоплан с двумя двухконтурными турбореактивными двигателями, размещенными в гондолах под крылом, и трехопорным одностоечным шасси с передней и двумя основными опорами.

Крыло - стреловидное, большого удлинения, трапециевидной формы в плане без наплывов, скомпоновано на базе новых суперкритических профилей, разработанных в АНТК им. О. К. Антонова.

На передней кромке крыла установлены отклоняемые носки; на задней кромке установлены двухщелевые однозвенные закрылки с фиксированным дефлектором и элероны без аэродинамической компенсации, отклоняемые тормозные и глиссадно-тормозные интерцепторы.

Фюзеляж - круглого сечения.

Оперение - однокилевое, Т-образное, с неподвижным стабилизатором, установленным на киле. Рули направления и высоты - однозвенные, без аэродинамической компенсации.

Основные требуемые ЛТХ:

крейсерская высота полета………………………………….…11600 м

крейсерская скорость……………………………...………….....820 км/ч

практическая дальность полета на крейсерской скорости….…...….820 км/ч

- с максимальной платной нагрузкой……….………..….2200 км

- с 70 пассажирами……….…………………………….......2800 км

длина ВПП………………………………………….………………1800 м

максимальная взлетная масса…………………………………36400 кг

максимальная масса снаряженного самолет………………..22500 кг

размах крыла (проекционный)………………………………..…28,92 м

длина самолета………………………………………………....…28,59 м

высота самолета (пустого) на стоянке………………………....8,17 м

стреловидность крыла (по 0,25 b)………………………………...25°

площадь (теоретическая)…………………………………...….87,29 м2

диаметр фюзеляжа.…………………………………...………….3,35 м

длина фюзеляжа.……………………………………………..….26,20 м

площадь мидельного сечения (с обтекателем шасси)..….9,46 м2

база (пустой самолет)………………………………………….10490 мм

колея (по наружному колесу)……………………….………....4580 мм.

Общий вид самолета представлен на рис. 1.1.



Рис. 1.1 - Общий вид самолета Ан -148

Наработки, полученные в результате проведения исследований, позволили осуществить более сложную программу по созданию высоконагруженных агрегатов из КМ для широкофюзеляжного самолета Ан-70. Объем конструкции из стекло-, угле-, органопластиков на самолете Ан-70 достиг 20% от массы планера (см. рис.1.2).



Рис. 1.2 - Применение КМ в конструкции АН - 70

1.2 Применение полимерных композиционных материалов в конструкциях изделий АН

АНТК им. О. К. Антонова с начала 1970-х годов является ведущей организацией в авиационной промышленности по созданию и внедрению в транспортных и пассажирских самолетах конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ).

За относительно короткий срок созданы новые самолеты "АН", в которых объемы применения ПКМ соответствуют или превосходят известные в мировой практике для аналогичных типов самолетов зарубежных фирм "Боинг", "Эрбас Индастриз" и др.

Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах "АН" представлены в табл. 1

Таблица1 - Объемы и эффективность применения ПКМ в самолетах "АН".

Показатели	АН-28	АН-72	АН-124	АН-140	АН-70
Количество узлов и агрегатов, шт	90	430	1100	920	3270
Площадь поверхности, м2	100	250	1500	380	1630
Масса, кг	180	980	5500	1340	6740
Снижение массы, кг	60	350	2100	480	2250

Самолеты и конструкции из ПКМ успешно прошли прочностные и летные испытания, сертифицированы по международным нормам, освоены в производстве и в большинстве выпускаются серийно. Накопленный опыт эксплуатации самолетов подтвердил высокую эффективность применения ПКМ и надежность конструкций.

В процессе создания новых самолетов "АН" решены многие научно-технические проблемы, разработаны уникальные конструкции нового типа из ПКМ и технологии их изготовления, в том числе силовых и ответственных высоконагруженных агрегатов крыла и оперения, многие из которых стали уже традиционными, а некоторые не имеют зарубежных аналогов.

Детали, узлы и агрегаты из ПКМ охватывают широкий диапазон конструктивно - технологических решений:

- трехслойные с сотовым заполнителем (размером 2,212,7 м);

- монолитные и каркасные (размером до 2,56,0 м);

- трехслойные трубчатые (диаметром до 2,8 м);

- интегральные (размером до 2,510,0 м);

- декорированные элементы интерьера и бытового оборудования;

- детали антифрикционного назначения и другие.

Широко используются ПКМ в конструкциях разрабатываемого наземного транспорта: троллейбусах, трамваях, спортивных велосипедах, а также товарах народного потребления.

1.3 Общие сведения о конcтрукции и назначение панели пола самолета АН-148

Панель пола багажного отсека - это цельноформованная конструкция. Она представляет собой монолитную конструкцию, подкрепленную по регулярному сечению элементами жесткости. Панель пола багажного отсека представлена на рис. 1.3.

На панель пола багажного отсека действует распределенная нагрузка от груза и роликов, на которые опирается данная панель.

Пол багажного отсека расположен между шпангоутами № 31 и №42 и состоит из каркаса, съемных (панели, которые крепятся болтами) и легкосъемных (панели, которые крепятся поворотными замками) панелей. Панели изготовлены из стеклоткани Т-10-14 с продольными и поперечными рифтами из пенопласта ЭТ-Р1.

Такой заполнитель обеспечивает повышение жесткости конструкции и уменьшение ее веса по сравнению с монолитной конструкцией.

Рис.1.3 - Панель пола багажного отсека самолета АН -148

1.4 Анализ материалов применяемых в конструкции панели пола багажного отсека самолета АН-148

Для изготовления панели пола багажного отсека самолета Ан-148 использован стеклопластик на основе ткани Т-10-14 и связующего 5-211БН. Связующее 5-211БН относится к эпоксидным связующим и предназначено для пропитки стеклянных углеродных и органических наполнителей. Данное связующее рекомендовано для изготовления, как силовых конструкций, так и деталей интерьера. Оно обладает достаточной прочностью и адгезией к стеклянным волокнам. Также по сравнению с другими связующими оно обладает меньшей токсичностью и более технологично при изготовлении препрегов на его основе и дальнейшем получении стеклопластика.

Пластики на основе связующего 5-211БН рекомендуется использовать в интервале температур -60 - +80С. Стеклопластик на основе ткани Т-10-14 и связующего 5-211БН изготавливается методами вакуумного, автоклавного формования и прессования.

В качестве армирующего материал, как было указано ранее, используется стеклоткань Т-10-14 сатинового переплетения.

Свойства стеклоткани определяются свойствами стекловолокна. Стекловолокна имеют очень высокий предел прочности при растяжении, превышающий прочность других текстильных волокон. Удельная прочность стекловолокон (отношение прочности при растяжении к плотности) превышает аналогичную характеристику стальной проволоки.

Так как природа стекловолокон неорганическая, они не горят и не поддерживают горение. Высокая температура плавления стекловолокон позволяет использовать их в области высоких температур.

Стекловолокна не воздействуют на большинство химикатов и не разрушаются под их влиянием. Стеклоткань не токсична.

За счет аппретирования стеклоткани гидрофобным замасливателем, который также предупреждает истирание волокон между собой, стекловолокна не собирают влагу следовательно, не набухают, не растягиваются и не разрушаются под ее воздействием.

Стекловолокна не гниют и сохраняют свои высокие прочностные свойства в среде с повышенной влажностью.

Стекловолокна имеют низкий коэффициент линейного расширения и большой коэффициент теплопроводности. Эти свойства позволяют эксплуатировать их при повышенных температурах.

Свойства и условия получения стеклотканей зависят от строения этих тканей, плотности переплетения, извитости пряжи, плотности исходной пряжи и от условий ткачества.

1.5 Прочностной расчет конструкции панели пола багажного отсека самолета АН-148

Проектирование - наиболее ответственный этап разработки, в процессе которого определяются технические характеристики изделия и проверяется возможность реализации поставленной задачи. Заложенные на данном этапе конструктивные решения определяют успех дальнейшей разработки изделия, сроки отработки и ее эксплуатационные качества. Определение наилучшего конструктивного решения - чрезвычайно сложный процесс, состоящий из работ по обеспечению наилучших эксплуатационных условий нагружения, выбору рациональных форм деталей и материалов, способствующих получению минимальной массы конструкции с учетом технологичности и стоимости. Все эти требования в равной мере выполнить нельзя. Как правило, за основу принимают одно или несколько требований, например для летательных аппаратов одним из основных будет обеспечение минимальной массы. В данном разделе представлен прочностной расчет пола багажного отсека самолета АН-148. Определение нагрузок на панель пола багажного отсека самолета АН-148

Предварительно задается для багажного грузового отсека:

· S =15,5 ;

· = 5,0 ;

· G = 77,5 ,

где S - площадь багажного отсека;

- сдвиговая нагрузка панели;

G - нагрузка в багажном грузовом отсеке.

Нагрузки от роликов определяют для двух положений:

· в первом полетном положении принимают, что на один ролик действует нагрузка = 165 кг и будут нагружены все ролики. Следовательно нагрузка в этом положении будет

f - коэффициент запаса прочности.

· Во втором положении загрузки, выгрузки принимают, что на один ролик действует нагрузка = 64 кг и будут нагружены все ролики. Нагрузка для этого случая будет равна

Также на панель пола действует равномерно распределенная нагрузка - горизонтальная и наклонная

- нагрузки на горизонтальные панели пола,

- нагрузки, приложенные по нормали к наклонной поверхности панели пола

· Горизонтальная нагрузка

· Наклонная нагрузка

.

Выбор материала для изготовления панели пола багажного отсека самолета АН-148

Выбираем четыре марки ткани - Т -60/2 (ВМП), Т-10-14, Т-42/1-76, СВМ и для них проводим сравнительный анализ при укладке. Сравнительный анализ материалов приведен в табл.2.

Табл. 2 - Сравнительный анализ материалов

Марка ткани	Угол укладки	Т -60/2 (ВМП)	Т-10-14	Т-42/1-76	СВМ
Характе-ристики		Укл. 0	Укл. 0/90	Укл. 0	Укл. 0/90	Укл. 0	Укл. 0/90	Укл. 0	Укл. 0/90
	0	134.4	58.8	68.3	53.4	90	62	40
	90	2.7	-	37.6		39		22.2
	0	45.5	20.6	36.7	26.7	25	29	8
	90	12.8		24		32		7
	0	5517	3270	3540	3099	4300	3100	2000
	90	1577		2640		1830
		0.16	0.21	0.23	0.15
		2.03	1.976	1.5	1.3

По результатам таблицы выбираем ткань Т-10-14 и используем ее во всех дальнейших расчетах.

Построение эпюр

Необходимо рассмотреть два расчетных случая нагружения панели пола багажного отсека в полетном положении. В соответствии с данными расчетными случаями построим эпюры изгибающего момента.

На рис. 1.4 изобразим расчетные случаи нагружения, действующие на ролики в полетном положении.

Рис. 1.4 - Система нагрузок, действующих на ролики: а - система нагрузок для первого расчетного случая; б - система нагрузок для второго расчетного случая

а) составим систему уравнений для первого расчетного случая:

Решив данную систему, получаем: ,

После расчетов моменты будут равны: ;



Рис.1.5 - Эпюра изгибающих моментов

б) составим систему уравнений для второго расчетного случая

Решая данную систему получили: ,

Моменты для этого случая равны: : ;

;

.

На рис.1.6 изобразим эпюру моментов от действия роликов.



Рис.1.6 - Эпюра изгибающих моментов

Итак, расчет большого рифта будет проводиться для момента М=32758,2 .

Сечение большого рифта в первом приближении

Рис.1.7 - Схема сечения большого рифта

Находим центр тяжести большого рифта по формуле:

Момент инерции находим по формуле

Напряжение растяжения в гофре (по вершине) находим по формуле

Запас прочности по растяжению с учетом k=0.8 согласно “ Сводки снижения запаса прочности ”

Напряжение сжатия в обшивке

Запас прочности по сжатию

Сечение большого рифта

Из данной системы уравнений находим реакцию

следовательно реакция равна:

.

Максимальный момент равен:

.

На рис.1.9 изображено сечение большого рифта.

Рис. 1.9 - Сечение большого рифта.

Находим центр тяжести большого рифта по формуле



Момент инерции находим по формуле

Напряжение растяжения в гофре (по вершине) находим по формуле

Запас прочности по растяжению с учетом k=0.8 согласно “ Сводки снижения запаса прочности ”

Напряжение сжатия в обшивке

Запас прочности по сжатию

но с учетом того, что k=0.8, то .

Определение сдвига в стенках большого и малого рифтов

а) Определение сдвига в стенке большого рифта

Определим максимальный предел прочности на сдвиг

С учетом k= 0.8 согласно “ Сводки снижения запаса прочности ”

Запас прочности по сдвигу равно

б) Определение сдвига в стенке малого рифта

;

Запас прочности по сдвигу равно

После проведенных расчетов можно сказать, что данная конструкция полностью отвечает всем требованиям прочности, которые предъявляются к ней.

2. Технологическая часть

2.1 Технические требования

Технологические процессы приготовления связующих, изготовления препрегов и их контроля должны производиться в отдельном специализированном помещении при температуре воздуха 15_30 С и относительной влажности не более 75 % с обеспечением всех требований технологии, безопасности труда, пожарной безопасности, культуры производства и качества работ в соответствии с действующей на заводе нормативной документацией.

Контроль параметров температуры и относительной влажности воздуха производить в рабочей зоне производственных участков приготовления связующих, подготовки наполнителей и изготовления препрегов, подготовки оснастки, выкладки деталей и подготовки к вакуум _ автоклавному формованию с помощью психрометров с регистрацией их значений в Журнале контроля температуры и влажности»,по установленной на предприятии форме.

Исходные компоненты и материалы, применяемые для приготовления связующих и изготовления препрегов, должны соответствовать требованиям нормативно_технической документации (НТД), приведенной в табл. 2.1 и 2.2, и проходить входной контроль в объеме и порядке, установленными действующей на заводе организационно_технической документацией.

Контроль растворов связующих и препрегов производит лаборатория физико-химического анализа в процессе выполнения указанных технологических операций.

Рабочие, занятые приготовлением связующих, изготовлением препрегов и выполняющие все операции технологического процесса изготовления деталей и элементов конструкций, должны пройти обучение и аттестацию на знание технологических процессов и на право выполнения работ, соответствующих их квалификации.

Средства технологического оснащения и инструменты, используемые для приготовления связующих, изготовления препрегов, деталей и элементов конструкций из ПКМ, должны соответствовать требованиям проведения технологических процессов и проходить периодическую проверку. Перечень средств технологического оснащения приведен в табл.2.1.

Условия хранения исходных компонентов, связующих, армирующих наполнителей и других основных и вспомогательных материалов должны соответствовать требованиям НТД, приведенной в табл. 2.1. После истечения гарантийного срока хранения или нарушения условий хранения указанные материалы должны быть переиспытаны в объеме и по методике технических требований НТД на указанный материал с выдачей заключения об их пригодности в соответствии с действующей на заводе организационно_технической документацией.

В табл. 2.1 представлены вспомогательные материалы, применяемые при изготовлении панели пола багажного отсека самолета АН-148.

Таблица 2.1 - Вспомагательные материалы, применяемые при изготовлении панели пола

Материалы	Обозначение НТД	Назначение
Пленка полиамидная неориентированная марки ТС	ТУ6-19-255-84	Изготовление вакуумных мешков
Жгут уплотнительный 51-Г-27	ТУ5772-007-05108038-97	Изготовление и крепление к оснастке вакуумных мешков
Пленка полипропиленовая толщиной 20-40 мкм	ТУ 38-1022-75	Разделительный слой при формовании
Пленка фторопластовая толщиной 20 мкм	ГОСТ 24222-80	Разделительный слой при формовании деталей
Материалы	Обозначение НТД	Назначение
Пленка полиэтиленовая толщиной 40-50 мкм	ГОСТ 10354-82	Разделительный слой для препрегов
Смазка СК-5: Продукт 136-321-М Катализатор отверждения	ТРИ59-1016 ТУ 6-02-1-776-92	Разделительный слой на стеклопластиковые формы Компонент смазки Компонент смазки
Нефрас С2-80/120	ТУ38.401-67-108-92	Растворитель для лриготовления смазки СК-5, обезжиривания оснастки
Ацетон технический	ГОСТ 2768-89	Обезжиривание деталей, оснастки, инструмента, оборудования
Стеклоткань Т-13	ГОСТ 19170-2001	Дренаж при формовании
Сетка металлическая с ячейкой 0,5-1,0 мм		Фильтрация связующего
Шкурка шлифовальная Р80,Р60	ГОСТ 5009-82	Зачистка деталей
Салфетки из х/б тканей		Протирка и обезжиривание поверхностей
Ткань из синтетических нитей арт.56208	ГОСТ 15978-93	«Жертвенный» слой для создания шероховатости поверхности

Примечание Материалы, указанные в табл. 3, могут быть заменены аналогичными материалами других марок

В табл. 2.2 представлены средства технологического оснащения применяемые при изготовлении панели пола багажного отсека.

Таблица 2.2 - средства технологического оснащения при изготовлении панели пола

Наименование, модель, тип	Назначение
Автоклав электрический типа «Шольц», рабочее давление до 0,5 Мпа (5.0 кгс/см2), температура нагрева до 200С	Вакуум-автоклавное формование деталей и элементов конструкции
Установка для пропитки стеклотканей типаУПСТ_1000 М	Изготовление препрегов на основе стеклотканей
Установка для пропитки стеклоленты типа УЛС_2М	Изготовление препрегов на основе стеклоленты
Аппараты с механическим перемешивающим устройством типа 4109_0,063_06К_01, оборудованный обратным холодильником	Приготовление связующего 5-211БН
Самопишущие электронные приборы, диапазон измерения температуры от 0 до 100 С, класс точности 0,5	Контроль температуры
Измельчитель типа ИПР-150	Размол твердых компонентов связующих
Камера холодильная, температура охлаждения до минус 5С	Хранение препрегов
Линейка металлическая, L=1000 мм, цена деления 1 мм	Разметка препрегов, клеевой пленки, тканей и других материалов
Ролик прикаточный для уплотнения препрега	Уплотнение препрега при выкладке
Стол с бортовым отсосом	Раскрой и выкладка препрега
Гигрометр психрометрический, диапазон измерения относительной влажности от 40 до 90%, цена деления шкал 0,2С	Измерение относительной влажности и температуры воздуха в помещении
Термометр лабораторный, диапазон измерения температуры не менее 0 - 50 С, погрешность измерения не более 1,5С, цена деления 0,5С	Измерение температуры окружающей среды
Денсимер, ГОСТ 18481-81 (ареометр)	Измерение плотности раствора связующего
Ножницы	Раскрой дренажа, разделительных пленок препрегов
Нож	Раскрой препрега, пленочных клеев
Фен с регулируемой температурой нагрева до 100С	Подогрев клея при укладке на обшивку
Штангенциркуль, предел измерений 0 - 150 мм, цена деления 0,1 мм	Измерение толщины деталей
Перфоратор игольчатый	Выполнение перфорации в разделительных пленках
Пневматическая машина типа АМП-2	Для обрезки технологического припуска
Алмазный обрезной руг с зернистостью 300-600 мкм	Для порезки образцов-свидетелей и обрезки деталей
Пылесос типа ППВМ	Удаление продуктов зачистки
Весы технические, диапазон измерения массы 0,2_20 кг, цена деления 0,05кг, погрешность измерения не более 10г	Взвешивание компонентов связующих, деталей
Весы аналитические с разновесами типа ВЛР-200, диапазон измерения массы 0_200 г, погрешность 0,001 г	Взвешивание образцов для проведения физико-химического анализа
Скребки из цветного металла	Очистка оснастки
Кисти плоские волосяные несинтетические	Нанесение разделительной смазки СК_5
Емкости алюминиевые, эмалированные или из нержавеющей стали с герметично закрывающимися крышками	Хранение связующих
Стеклянные бутыли	Хранение растворителей

Примечание Средства технологического оснащения, указанные в табл. 2.2, могут быть дополнены или заменены другими, обеспечивающими требуемое качество и безопасность выполнения технологических операций.

2.2 Требования к панелям пола багажного отсека

1. Панели должны быть безопасно повреждаемыми и надежны в экс плуатации в течение всего срока службы самолета.

2. Панели должны обладать минимальным весом и минимальной стоимостью в изготовлении и эксплуатации.

2.1. Обеспечивать возможность изготовления панелей с максимально возможным качеством элементов зацело, за исключением трудоемких и трудно контролируемых подгоночно-сборочных работ;

2.2. Обеспечивать минимально возможное количество элементов механического крепежа (концентраторов напряжений) и зон сосредоточенной передачи усилий.

3. В конструкции должны обеспечиваться расчетная прочность материалов и другие их характеристики в пакете слоев в соответствии с ТУ на материал: плотность, пористость, толщина монослоя, угол укладки и т.п.

4. Ремонтопригодность должна обеспечиваться:

- всесторонним доступом к элементам конструкции перед их сборкой-склейкой;

- доступом к силовым узлам и наиболее нагруженным местам конструкции после сборки склейки (поясов и стенок лонжеронов у корня, обшивок в зоне радиусного перехода, мест механического соединения элементов конструкции);

2.3 Расчет количества армирующего материала

При изготовлении панели пола багажного отсека самолета АН-148 использованы стеклоткань Т-10-14 Поверхностная плотность стеклоткани Т-10-14 - спов =0,29 кг/м2 , толщина ткани д=0,23мм, плотность ткани - с=2400 кг/м3 , ширина ткани b=900мм. Определим площадь ткани:



где - коэффициент технологических потерь.

.

Определим коэффициент использования материала:

.

Определим массу ткани Т-10-14.

2.4 Технологический процесс приготовления связующего 5-211БН

При изготовлении панели пола багажного отсека самолета АН-148 использовано связующее 5-211БН. Рассмотрим технологический процесс его изготовления. Приготовление раствора связующего производить в аппаратах, указанных в табл. 2.2.

Технологический процесс приготовления раствора связующего состоит из следующих операций:

1) расчет количества составляющих компонентов связующего;

2) подготовка компонентов связующего;

3) подготовка аппаратов к работе;

4) приготовление связующего;

5) отбор проб и контроль связующего;

6) хранение связующего.

Расчет количества компонентов для приготовления растворов связующих производить из материалов и в соответствии с рецептурой, указанной в табл.2.3, с обеспечением требуемой концентрации согласно табл. 2.4.

Таблица 2.3 - Рецептура растворов связующего

Наименование компонентов	Массовая доля компонентов связующего
Смола ЭД-20Ф	50
Смола УП-631У	50
Смола СФ-341А	70
Спирто - ацетоновая смесь (1:1)	170

• Таблица 2.4 - Плотность и концентрация раствора связующего

Марка связующего	Параметры при Т=20С
	Плотность,	Концентрация,%
5-211БН	1,011-1,061	50-60

2.4.1 Расчет необходимого количества связующего 5-211БН

Определим необходимое количество связующего для пропитки 13 м. ткани.

По ПИ-59-1016-01 содержание связующего в пластике 37%, а содержание наполнителя в пластике - 63%.

Составим пропорцию и определим сухой остаток связующего в пластике

3.77 - 63

х - 37

х=.

Итак, масса сухого остатка связующего в пластике составляет Мс.о.=2.21 кг.

При 50%-ой концентрации связующего 5-211БН масса растворителя составляет 2,21 кг. Mраств =2,21кг

Определим массу связующего по формуле

где - коэффициент технологических потерь, .

Произведем расчет количества компонентов для приготовления связующего 5-211БН.

Для приготовления связующего 50 %_ной концентрации производится следующий расчет количества компонентов.

Количество каждого компонента связующего определяют из соотношения

где Мi - масса искомого компонента связующего, кг;

Мсв - масса необходимого для пропитки связующего, кг;

- удельное массовое содержание искомого компонента в рецептуре связующего.

Масса смолы эпоксидной ЭД - 20:

Масса смолы эпоксидной УП-631-У:

Масса смолы СФ-341А:

Масса спирто- ацетоновой смеси:

2.4.2 Подготовка компонентов связующего

Эпоксидная смола УП-631У поставляется в металлических емкостях и при температуре 15 -30С находится в высоко вязком состоянии. Для улучшения условий отбора необходимого количества смолы УП-631У, емкости охладить до температуры 5 - 10С, извлечь необходимое количество смолы и измельчить на куски размером не более 10мм и до загрузки хранить в холодильнике.

Смолу СФ-341А измельчить на куски не более 5 мм в измельчителе типа ИПР - 150.

Спирто - ацетоновую смесь готовить из равных массовых частей спирта этилового и ацетона.

2.4.3 Приготовление связующего 5-211БН

В аппарат при работающей мешалке залить расчетное количество спирто - ацетоновой смеси (1:1) и загрузить в произвольном порядке последовательно расчетные количества остальных компонентов связующего смолы СФ - 341А, ЭД - 20, УП - 631У согласно рецептуре. Смесь компонентов перемешать при температуре 15 - 30С в течение 1 - 2 часов до получения гомогенного раствора. Приготовленное связующее, удовлетворяющее по плотности и концентрации, слить через фильтрующую сетку или 2 -3 слоя марли в герметично закрываемые емкости, снабженные ярлыком с указанием марки связующего, его количества и ответственных за приготовление и передать в произвожство для изготовления препрегов или хранения.

панель пол багажный отсек самолет

2.5 Приготовление препрега

Приготовление препрега включает в себя технологические операции пропитки армирующего материала связующим и его сушку. Эти операции проводятся в пропиточной машине и совмещены по времени. Сущность процесса приготовления препрега состоит в нанесении связующего на армирующий материал, его равномерном распределении и фиксации путем сушки.

От качества пропитки и сушки зависит монолитность и плотность структуры КМ. Чтобы получить хорошее качество пропитки, пропиточный состав должен иметь определенную вязкость.

Процесс приготовления препрега подразделяется на 3 стадии:

1. нанесение связующего на армирующий материал;

2. фильтрация связующего в армирующий материал;

3. удаление растворителей и сушка.

Операция наноса связующего

Эта операция технологического процесса зависит от следующих технологических параметров:

· скорости перемещения армирующего материала по тракту пропиточной машины;

· угла наклона выходящей ветви арматуры к горизонту;

· плотности жидкого связующего;

· сил поверхностного натяжения;

· динамической вязкости пропиточного компаунда.

Приготовление препрега ткани Т-10-14 производится на установке типа УПСТ-1000М. Концентрация раствора связующего для пропитки должна быть 50-58%. Перед началом пропитки необходимо проверить работоспособность вентиляции, узлов установки и чистоту всех валков на пути прохождения пропитанной ткани. Далее необходимо установить рулоны пропитываемой ткани и разделительной пленки в разматывающие устройства. Протянуть заправочное полотно по тканепроводу установки и соединить пропитываемую ткань с заправочным полотном. . На рис. 2.1 представлена схема основных узлов пропиточной машины с заправкой ткани по тканепроводу.

Рис. 2.1 - Схема пропиточной машины и заправки ткани по тканепроводу

1 - разматывающее устройство; 2 - зажимное устройство; 3 - рулон сухой ткани; 4 - механизм соединения ткани; 5 - накопитель; 6 - пропиточная ванна; 7 - пропиточный вал; 8 - отжимное устройство; 9 _ валки тянущие; 10 - разделительная пленка; 11 - валки подающие; 12 - рулон препрега; 13 - приемное устройство

Далее устанавливаем на контрольно-регулирующих приборах установки температуру в камере сушки ткани и камерах подсушки препрега по зонам. В табл.2.5 представлены параметры пропитки армирующего материала связующим 5-211БН.

Таблица 2.5 - Параметры пропитки армирующего материала

Марка наполнителя	Температура по зонам, С	Скорость протяги-вания ткани, м/мин	Натяжение,
	подсушки наполнителя	I	II	III
Т-10-14	110-120	405	655	555	2-4	35-40

Включаем механизм протягивания ткани и устанавливаем скорость движения пропитываемой ткани. По достижении требуемой температуры по зонам сушильной камеры необходимо залить в ванну раствор связующего необходимой концентрации. Далее включаем механизм протягивания.

В процессе пропитки препрега контролируемыми параметрами являются:

1) температура в камерах сушки;

2) скорость протягивания ткани;

3) уровень связующего в пропиточной ванне;

4) метраж пропитанной ткани;

5) величину натяжения ткани;

6) суммарный относительный привес связующего и летучих.

В табл. 2.6 приведены характеристики препрегов в зависимости от армирующего материала.

Таблица 2.6 - Характеристики препрегов

Марка наполнителя	Суммарный привес связующего и летучих %	Характеристики препрега (мас. %)
		Содержание связующего	Содержание летучих	Содержание растворимой части смолы
Т-10-14	30-40	28-34	2-6	95

После окончания пропитки выполняются следующие операции:

1) отключение электропитания установки;

2) слив остатка связующего из пропиточной ванны;

3) очистить валки тканепровода и ванну от связующего;

4) выключить вытяжную вентиляцию.

Каждый рулон препрега укладывается в полиэтиленовый мешок. Упакованные рулоны хранятся в горизонтальном положении в один ярус.

2.6 Описание оснастки для изготовления панели пола багажного отсека самолета АН-148

Технологическая оснастка изготавливается, в основном, индивидуально для каждой детали и включает в себя: форму, обеспечивающую формообразование теоретического контура и качество поверхности, и отдельные ее элементы, обеспечивающие оформление как наружных, так и внутренних поверхностей детали в соответствии с требованиями КД, а также устройства для подсоединения к вакуумной сети, транспортировки и др.

Оснастка для выкладки панели пола металлическая и крепится к основанию с помощью гаек, шайбы повышают силу зажима. С помощью дренажной трубы происходит отвод излишков связующего. Цулага формирует внутреннюю поверхность панели.

Оснастка должна отвечать некоторм требованиям:

- возможность сохранения своей формообразующей поверхности при ее многократном использовании;

- возможность нанесения адгезионного покрытия;

- материал оснастки должен быть химически нейтрален к композиту;

- материал оправки должен обеспечивать необходимую жесткость и температурную устойчивость к температурным режимам формования изделий;

- легкость удаления

Конструкция и материалы технологической оснастки должны обеспечить вакуум-автоклавное формование деталей при повышенных температуре и давлении с учетом программы изготовления, температурных коэффициентов линейного расширения материала детали и оснастки, герметичности и других требований.

Подготовку рабочей поверхности оснастки и других элементов (цулаг, упоров) производить путем выполнения следующих операций:

1) проверить общее состояние и комплектность оснастки на соответствие КД;

2) очистить и удалить с рабочей поверхности и других элементов оснастки остатки связующего, клея, жгута уплотнительного и других загрязнений вручную, скребками из цветного металла или при помощи салфеток из хлопчатобумажной ткани.

Заземлить форму и обезжирить очищенные поверхности оснастки нефрасом, затем ацетоном с помощью салфеток из хлопчатобумажной ткани. Просушить в течение 15_25 мин после каждой операции при температуре воздуха в помещении.

Примечание. Перед применением нефраса ввести в него антистатическую присадку «Сигбол» в соотношении:

1) нефрас - 1000 массовых частей;

2) антистатическая присадка «Сигбол» - 2 массовых части.

Нанести на форму и другие элементы оснастки разделительный слой.

В качестве разделительного слоя применяется смазка СК_5.

Она наносится на формообразующую поверхность оснастки в два слоя. Нанесенный первый слой необходимо сушить на воздухе при температуре помещения в течение 1 часа. Второй и последующие слои смазки наносятся в перекрестном направлении и сушатся аналогично первому слою. Затем проводится термообработка смазки при температуре 110?С в течении 3 часов.

2.7 Выбор и обоснование метода формообразования

Выбор метода формообразования изделий из композиционных материалов (КМ) зависит от назначения изделия, состава связующего, габаритных размеров и др.

Методом выкладки изготавливают силовые и несиловые плоские и объемные детали сложной конфигурации. Технологический процесс выкладки в зависимости от геометрии деталей и возможностей производства по способу выполнения разделяется на ручной, автоматизированный и механизированный.

Ручная выкладка применяется при производстве малогабаритных деталей, а также для изготовления любых деталей при отсутствии выкладочных станков с ЧПУ. Как правило, выкладка производится “сухим” способом - предварительно пропитанным полуфабрикатом (препрегом). Этим методом изготавливаются обшивки, панели, накладки, лючки и др. они могут иметь разную толщину и ориентацию волокон, которые задаются в зависимости от характера, величины и направления действующих напряжений.

2.7.1 Раскрой препрега армирующего материала

Ручной раскрой препрегов на заготовки для формования деталей производится совместно с разделительной пленкой на рабочих местах (столах), оснащенных устройствами, обеспечивающими удаление летучих веществ, используя нож, ножницы.

Раскрой производят по разметке и (или) накладным шаблонам. Погрешность раскроя 1 мм

Для деталей несложного контура, образованного прямыми линиями, ручной раскрой препрегов выполняют ножом непосредственно по накладному шаблону (угольнику, линейке) без предварительной разметки.

Для деталей со сложным криволинейным контуром предварительно выполняют разметку с последующим раскроем.

Разметку препрегов производят на рабочем столе с помощью линеек, угольников, шаблонов развертки детали и цветных карандашей.

Для обеспечения требуемой точности разметки и раскроя с требуемой ориентацией нитей основы препрега производят фиксацию взаимного расположения линеек, угольников, шаблонов и размечаемого препрега на рабочем столе.

Разметку и раскрой препрегов при изготовлении первых комплектов деталей, допускается выполнять непосредственно на формовочной оснастке по имеющейся разметке контура детали, при этом обеспечить плотное прилегание препрега к рабочей поверхности оснастки, исключить повреждение разделительного слоя оснастки путем укладки на оснастку под препрег твердых подложек в зоне реза.

В процессе работы при ухудшении качества резки кромки режущего инструмента необходимо очистить от налипания связующего хлопчатобумажной салфеткой, смоченной ацетоном.

2.8 Вакуум _ автоклавное формование панели пола багажного отсека самолета АН-148

Технологическим процессом формования является процесс придания изделию на оснастке необратимой формы и свойств, соответствующих эксплуатационным. Каждый процесс формования характеризуется совокупностью технологических параметров: давлением формования, температурой и временем.

В процессе формования закладываются основные механические и упругие характеристики изделия. Поэтому, правильное проведение процесса формования имеет очень большое значение. Факторы правильности проведения процесса формования:

· 100% степень полимеризации или очень близкая к ней;

· минимальное количество летучих продуктов в изделии;

· величина остаточного напряженно- деформируемого состояния, которая включает в себя усадочные и температурные напряжения, должна стремиться к минимуму.

Формование изделия зависит от назначения изделия, его габаритов, типа связующего. При этом тип связующего определяет в основном температуру процесса формования, габариты - ее изменение по времени, а назначение детали - величину давления формования

Для формования изделия по режиму для связующего 5-211БН применяется автоклав типа Шольц.

Погрузить форму на тележку автоклава, закатить в автоклав.

Соединить между собой вакуумной трубкой.

Присоединить к свободному штуцеру прибор для контроля герметичности, другой штуцер подключить к вакуумной системе автоклава.

Отсоединить прибор для контроля герметичности, свободный штуцер подключить к контрольному прибору автоклава.

Выполнить вакуум-автоклавное формование по режиму:

Создать вакуумное давление:

Рвак.общ 0,85 кгс/см2 - на общем вакууметре

Рвак.контр 0,8 кгс/см2 - на контрольном вакууметре под вакуумным мешком.

Поднять температуру до Т1=(75±5)0С со скоростью не более 1 -2?C/мин.

Выдержать при Т1=(75±5)0С в течение 1 часа.

Создать избыточное давление Равт=(2,5-3)кгс/см2.

В процессе создания избыточного давления контролировать падение вакуума. В случае падения вакуумного давления ниже Рвак.общ<0,75 кгс/см2 и Рвак.контр < 0,5 кгс/см2 снять избыточное давление, определить и устранить причину разгерметизации. Повторить операции 24.

Поднять температуру до Т2=(150±5)0С со скоростью не более 1 -1,5град/мин.

В случае падения Рвак.контр.<0,5 кгс/см2 переключить трубопровод на отсос (вакуумную систему). Рвак. контролировать через каждые 30 мин.

Выдержать после достижения температуры(150±5) 0С в течении 4-х часов.

Снять избыточное давление Равт

Произвести охлаждение под Рвак. до температуры

30-40С со скоростью 1,0С/мин.

Отключить вакуум и открыть автоклав.

В случае выхода одного из параметров режима терообработки за границу допустимых значений (температуры, избыточного или вакуумного давления) необходимо прекратить проведение режима термообработки, доложить мастеру и начальнику цеха.

Если температура термообработки ( на момент выхода одного из параметров за границу допустимых значений ) не превысила 80 С, допускается после устранения нарушения (например, восстановления герметичности вакуумного мешка) продолжить режим термообработки до его завершения.

11. Вынуть формы из автоклава.

Снять вакуумные мешки, дренажные трубки, дренажный материал и цулагу в присутствии технолога НИО КМ.

Удалить оправки, не допуская повреждения поверхности

оправок о торцы панели.

12. Зачистить выклеенную панель от остатков связующего.

13. Произвести неразрушающий контроль панели импедансно-акустическим методом.

Не снимая заготовку с оснастки выполнить разметку корневого обреза детали по ленточному шаблону. Разметку выполнять карандашом или чертилкой.

Маркировать и клеймить белой краской по инструкции ОПИ-63-94 на внутренней поверхности в зоне припуска согласно чертежа с указанием № чертежа, № машины, № паспорта.

Рис.2.1 - Режим формования изделий

2.9 Расчет норм времени на операции выкладки панели пола багажного отсека самолета АН-148

Штучное время на подготовку формообразующей поверхности

Подготовка оснастки включает следующие операции:

- установка оснастки на рабочем месте, подготовка материалов и инструментов;

- протирку поверхности ФОП, смоченной в бензине салфеткой;

- предъявление оснастки мастеру.

Штучное время (в минутах) на подготовку поверхности стекло-пластиковой ФОП определяется эмпирическими зависимостями:

или

,

Где S- площадь поверхности оснастки, дм;

ф- штучное время, мин;

А, В - эмпирические коэффициенты.

Решая квадратное уравнение, относительно , получим два корня, из которых следует выбрать физически обоснованные, т.е. которые имеют положительное значение.

Итак, штучное время на подготовку формообразующей оснастки составляет:

Штучное время на нанесение одного слоя разделительной поверхности.

Нанесение разделительного слоя (антиадгезионных смазок) на поверхность оснастки и цулагу включает в себя следующие операции:

- подготовка рабочего мест, материалов и инструмента;

- нанесение адгезива на защищаемую поверхность.

Штучное время на нанесение одного слоя определяется также по уравнению

отличие будет состоять лишь в коэффициентах А и В

Как и в предыдущем случае выбираем значение, больше нуля,

т. е. .

Штучное время на выкладку одного слоя

Следующий процесс - это процесс выкладки слоев на ФОП, который включает в себя:

- подготовка рабочего места, материалов и инструмента;

- раскрой и укладку необходимого количества разделительной пленки;

- раскрой необходимого количества препрега с помощью линейки или шаблона, ножа или ножниц;

- укладку заготовок препрега на поверхность стола в соответствии со схемой ориентации волокон, удаление разделительной пленки;

- повторение 2-х предыдущих операций в зависимости от количества разделительной пленки и выкладку ее на наружный пакет.

- отмер и обрезку необходимого количества стеклоткани для дренажного слоя и обмотку дренажных трубок;

- предъявление результата работы мастеру или в БТК;

- уборка рабочего места.

Решим уравнение



и коэффициенты А и В выберем в зависимости от размеров изделия и вида оснастки:

.

Штучное время на выкладку одного слоя препрега равно .

Штучное время на выкладку 9 - ти слоев препрега будет равно

Штучное время на изготовление вакуумного мешка

Выбираем эмпирические коэффициенты А и В

Решив квадратное уравнение, определили штучное время на изготовление вакуумного мешка: .

Штучное время на изготовление одного рифта

В данном случае эмпирические коэффициенты будут равны

Штучное время на изготовление одного рифта составляет .

Штучное время на изготовление 18 - ти рифтов будет равно

.

После расчета времени на отдельные операции можно определить суммарное штучное время , которое необходимо затратить на выкладку нашей детали, оно будет равно сумме отдельных операций, т.е.

Где - Штучное время на подготовку формообразующей

поверхности;

- штучное время на нанесение одного слоя разделительной поверхности;

- штучное время на выкладку 9 - ти слоев препрега;

- штучное время на изготовление вакуумного мешка;

- штучное время на изготовление 18 - ти рифтов.

Значит =

2.10 Механическая обработка панели пола багажного отсека самолета АН-148

Механическая обработка композиционных материалов обладает рядом специфических особенностей, отличающих ее от аналогичной обработки металлов. В то же время процессу механообработки КМ присущи те же явления что и при обработке металлов: силовые и тепловые явления, интенсивность изнашивания режущего инструмента. Основными особенностями КМ, определяющими специфику их механической обработки, являются: анизотропия свойств, низкая адгезионная прочность по границе наполнителя и связующего, приводящего к расслоению, высокая твердость армирующего материала соизмерима с твердостью режущего инструмента, что снижает эффективность обработки из-за быстрого износа инструмента.

Поэтому при обработке необходимо чтобы выполнялись следующие правила:

1) уменьшить мощность станков для механообработки КМ, это дает возможность широко принять пневматический инструмент и тем самым снижать энергетические затраты и повышать безопасность производства;

2) режущие кромки инструмента необходимо выполнять из твердых сплавов или с алмазным напылением. Они должны быть остро заточены и иметь большое значение задних узлов;

3) канавки для отвода стружки должны быть увеличены для ее размещения и быстрого отвода, чтобы не происходило ее налипание вследствие низкой теплопроводности КМ.

Механическая обработка панели пола багажного отсека включает в себя обрезку панели по периметру а также удаление излишков полимеризованого связующего с помощью шлифовальной шкурки №12, 16.

Согласно условиям поставки панели ее обрезка по периметру производится с технологическим припуском 10-15мм. Обрезка панели производится с помощью пневматической машины АМП-2.

2.11 Контроль качества панели пола багажного отсека самолета АН - 148

Качество изделия - это свойства, обеспечивающие ее применение согласно назначению. Качество продукции является одной из ключевых проблем производства

Качество изготовления деталей и конструкций обеспечивается соблюдением правил конструкторской документации (КД) и технологических режимов на всех этапах изготовления.

В нашем случае контролю качества подлежит панель пола багажного отсека самолета АН-148. Неразрушающий контроль качества проводить по инструкции ПИ 1.4.1485-85 «Контроль неразрушающий неразъемных соединений конструкций из ПКМ».

В процессе изготовления конструкции контролю подлежат:

1) Технологическая оснастка для изготовления панели пола (наличие входящих элементов, чистота формообразующей поверхностей и соответствие геометрическим размерам панели);

2) Применяемые основные материалы подлежат входному контролю на соответствие требований нормативно-технической документации (НТД);

3) Основные технологические операции (приготовление связующего, изготовление препрегов, выкладки слоев препрега, в соответствии с требованиями с КД и инструкций, герметичность вакуумного мешка и соблюдение режимов формования согласно требованиям инструкции).

Контроль механических свойств стеклопластика производить на образцах-свидетелях согласно ТИ 59-1110-92 «Механические испытания образцов из полимерных композиционных материалов».

Изготовленная панель должна маркироваться и клеймиться согласно требованиям КД и инструкции ОПИ63 - 94 «Маркировка и клеймение материалов, полуфабрикатов, деталей, узлов и агрегатов в процессе производства изделий АН».

3. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Экономические преимущества внедрения композиционных материалов

Преимущества высокопрочного композитного материала в настоящее время хорошо известны. При их правильном использовании можно получить снижение массы почти для любой конструкции по сравнению с металлами.

Быстрый рост использования КМ представляет собой попытку снизить быстро возрастающую стоимость производства. Наибольшее снижение цен происходит при использовании КМ в новых конструкционных решениях. Было установлено, что условия рассмотрения производственных аспектов на каждой стадии проектирования стеклопластиковые изделия будут иметь меньшую массу на 2,5% по сравнению с металлическими.