Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Конструкторская часть

1.1 Техническое описание и конструктивно-технологический анализ базовой конструкции

1.2 Определение действующих нагрузок на агрегат

1.3 Выбор и обоснование материала основных конструктивных элементов киля

1.4 Проектировочный расчет геометрических характеристик в регулярных и нерегулярных сечениях агрегата и узлах

1.5 Проектирование трехслойной панели с сотовым заполнителем

2. Технологическая часть

2.1 Объем и объекты заготовительно-штамповочных работ

2.2 Классификатор типовых деталей

2.2.1 Детали каркаса из листа

2.2.2 Детали внутреннего набора, крепежа топливной и гидросистем, радио и электрооборудования

2.3 Анализ существующих технологических решений

2.4 Методы и средства изготовления основных деталей

2.4.1 Детали типа жесткостей, ферм, диафрагм

2.4.2 Мелкие детали типа коробочек, замкнутого и разомкнутого контура, накладок, компенсаторов, уголков с отверстиями или без

2.4.3 Детали типа профилей, нервюр с бортами, рифтами, отбортовками

2.4.4 Плоские детали типа косынок, пластин, ребер с прямолинейными контурами с отверстиями без них

2.4.5 Малогабаритные плоские детали типа сложной сложного криволинейного контура типа шайб, колец, ребер, прокладок, с отверстиями или без

2.4.6 Детали типа цельнотянутых коробочек, днищ, кожухов с фланцами, а также без них, с отверстиями и без них

2.4.7 Детали внутренних систем типа полупатрубков

2.5 Типовые технологические процессы основных групп деталей

2.6 Разработка конструктивных решений оснастки для производства деталей из листа

2.6.1 Определение размеров заготовок при гибке

2.6.2 Упругое пружинение при гибке

2.6.3 Изгибающие моменты и усилия гибки

2.6.4 Проверочные расчеты штампа на прочность

2.6.5 Расчет усилия при выглаживании

2.7 Гибкий автоматизированный комплекс ГПК-3

2.7.1 Производственный процесс, выполняемый на участке ГПК-3

2.7.2 Программное обеспечение

2.8 Разработка схемы изготовления и увязки заготовительно-штамповочной оснастки

2.9 Решения по обеспечению качества изготовления продукции и способы контроля

2.10 Проектирование цеха

2.10.1 Производственная программа цеха

2.10.2 Расчет количества оборудования и обоснование типа производства

2.10.3 Расчет фондов времени

2.10.4 Определение штата цеха

2.10.5 Определение площадей цеха

2.10.6 Компоновка и планировка цеха

3. Безопасность жизнедеятельности. Анализ условий труда в цехе и разработка мероприятий по охране труда

3.1 Безопасность жизнедеятельности в цехе

3.2 Общая характеристика условий труда в цехе

3.3 Мероприятия по снижению шума и вибраций и защите от их воздействия

3.4 Расчёт естественного освещения

3.5 Обеспечение экологической безопасности производства

3.6 Чрезвычайные ситуации

3.6.1 Перечень опасностей, которые могут привести к чрезвычайным ситуациям

3.6.2 Материально-техническое обеспечение потребностей ГО

3.6.3 Анализ факторов опасности в чрезвычайных ситуациях

4. Экономическая часть

4.1 План производства цеха

4.2 Структура заработной платы

4.3 Расчет затрат на содержание и эксплуатацию оборудования

4.4 Расчет цеховых расходов

4.5 Расчет плановой условной цены j-ого изделия

4.6 Определение точки безубыточности

Список литературы

Введение

В данном дипломном проекте рассмотрено заготовительно-штамповочное производство мелко- и среднегабаритных деталей из листа пассажирского самолета.

В конструкторской части проекта представлена конструкция киля пассажирского самолета, предложена модификация панели.

В технологической части представлена номенклатура изготавливаемых деталей, подобрано оборудование и типовые технологические процессы, разработана компоновка и планировка цеха, проведены необходимые расчеты производственных и непроизводственных площадей, количества рабочих, необходимое количество оборудования.

В разделе безопасности жизнедеятельности проведен анализ влияния опасных и вредных факторов на человека и разработаны мероприятия по предотвращению и ослаблению их воздействия на человека,а также проведен анализ по выявлению опапасностей, которые могут привести к черезвычайным ситуациям.

В экономической части проекта приведен расчет технико-экономических показателей производства листовых деталей пассажирского самолета.

1. Конструкторская часть

1.1 Техническое описание и конструктивно-технологический анализ базовой конструкции

В качестве базовой конструкции рассмотрим конструкцию киля самолёта типа АН-140. Самолет Ан 140 разработан для замены самолета Ан-24. Он предназначен для перевозки пассажиров, багажа, почты и грузов на региональных и ближних магистральных авиалиниях с возможностью эксплуатации как на ВПП с искусственным покрытием, так и на грунтовых ВПП.

Киль представляет собой цельнометаллический двухлонжеронный кессон сборно-клепанной конструкции, состоящий из работающей обшивки с усиливающими местами постановки люков, стрингеров, нормальных и усиленных нервюр, силовых диафрагм залонжеронной части, стенок залонжеронной части. Исключения составляют стеклопластиковые панели залонжеронной части, обеспечивающие снижение массы.

На киль по четырем узлам навески ставится руль направления с триммером сервокомпенсатором. В носовой части имеется носок с противообледенительной системой.

Внутри кессона киля расположено - электро и радиооборудование, в хвостовой части проходят элементы системы управления.

Межлонжероная часть киля и носок герметичны. К фюзеляжу киль крепится по 38 и 40 шпангоутом фитинговыми соединениями, находящимися в корневых частях лонжеронов.

Основная номенклатура материалов и полуфабрикатов, применяемых в конструкции киля, является традиционной и освоенной авиапромышленностью.

Основные материалы применяемые в конструкции:

- обшивка -1163 АТВ, Д16;

- стрингеры - Д16ЧТ;

- лонжероны, силовые нервюры, диафрагмы - 1933ТЗ, Д16ЧТ;

- стыковочные профиля - Д16 АТ.

- нормальные нервюры, накладные листы в местах постановки люков - 1163 АМВ;

Максимальные габариты заготовок обшивок одинарной и двойной кривизны не более 1700?6000 мм. Типовая длина заготовок для стрингеров, поясов, лонжеронов не более 6000 мм.

Конструктивно-технологические решения, влияющие на технологию изготовления киля:

- применение классных металлических конструкций автоклавного склеивания с использованием ВК-51А горячего отвердения;

- клееклепальные продольные и поперечные стыки на клею ВК-27;

- применение заклепок повышенного ресурса и герметичности с повышенной высотой закладной головки;

- оптимальное применение композиционных материалов;

В качестве герметизирующих материалов и материалов антикорозионной защиты в конструкции киля применяются герметики МЭС-5М, ВИТЭФ-1НТ; заполнитель ВЗ-27М; группы ЭП-0214 и ЭП-0215, эмаль ЭП-140, противокоррозионное средство НГ-222, что позволяет применить традиционную технологию и существующие средства механизации.

Для серийного производства самолета не потребуется нового технологического оборудования, а будет задействовано традиционное оборудование, в том числе станки с ЧПУ; по основным видам производства:

- по механообработке: УСМ-21, ФМ-04-3, ПМФ-5С, ФП-7, ФП-17, МА-655;

- по поверхностному упрочнению: ДОК-1, ВУД-1000;

- по заготовительно-штамповочному: РО-3м, ОП-3, БДУ-2М, КГЛ-1, QRP-600, ПГР-7, ПГР-6, РФП-2 и т.д.

- по агрегатно-сборочному: КП-204М, КП-406М, КП-503М, сверлильно-клепальные автоматы: АК-5.5-2.4, АК-2.2-0.5;

- ручной механизированный инструмент типа СМ, РМ, КМП, МП и т.д.

1.2 Определение действующих нагрузок на агрегат

Нагрузки на вертикальное оперение

1) Управляющая или демпфирующая нагрузка обусловлена равновесием моментов рысканья относительно оси ОУ самолета с вертикальным и без вертикального оперения

Му_в.о = Му_s.в.о

2) Маневренная эксплуатационная нагрузка возникает при резком отклонении руля и зависит от темпа его отклонения.

Р^э_ман = ±К_ман *f*S_во

где К_ман =0.48 - коэффициент учитывающий особенности маневра

3) При односторонней остановке двигателя, расположенного на крыле, на оперении возникает ассиметричная нагрузка. Обычно принимается, что на оперение действует 75% его максимальной эксплуатационной нагрузки.

Нагрузка по размаху оперения распределяется пропорционально его хордам.

Наиболее тяжелый случай нагружения для вертикального оперения является резкое отклонение руля направления при большом скоростном напоре.

Р ^э_{ман в.о} = ±0.75*0.48*()max* S_в.о,

где S_в.о=10.822м²

Р ^э _в.о= ±0.36 10.822 = 26825.78 Н

Распределение маневренной нагрузки между килем и рулем направления производится пропорционально их площадям

; ;

S_р.п =3.21м² S_к = 7.612м²

=26825,78=18868,77Н

26825.78= 7957.01Н

Полная нагрузка по размаху Р.Н распределяется пропорционально хордам

q ^р _р.п = в_р.п= в_р.п

q ^р _р.п.о =

q ^р _р.п.к =

Руль направления представляет собой балку на трех опорах нагруженную распределенной нагрузкой.



Рис 1.1

Погонная нагрузка по размаху киля распределяется пропорционально хордам

q ^р _кил = в_к= в_к

q ^р _кил.о =

q ^р _кил.о =

q ^р' _к.к =

Результаты расчетов приведены в таблицах 1.1 и 1.2

Таблица 1.1

Zi	вim	qiн/м	УQiн	УМiн/м	УQiн	УМагр н/м
0	2.13	10559,77	35148,12	69657,38	35148,12	69657,38
0.71	1.98	9816,12	27914,68	47270,09	30914,68 24814,68	46270,09
2.41	1.56	7733,91	12997,16	12495,03	16397,16 10397,16	11735,03
3.88	1.18	5850	2912,99	801,07	5212,99 1012,99	241,7
4.43	1.03	5106,36	0	0	0	0

Таблица 1.2

Z	вim	с м	mэн	Мэ н.м	МzУ н.м
0	2.13	0.852 0.519	3516,38	9207.5	25043.9
0.71	1.98	0.792 0.483	3033.18	6882.46	22718.86 15472.06
2.41	1.56	0.624 0.38	1887.07	2700.25	11289.85 5673.85
3.98	1.18	0.472 0.288	1076.4	522.1	3495.7 522.1
4.43	1.03	0.412 0.281	822.12	0	0



Рис 1.2

1.3 Выбор и обоснование материала основных конструктивных элементов киля

Правильный выбор материала для элементов конструкции существенно улучшает ЛТХ самолета и его экономичность при производстве и эксплуатации. Основные требования предъявляемые к материалам:

- механические и физические свойства должны обеспечить прочность и жесткость конструкции киля при минимум массе как в обычных условиях, так и при высоких температурах;

- технологичность;

- низкая стоимость;

- наличие отечественного сырья;

- устойчивость к коррозии в атмосферных условиях;

- стабильность физико-механических свойств;

Руководствуясь различными критериями эффективности использовании материала.

Выбираем сплав Д16Т, который используется для элементов каркаса и обшивки, работающих при температурах в диапазоне 100-250?С.

Широкое применение Аl сплава в самолетостроении вызвано достаточно редким сочетанием положительных характеристик: высокой удельной прочностью, хорошей технологичностью, высокой коррозионной стойкостью в атмосферных условиях.

у_в =440 мПа у_т =300 мПа у_р = 270 мПа Е=0.71*10⁵ мПа

Алюминиевый сплав АК-6, применяется для изготовления узлов навески, кронштейнов и т.д.

у_в =370 мПа Е=0.72*10^-5 мПа.

1.4 Проектировочный расчет геометрических характеристик в регулярных и нерегулярных сечениях агрегата и узлах

Определение толщины обшивки и расчет между нервюрами.

Обшивка воспринимает внешнюю распределенную нагрузку и передает ее на нервюры и лонжероны. Она совместно с нервюрами и лонжеронами создает замкнутый контур, воспринимающий крутящий момент. Определим толщину обшивки из условия воспринимающего крутящего момента в корневом сечении.

М_{к мах} = 25043.9 Н/м

Толщину обшивки в первом приближении находим по формуле

q₀ - касательное усилие от воздействия крутящего момента М_{кр мах}

_разр - разрушающее касательное напряжение

Предполагая, что крутящий момент воспринимается замкнутым контуром, для касательного усилия можно записать.

q₀ =, где Щ - удвоенная площадь наружного контура

_разр = для обшивки с стрингерным подкреплением

мПа - предел прочности материала обшивки (Д 16T)

_разр = мПа

Площадь профиля по наружному контуру определим упрощенно.

к- коэффициент погрешности при определении площади, к=1.2

Зная Щ получим

;

Таким образом .

Из стандартного ряда толщин принимаем д=2мм.

Расстояния между стрингерами в реальных конструкциях расположены в пределах от 15 ? t ?30см, возьмем t=15см=0.15м.

Определим площадь стрингеров из формулы

Р_с.о=n у_стр(F_стр+F_обш);

n - количество стрингеров, у_стр - расчетное разрушающее напряжение стрингера.

у_стр= 0.9 у_в.стр = 0.9 *440 = 396 мПа

Р_обш - присоединяемая площадь обшивки работающая вместе с напряжениями стрингера.

F_обш = 30д²=30*0,002² - 1.2*10^-4 м²;

Р_с.о - усиление воспринимаемое стрингерами и обшивкой.

Р_с.о = h* Р_nan,

где n - 0.35.

Р_nan=;

,

где Н₁ и Н₂ - высота профиля в местах расположения первого и второго лонжеронов.

м=0.95.

;

;

Р_с.о = 0.35; Р_nan=0.35*248554,4=86994,05 Н;

Из сортамента подберем стандартный профиль стрингера.

Уголок равнобокий ПР100№19-Д16Т, Н=В=25мм, S=2.5, F=1.189*10^-4м² , I_y=0.693*10^-2м⁴ , I₀=7/11*10^-3v.

Расстояние между нервюрами можно определить по формуле, выражающей критическое напряжение общей потери устойчивости.

;

Е - модуль упругости стрингера;

I - момент инерции сечения, относительно оси проходящей через центр тяжести этого сечения;

М - коэффициент учитывающий условия опирания на концах участка стрингера длиной l.



Рис 1.3

Принимаем полузащепленные опоры м=0.7.

;

Критическое напряжение стрингера.

;

у_стр=к*у_кр.стр=1*328=328 мПа;

2С.

Определим центр тяжести поперечного сечения стрингера с обшивкой.

;

;

I=I_стр+F_стр*б²+I_общ+F_общ*в²;

б =3.95*10^-3м, в=4.16*10^-3м,

I = 0.693*10^-8+1.189*10^-10*(3.95*10^-3)²+3.73*10^-11+1.26*10^-4(4.16*10^-3)²=1.077*10^-8м⁴

Это значит что шаг t между нервюрами меньше или равен 0,38м. Поэтому условию шаг будем выбирать, конструктивно.

1.5 Проектирование трехслойной панели с сотовым заполнителем

Все большее значение придают конструкции с сотовым заполнителем которые по сравнению с клепаными имеют ряд преимуществ. Поэтому модификацией будет являться использование вместо клепанной панели трехслойной с сотовым заполнителем.

Трехслойная панель определяется рядом параметров, которые надо определить. Они должны удовлетворять условиям прочности, жесткости и минимальной массы.

Выбираем материал несущего слоя и заполнителя.

Несущий слой: Д16 АТВ; у₁ = 420 мПа, _В=273 мПа; Е=7.2*10⁴ мПа.

Материал фольги АМг 2м: у_в=260мПа, _В=168мПа.



Рис 1.4

Определим усилие сжатия N и сдвига Т. На единицу ширины панели. При этом считаем, что панели воспринимают 100% крутящего момента и 10% изгибающего момента.

;

Выбираем сечение в=1.314м при l=0.35м.

Р_nan=0.1 - усилие сжатия панели, где Н_ср=0.2875 - средняя высота сечения, а М_изг - 69657,38 [Н*м].

;

- усилие сдвига.

2F- удвоенная площадь контура сечения.

F=0.377м² значит 2F=0.754м², М_кр = 25043.84Н*м;

.

Определим приведенную нагрузку.

Условная ширина панели

, где в=0.47; в=(в₁+в₂)/2 где в=;

.

Вычислим .

=.

Определим оптимальное соотношение:

Решим систему:

д=0,00017м, h=0.01001м, д/2=0.1м

Учитывая ограничения, получаем:

д₁ =0.8мм, д₂ =0,8мм, 2b=20мм; =7; д =0,07.

Управление весового баланса для агрегата с трехслойной панелью.

Чтобы оценить эффективность модификации сравним вес модификации киля в исходном варианте с модификацией.

Составим уравнение весового баланса для трехслойной панели.

,

где у_общ - вес обшивки;

у_зап - вес сотового заполнителя;

у_клея - вес клея;

у_л и у_н - вес силовых нервюр и лонжеронов;

у_общ=j_общ*w_oбщ, где j_общ=2800кг/м³ - удельный вес обшивки,

w_oбщ=s*д- объем несущих слоев.

Поверхность панели имеет площадь:

S=7.26м, тогда G_общ=2800*7.28-0.0014=28.5кг

Вес заполнителя:

G_зап =w_зап*j_зап , где w_зап=s_зап* у_зап= 7.28*0.02=0.146м³.

Удельный вес заполнителя

j_зап=1.54 (д_с/г) j_с*А₁, где д_с- толщина стенки, г - радиус ячейки, j_с - удельный вес материала от j_с = 2600кг/м², А₁=1,01.

j_зап=1.54 кг/м³

у_зап=0,146*56,4=8,67кг

Конструкция лонжеронов не изменялась

G_л=13,04 кг (на одной панели);

G_п=3*0,96=2,98 кг.

Вес клея:

G_к=0,14*7,28=1,02кг.

Таким образом G_пан=28,5+8,67+1,02+2,98+13,04=54,11кг

Вес панели в исходном варианте составляет 62,36 кг.

Сравним вес панелей

или 13,2%.

Так как панелей две, то выигрыш в массе составляет 16.5 кг

В результате проведенных расчетов выигрыш в массе получился 13.2%. Это существенное преимущество сотовых панелей по сравнению с клепаными, следовательно ,использование панелей такого типа агрегатом для применения в конструкции киля.

2. Технологическая часть

2.1 Объем и объекты заготовительно-штамповочных работ

Современное авиационное производство отличается все более широким применением тонкостенных деталей и узлов. Требования высокой прочности и точности при минимальном весе, предъявляемые к конструкции деталей и узлов летательных аппаратов, может быть обеспечены изготовлением последних из листовых полуфабрикатов методами пластического деформирования (в частности - листовой штамповкой).

В настоящее время порядка 60-70% деталей самолета изготовляется в заготовительно-штамповочных цехах. При этом трудоемкость заготовительно-штамповочных работ составляет 10-12% от общей трудоемкости изготовления самолета.

В заготовительно-штамповочных цехах выполняются работы ,различные технологические операции на различного рода оборудовании(механических и гидравлических прессах, валковых и роликовых машинах, разного рода ножницах, на специализированных станках)

Правильный выбор способа обработки, оснастки и оборудования во многом определяют высокое качество изготавливаемых деталей и эффективность производства.

Рассмотрим номенклатуру титановых деталей из листа, используемых при изготовлении самолета типа Ан-140.

Для этого самолета из титанового листа изготовляют детали типа обшивок, детали каркаса, детали типа нервюр, диафрагм, детали типа профилей из листа прямолинейного и криволинейного контура, детали типа цельнотянутых коробочек, стаканов ,также детали внутреннего набора систем самолета и оборудования , и т.д.

Габаритные размеры вышеперечисленных деталей лежат в пределах:

детали каркаса от 50 до2000 мм.

детали типа нервюр, профилей от 180 до 1600 мм.

детали типа коробочек, стаканов, карманов, компенсаторов от 100 до 1200 мм.

детали внутренних систем типа полупатрубков от 50 до 500 мм

Все эти выше перечисленные факторы играют важную роль при определении и выборе технологии изготовления той или иной детали. Вышеперечисленные детали изготавливаются из следующих материалов:

алюминиевые сплавы (типа Д16Т,АМг2, АМг6, АМц);

титановые сплавы (типа 0Т4-1,ВТ1-0);

стали (12Х18Н10Т, 30ХГСА ).

Характеристики используемых материалов сведены в таблицу 2,1:

Характеристики используемых материалов

Наименование материала	Марка материала	т, МПа	в, МПа	1,0 %
алюминиевые сплавы	Д16Т АМг6 АМг2 АМц	350 160 80 60	441 295 190 128	17 6-23 6-23 10-23
титановые сплавы	ВТ1-0 ОТ1-4	270 650	350 850	20 30
стали	12Х18Н10Т 30ХГСА Ст3	196 1700 230	510 1500 420	30 11 27

2.2 Классификатор типовых деталей

В зависимости от масштаба производства летательных аппаратов на заводе в заготовительно-штамповочном цехе обычно имеется несколько участков, организованных по технологическому принципу:

участок раскроя,

участок штамповки листовых деталей,

участок изготовления обшивок,

участок изготовления деталей из труб,

участок листогибочных машин

и другие.

На заводе может быть и несколько заготовительно-штамповочных цехов.

В проектируемом заготовительно-штамповочном цехе изготавливаются только мелкогабаритные детали. Классификатор типовых деталей содержит только два класса: каркасные детали из листа и детали внутреннего набора, крепежа топливной и гидросистем, радио и электрооборудования.

2.2.1 Детали каркаса из листа

Детали типа жесткостей, ферм, облицовок получают на листоштамповочных молотах. Формообразование в свинцово-цинковых штампах на листоштамповочных молотах (МЛ) позволяет совмещать несколько операций в одну многопереходную, путем многократного повторения ударов пуансона разной силы и применение прокладок. Штамповка на МЛ не обеспечивает высокой производительности труда и хорошей точности деталей. При этом методе штамповки необходима ручная доработка, на которую затрачивается в несколько раз больше времени, чем на основную операцию. Тем не менее этот метод экономически выгоден, так как отлитые матрицы из цинка и пуансона из свинца не требует больших затрат времени и труда.

Детали типа нервюр с бортами ,рифтами, отбортовками , отсеки шпангоутов изготавливаются на прессах типа ПШР. В этом случае операция штамповки проста, специальной оснасткой является пуансон (форм блок). Низкая стоимость и простота изготовления оснастки, а также короткие сроки технологической подготовки производства обусловили широкое применение штамповки резиной в производстве летательных аппаратов.

Недостатком штамповки на ПШР является ручная доработка.

Детали типа коробочек изготавливаются вытяжкой на прессе QAB-31,5.

2.2.2 Детали внутреннего набора, крепежа топливной и гидросистем, радио и электрооборудования

Плоские детали из листовых заготовок получаем вырубкой в штампах на прессах. Этот способ характеризуется высокой производительностью ,несложностью рабочих приемов, высойой точностью и взаимозаменяемостью.

Плоские детали из высокопрочных сталей получают резкой на виброножницах.

Небольшие отверстия любой конфигурации при серийном производстве обычно пробиваются в штампах на прессах.

Детали типа полупатрубков изготавливаются штамповкой на прессе QAB-31,5 и в штампах на падающих молотах.

Детали типа цельнотянутых коробочек изготавливаются штамповкой на прессе QAB-31,5.

2.3 Анализ существующих технологических решений

Пути совершенствования производства.

Конструктивными особенностями деталей агрегатов планера являются сложность формы, большие размеры и малая жесткость. Вследствие этих особенностей в самолетостроении применяют специальные методы и средства обеспечения взаимозаменяемости агрегатов, отсеков, панелей, узлов и деталей.

Технологическими особенностями самолетостроения являются:

точное воспроизведение геометрической формы и размеров детали;

обеспечение взаимозаменяемости агрегатов, панелей, узлов и деталей при сборке и ремонтных работах.

В общем машиностроение взаимозаменяемость обеспечивается в единичном производстве замерами при помощи измерительных инструментов, а в массовом производстве - предельными калибрами и специальными контрольными приспособлениями.

В самолетостроение подобные методы находят применение при изготовлении деталей шасси, агрегатов и деталей самолетных систем и оборудования. При изготовлении деталей каркаса и обшивки агрегатов планера самолета подобными методами пользоваться нельзя вследствие конструктивных особенностей.

Для обеспечения взаимозаменяемости деталей каркаса и обшивки агрегата планера самолета используют плазово-шаблонный метод.

Плазово-шаблонный метод увязки оказал столь большое влияние на производственные процессы, что стал считаться методом производства.

Однако в самой структуре плазово-шаблонного метода заложен ряд недостатков, поэтому его совершенствование приводит лишь к уменьшению влияния этих недостатков. В силу того, что этот метод рассчитан на маломеханизированный труд и применение специальных средств увязки, он становится препятствием на пути технологического прогресса на производстве.

Недостатки плазово-шаблонного метода по мере роста требований производства и расширения кооперации предприятий отрасли стали серьезным препятствием при ускорении сроков запуска в производство новых изделий, обеспечение требуемой точности и повышении производительности труда, снижении себестоимости продукции. Появление ЭВМ и оборудования с ЧПУ открыло реальные возможности для автоматизации производственных процессов. Но противоречия между последовательным переходом от одной формы и размера к другой форме и размеру с одной стороны и независимым формообразованием со стороны оборудования с ЧПУ создали трудности в деле автоматизации изготовления деталей, оснастки и конструктивно-технологической подготовки производства.

Для преодоления всех недостатков плазово-шаблонного метода существует два пути:

1. Совершенствование существующих методов изготовления оснастки путем максимальной автоматизации процесса.

2. Переход на независимый метод изготовления оснастки на базе применения ЭВМ и станков с ЧПУ.

Оба направления базируются на создании теоретических контуров изделий аналитическими методами, что позволяет рассчитывать геометрические параметры на ЭВМ и получать управляющую информацию для станков с ЧПУ и координатографов, используемых для вычерчивания плазовых линий, изготовления шаблонов, малкованой и немалкованой, а также объемной оснастки.

Более рациональный - второй путь совершенствования плазово-шаблонного метода. Необходим переход на независимый принцип изготовления оснастки на базе задания контуров аналитическими методами, что позволит использовать ЭВМ и получать информацию для координатографов и станков с ЧПУ.

2.4 Методы и средства изготовления основных деталей

2.4.1 Детали типа жесткостей, ферм, диафрагм

Типовой технологический процесс изготовления детали на листоштамповочном молоте включает следующие операции: раскрой заготовок, подготовка ее под штамповку, штамповка и доводочные работы.

Особенность раскроя заготовок под штамповку на листоштамповочном молоте заключается в том, что заготовки снабжаются большими припусками (обычно не менее 20мм на сторону). Точной фиксации заготовки на штампе обычно нет. Подготовка заключается в обрезке припуска до минимума на одних и увеличении на других участках заготовки для регулирования перетекания металла при штамповке.

Процесс штамповки протекает следующим образом: после укладки заготовки на матрицу стесселю дается небольшой ход, и пуансон, заходя неглубоко в матрицу, дает первую предварительную формовку детали. Стессель поднимают и фиксируют. Деталь осматривают. Складки и гофры выправляют вручную ударами молота без съема детали с матрицы. Затем дается большой ход с большим заходом пуансона в матрицу, деталь снова осматривают и правят, и т.д. Последний удар - калибрующий - осуществляется с полным заходом и чеканящим ударом пуансона. В большинстве случаев операция штамповки выполняется в одном штампе.

2.4.2 Мелкие детали типа коробочек, замкнутого и разомкнутого контура, накладок, компенсаторов, уголков с отверстиями или без

Детали этого типа изготавливаются на гидропрессе QAB-31,5 штамповкой-вытяжкой гидроэластичной матрицей по жесткому пуансону. Этот пресс снабжен сменными формующими узлами и гидроэластичной средой.

Малая металлоемкость пресса, благодаря применению станины с намотанной высокопрочной проволокой и использованию гидроаппаратуры высокого давления.

Широкий диапазон максимальных давлений, создаваемых в формующих узлах, благодаря чему обеспечивается изготовление деталей из алюминиевых листовых заготовок диаметром до 800мм, и листов из титановых сплавов до 560мм.

Регулирование давления со стороны гидроэластичной матрицы в формующем узле обеспечивается стравливанием жидкости из гидроагрегата по требуемому закону, устанавливаемому из условия предотвращения складкообразования и размеров заготовки и задаваемому при помощи шаблона из светонепроницаемой бумаги, размещенного в рамке, которая перемещается вместе с гидроцилиндром относительно фотоэлементов.

2.4.3 Детали типа профилей, нервюр с бортами, рифтами, отбортовками

Детали этого типа получают на прессе ПШР-1. При изготовлении деталей этого типа штамповка и формовка резиной получили широкое применение. Применение упрощенной оснастки с резиной вместо сложных многопереходных металлических вытяжных штампов резко уменьшает затраты на изготовление оснастки и сокращает период подготовки производства. Затраты при изготовлении штампа при штамповке резиной очень не велики, так как изготавливается только пуансон или матрица.

Помещенная в стальной контейнер резина, замыкаясь в его пространстве, установленной на столе жесткой частью штампа (матрицей или пуансоном) формует деталь, выполняя в зависимости от конструкции штампа, функции пуансона, матрицы или, при реверсивной вытяжке, последовательно того и другого.

Усилие пресса ПШР-1 - 10000 мс.

2.4.4 Плоские детали типа косынок, пластин, ребер с прямолинейными контурами с отверстиями без них

Детали этого типа получают на прессе КД2124Д. Высокая производительность, низкая квалификация обслуживания процесса, высокая точность и взаимозаменяемость деталей, определяемые исполнением штампа и не зависящие от квалификации исполнителя, делают вырубную штамповку наиболее желательной даже при мелкосерийном производстве.

2.4.5 Малогабаритные плоские детали типа сложной сложного криволинейного контура типа шайб, колец, ребер, прокладок, с отверстиями или без

Детали этого типа изготавливаются вырубкой на прессе КД2124Д,

Номинальное усилие - 25 т;

Н_закр=300 мм;

S=120 мм²;

Габариты 1,5х1х2,5 м;

2.4.6 Детали типа цельнотянутых коробочек, днищ, кожухов с фланцами, а также без них, с отверстиями и без них

Изготавливаются вытяжкой на прессе QAB-31,5 эластичной матрицей по жесткому пуансону.

2.4.7 Детали внутренних систем типа полупатрубков

Детали этого типа получают в свинцово-цинковых штампах на падающих молотах МЛ-2, МЛ-5, и на прессе QAB-31,5 штамповкой эластичной средой..

2.5 Типовые технологические процессы основных групп деталей

Нормализация и типизация технологических процессов, унификация и стандартизация средств технологического оснащения предусматривает:

сокращение сроков проектирования технологических процессов и средств технологического оснащения,

повышения качества разрабатываемых технологических процессов и средств технологического оснащения,

сокращение номенклатуры технологических процессов и оснастки,

снижение трудоемкости на разработку техпроцессов и проектирование оснастки.

Типовые технологические процессы разрабатываются на основе:

действующих технологических процессов,

инструкций и рекомендаций отраслевых институтов,

производственных инструкций,

государственных и отраслевых стандартов,

технических характеристик имеющегося оборудования или технических заданий на вновь проектируемое оборудование.

Цель работ по типизации:

сокращение сроков подготовки производства.

повышение стабильности, качества технологических процессов,

расширение возможности применения универсальной оснастки.

Содержание и последовательность выполнения работ:

1. Классификация объектов производства по конструктивно-технологическим признакам.

2. Выбор заготовок и методов обработки объектов производства.

2.1. Определение вида исходной заготовки с учетом минимальной трудоемкости и максимального использования материалов при изготовлении объектов производства.

2.2. Выбор метода обработки.

3. Разработка типового технологического процесса.

3.1. Выбор потребного вида оборудования, обеспечивающего наивысшую производительность и требуемое качество при изготовлении деталей.

3.2. Исходя из выбранного оборудования, рациональное построение технологических операций и последовательность переходов в операции, обеспечивающих высокое качество изготовления объектов производства.

3.3. Выбор типа необходимой оснастки и инструмента.

3.4. Установление оптимальных режимов обработки для определения трудоемкости выполнения операций.

3.5. Установление исходных данных, необходимых для расчета норм времени на основе конструктивных характеристик объекта производства.

3.6. Расчет экономической эффективности вариантов типовых технологических процессов.

Типовые технологические процессы на 3 типа деталей (типа стенки, нервюры, диафрагмы, коробки, компенсатора; типа полупатрубков; типа накладок, компенсаторов, уголков) приведены в Приложении (комплекты документов К104.165.13.031, К104.165.13.032, К104.165.13.033).

Типовой технологический процесс для изготовления стенки, нервюры, диафрагмы, коробки, компенсатора.

2.6 Разработка конструктивного решения оснастки для изготовления деталей из листа

2.7

2.6.1 Определение размеров заготовок при гибке

Определение размеров плоских заготовок, подлежащих гибке ,основано равенстве длинны заготовки длине нейтрального слоя изогнутой детали и сводится к определению положения и длины нейтрального слоя в зависимости от относительного радиуса изгиба r/S.

В нашем случае отношение , U-образная гибка .Для такой гибки длина заготовки определяется по формуле:

гдеr - радиус гибки , r=1,25 мм;

S - толщина материала, S= 1 мм;

х - коэффициент, для r/S=1.25 х=0,46 ,определяет положение нейтрального слоя;

l₁= 3 мм, l₂= 12,75 мм.



Рис 2.1

2.6.2 Упругое пружинение при гибке

Гибка является процессом пластической деформации, сопровождается упругой деформацией, определяемой законом Гука. По окончанию гибки упругая деформация устраняется, в следствие чего происходит изменение размеров изделия по сравнению с размерами, заданными инструментом, называемое упругим пружинением (рис. 2.2).

Рис 2.2

Упругое пружинение обычно выражается в угловом измерении и является той величиной, на которую следует уменьшать угол гибки, чтобы получить требуемый угол изогнутой детали. Величина угла пружинения может быть определена двумя способами: аналитическим расчетом величины упругой деформации или опытным путем, посредством испытаний и замеров.

При гибке радиус закругления пуансона рассчитываем с учетом пружинения по формуле:

;

где r₀ - радиус закругления детали, r₀=1.25 (мм);

- предел текучести материала, =230 (МПа);

Е - модуль упругости, Е=2,2*10⁵ (МПа);

(мм);

Затем рассчитаем угол пуансона с учетом пружинения заготовки по Поскольку деталь U-образной формы угол пуансона будет отрицательный:

;

где -угол пуансона;

- требуемый угол на детали (равен нулю).

Таким образом, получаем:

2.6.3 Изгибающие моменты и усилия гибки

Величина внешнего изгибающего момента при гибке определяется из условия равновесия его с моментом внутренних сил, а последний слагается из моментов нормальных напряжений в растягиваемой и зажимаемой зонах.

Для определения моментов внутренних сил необходимо знать распределение напряжений по поперечному сечению и величину наибольшего напряжения для данной степени деформации.

На рис. 2.3 приведена схема распределения тангенсальных напряжений.

Рис 2.3

Момент внутренних сил определяется по формуле:

;

гдеW - момент сопротивления для прямоугольного сечения ; n= 1.8;

W_пл - пластический момент сопротивления для прямоугольного сечения.

Усилие гибки определяется из равенства внешнего изгибающего момента моменту внутренних сил. Для полукруглой гибки изгибающий момент равен:

;

гдеr - радиус гибки в мм;

l - плечо в конце гибки в мм.

Получаем

После математических преобразований получаем:

;

B - ширина заготовки, В=31+1,5=32,5 (мм);

S - толщина заготовки, S=1 мм;

- 420 (МПа) (=42 кг/мм² )- предел прочности;

n - коэффициент учитывающий влияние упрочнения, n=1,8;

r - радиус гибки, r=1,25 мм.

(кг) = 4,08 кН.

2.6.4 Конструктивные элементы штампа

Штамп - технологическая оснастка для обработки давлением, под воздействием которого заготовка приобретает форму и размеры, соответствующие поверхности или контуру рабочих органов штампа. Он содержит нижнюю часть ,прикрепляемую к неподвижному (нижнему ) рабочему органу пресса, и верхнюю прикрепляемую к верхнему рабочему органу пресса.

Штамп состоит из следующих деталей: матрица поз. 1,пуансон поз. 2, пуансонодержатель поз. 3, плита подкладная поз. 4, плита верхняя поз. 5, плита нижняя поз. 7, выталкиватель поз. 6,8, рамки поз. 9,10, втулка поз. 13, колонка поз. 14, хвостовик поз. 19.

Подкладная плита необходима для предохранения верхней плиты от деформации под воздействием пуансона или матрицы.

Матрица устанавливается относительно пуансона, выдерживается зазор между ними при помощи щупов, фольги. Матрица прикручивается к нижней плите четырьмя винтами поз. 16, затем сверлятся точные отверстия под прессовую посадку штифтов поз. 19 (с натягом).

Рамки поз. 9 и поз. 10 устанавливаются на матрицу, выдерживая размеры 15,2 мм и 21,2 мм соответственно, крепятся к матрице винтами поз. 17 , затем сверлятся точные отверстия под штифты поз. 18.

2.6.5 Проверочные расчеты штампа на прочность

Стандартные детали штампа на прочность не рассчитывают.

Пуансон рассчитывают на :

а) смятие опорной поверхности :

;

гдеP - действующее усилие, Р= 416,44 (кг);

F - площадь опорной части пуансона, , .

Если ,то необходимо ставить между матрицей и пуансоном стальную каленую прокладку.

.

б) продольный изгиб :

;

гдеl - длина свободной части пуансона,;

Е= 2.2 *10⁵ МПа= 2,2х10⁶ ;

J -момент инерции сечения пуансона, ,; ();

n = коэффициент безопасности, n=2.5;

(мм).

2.6.5 Расчет усилия при выглаживании

Процесс образования данной детали нельзя рассматривать как свободную гибку, здесь присутствует также и выглаживание, т.е. форма детали задается не только формой пуансона , но и зазором между пуансоном и матрицей, материал как бы выглаживается между пуансоном и матрицей.

Рис 2.4 Рис 2.5

Схема выглаживания1- пуансон

1 - верхняя плита2 - матрица

2 - нижняя плита

3 - заготовка

Усилие при выглаживании можно рассчитать по формуле:

;

гдеS - Площадь боковой поверхности пуансона;

- напряжение ,возникающее в результате действия сил трения,

;

K_тр - коэффициент трения,

P_гибки= 416,44 (кг)

(мм²).

Получаем :

= 1430 (МПа);

=526.2 (кН).

2.7 Гибкий автоматизированный комплекс ГПК-3

В качестве средства автоматизации в проектируемый цех был внедрен гибкий автоматизированный участок ГПК-3.

Гибкий автоматизированный участок ГПК-3 предназначен для группового раскроя листовых полуфабрикатов из алюминиевых сплавов в пакете на плоские заготовки с любыми криволинейными наружными и внутренними контурами способом фрезерования, а также сверления отверстий в заготовках.

На участке раскроя детали размером в плане от 140х140 мм до 2960х1160 мм, толщиной от 0,8 до 6,0 мм, имеющие не менее 2х отверстий диаметром 5 мм.

Система управления участками обеспечивает рациональную раскройку деталей на листе и позволяет получать высокий коэффициент использования материала (КИМ не менее 0,85).

2.7.1 Производственный процесс, выполняемый на участке ГПК-3

Производственный процесс, выполняемый на гибком участке, включает следующие операции:

1. Доводка листовых заготовок с центрального склада на участок транспортными тележками 7 и 9 .

2. Компоновка пакетов роботом 8 на столе 10.

3. Съем пакета со стола и передача его на накопитель 12 штабелером 11

4. Прием пакета с накопителя и передача его на клепально-сверлильный модуль 1 роботом 13.

5. Склепывание пакета с поддоном так, что возможность относительного смещения детали и облоя в процессе обработки исключена.

6. Съем пакета и клепально-сверлильного модуля и передача его на один из фрезерно-сверлильных модулей 2 робокаром.

7. Фрезерование наружных и внутренних контуров деталей, сверление отверстий, высверливание стержней фрезерно-сверлильным модулем.

8. Съем пакета с фрезерно-сверлильного модуля и передача его на накопитель 6 готовых пакетов робокаром.

9. Снятие заусенцев, маркировка, выборочный контроль и раскидка деталей в соответствующую тару осуществляется на участке разборки деталей.

10. Двухсменная работа участка обеспечивается двумя складами пакетов 3 и 11. Заполнение склада 11 пакетами листов производится в первую смену, а склада 3 - во вторую. Разборка готовых деталей Производится в первую смену, при этом пакеты на участок разборки поступает непосредственно с производственного участка и со склада 3 поочередно. Наладка инструмента выполняется на участке подготовки инструмента 4

2.7.2 Программное обеспечение

Программное обеспечение работы автоматизированного участка включает:

1. Систему получения числовых данных о геометрии деталей, которая предназначена для получения цифровых моделей, необходимых для подготовки управляющих программ. Исходным накопителем информации являются шаблоны (при существующей технологии или развертка или развертка детали полученная автоматически при машинном проектировании ). Цифровая модель может быть получена в диалоговом режиме с ЭВМ с использованием средств машинной графики. Одновременным проектированием деталей производится автоматизированное проектирование техпроцессов их обработки на станочных модулях.

2. Автоматизированную систему рационального раскроя, которая предназначена для проектирования планов раскроя в автоматическом режиме и подготовки управляющих программ с использованием ЭВМ. Рациональная раскладка осуществляется по этапам:

· на первом этапе проектируется модуль попарного плотного размещения всех возможных сочетаний деталей;

· на втором этапе выбирается оптимальное подмножество ранее созданных модулей, обеспечивающее выполнение заданной производственной программы при минимальном расходе материала;

· на третьем этапе выбранные модули размещаются на пакетах листов по приоритету выпуска деталей согласно сменно суточному заданию.

Полученный план раскроя служит исходным моментом для составления управляющих программ станочных модулей.

3. Систему оперативного планирования ,которая предназначена для ритмичного производства на участке. Система получает сменно-суточные , месячные и квартальные задания от центральной службы управления производством предприятия (АСУП) и определяет очередность обработки пакетов с учетом имеющегося ресурса листовых заготовок.

Основная задача диспетчирования - оперативная синхронизация работы участка и склада листовых заготовок, а также принятие решений в непредвиденных ситуациях взаимодействия участка со складом.

4. Функциональное программное обеспечение работы участка.

Функциональное программное обеспечение работы участка предусматривает:

· непосредственное управление технологическими модулями;

· синхронизацию работы технологических модулей (централизованное управление в реальном масштабе времени);

· оперативное планирование производственных процессов;

· диспетчиризацию распределения управляющих программ (УТП) по модулям.

Технологическое оборудование участков состоит из двух производственных модулей, спроектированных по принципу максимальной унификации моделей. Унифицированы следующие основные узлы и механизмы модулей: станины, стойки, приводы подач, механизмы автоматической смены инструмента . На базе созданных моделей могут быть разработаны новые модели технологического оборудования

2.8 Разработка схемы изготовления и увязки заготовительно-штамповочной оснастки

Как уже отмечалось ранее, в последнее время постепенно отказываются от плазово-шаблонного метода ввиду его недостатков и применяют новый комбинированный способ увязки, более прогрессивный чем плазово-шаблонный, но еще не достигший комплексной автоматизации - расчетно-плазовый метод формообразования и геометрической увязки (РПМ).

Сущность РПМ заключается в таком построении системы конструкторско-технической подготовки самолетного производства, при котором обеспечивается единство исходной информации, используется в процессе проектирования управляющих программ обработки деталей на станках с ЧПУ с одной стороны и при создании плазово-шаблонной и объемной оснастки с другой стороны.

Это достигается:

а) разработкой и применением единой исходной геометрической информации в виде математической, информационных и графических моделей коллективного использования,

б) более полным представлением размеров с записью в них сведений, необходимых и достаточных для однозначного их чтения различными исполнителями,

в) внедрение широко варьируемой схемой параллельно-последовательного формообразования объектов производства и их геометрической увязки, позволяющей согласовать формы и размеры деталей в процессе их параллельного изготовления различными способами.

Особенности проектирования и задания поверхностей при РПМ заключается в широком применении современных вычислительных и технических средств, что позволяет выдать в производство любое число точных и полноценных по объему информации расчетных таблиц.

При РПМ конструкторские плазы перестали быть единственными первоисточниками всей геометрической информации о деталях и узлах.

Значительная часть их данных определяется автоматизацией по математическим и информационным моделям.

Для решения задач формообразования деталей и оснастки с помощью оборудования с ЧПУ разработаны различные системы автоматизации программирования (САП).

Любая САП, используемая для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ состоит из:

а) процессора - обобщенной части, в которой преобразуется исходная информация, рассчитываются геометрические параметры обработки и определяется траектория движения в пространстве режущего инструмента,

б) постпроцессора - части, воспринимающие результаты работы процессора проверяющей их по ограничениям рабочих органов, формирующей команды на перемещение стола или инструмента, кодирующей значение подач, производящей диагностику обшивок и выполняющей другие функции,

в) предпроцессора - дополнительной (необязательной) части, предшествующей процессору, программе обращения и математической модели агрегата.

Однако при всех преимуществах получения информации на базе ЭВМ результаты вычисления имеют существенный для производства недостаток - отсутствие наглядности.

Отличительной особенностью РПМ является особое построение технологического процесса и его унификация. при которой все детали подразделяются на две группы, отличающихся способами и средствами образования, согласования и переноса форм и размеров в процессе их изготовления: расчетного (назависимо-параллельного) и плазового (связано-последовательного). Всю оснастку также делят на две группы.

РПМ создает широкие перспективы для автоматизации процессов не только в области подготовки производства, но и сфере основного производства. Технический и экономический эффект достигается благодаря:

а) сокращению сроков подготовки производства,

б) уменьшению технологического цикла изготовления опытных и серийных деталей,

в) повышению качества увязки и точности воспроизведения внешних форм всех элементов каркаса, оборудования и некиматических систем самолета,

г) улучшению геометрической взаимозаменяемости деталей и узлов агрегата.

При РПМ благодаря новой системе формообразования, существенным образом сокращается общее число операций по переносу форм и размеров. Тем самым уменьшаются потери точности - это достигается уменьшением числа потребных плазов и шаблонов, используемых для изготовления деталей и оснастки.

В качестве элементов взаимозаменяемости выступают: контур, СО, НО, длина. Средствами обеспечения взаимозаменяемости являются: ШОК, ШФ, ШК, ШВК, ШРД, ШКС.

2.8 решения по обеспечению качества изготовления продукции и способы контроля

Основными критериями оценки качества деталей является:

соответствие производительных инструкций и инструмент ВИАМ, НИАТ и другим директивным материалам,

соответствие действующих производственных процессов и производственных инструкций,

соблюдение технологической дисциплины на рабочем месте,

неоперационный и окончательный контроль при изготовлении деталей.

Контроль качества, как необходимая часть производственного процесса, должен входить в плановые показатели и выражаться в материальных и трудовых затратах. Уровень подготовки лиц, участвующих в контроле качества, должен быть на разряд выше, по отношению к исполнителю контрольной оснастки.

В цехе вопросами качества занимается бюро цехового контроля. Это подразделение подчиняется отделу главного контролера предприятия.

начальнику БЦК по вопросам обеспечения качества продукции в цехе подчинены все службы цеха. Служба БЦК решает следующие задачи:

Организация контроля качества и приемки продукции на всех этапах производства.

Сбор статических материалов по результатам контроля качества.

Определение уровня качества по участкам и в цехе в целом.

Вскрытие возможностей повышения уровня качества и получения данных для планирования.

Выработка методики и системы профилактических воздействий с целью повышения уровня качества продукции.

Схема движения отчетности

Для контрольных операций при изготовлении деталей из листа применяются следующие средства и виды контроля:

1. Входной контроль.

1.1 Замер толщины материала. Проводится с помощью индикатора ГОСТ 577-68 и листомера.

1.2 Проверка поверхности заготовки на отсутствие трещин, царапин, потертостей. Проводится при помощи штангенциркуля ШТI ГОСТ 8309-57, скобы с индикатором ГОСТ 577-68, игольчатого индикатора ГОСТ 577-68.

2. Контроль операций формообразования осуществляется при помощи различных мерительных инструментов.

3. Контроль качества зачистки и полировки.

При осуществлении этой операции ведется сравнение деталей с эталонами чистоты поверхности.

4. Контроль радиуса гиба. Инструментом для контроля является радиусомер.

5. Контроль малки. Осуществляется при помощи угломера.

6. Контроль утонения. Осуществляется при помощи индикатора

7. Прямолинейность образующей (для деталей одинарной кривизны). Осуществляется при помощи линейки 1100 ГОСТ 427-56 и щупов ГОСТ 887-64.