3Описание конструкции крыла

Крыло трапециевидной формы в плане выполнено по двухлонжеронной схеме с силовой обшивкой и поперечным набором из 11 нервюр. В конструкцию крыла входит ниша основной стойки шасси, фара, элерон с сервокомпенсатором и закрылок.

Первый лонжерон крыла в сечении представляет собой двутавр, проходящий через левую и правую консоли сквозь фюзеляж. Полки лонжерона – многослойные углеорганопластиковые панели, склеиваемые под прямым углом с сэндвичевой плоской стенкой, изготавливаемой из двух многослойных лицевых панелей швеллерного сечения, между которыми – сотовый заполнитель – полимерсотопласт (ПСП) толщиной 8мм. Второй лонжерон имеет швеллерное сечение, полученное соответствующей выклейкой слоев углеорганопластика. Он также проходит от концевой нервюры №9 правой консоли и, сквозь фюзеляж, до концевой нервюры левой консоли и одновременно служит задней стенкой крыла в районе элеронов (от нервюры №6 до нервюры №9).

Нервюры крыла механообрабатываемые и листовые детали, состоящие из лобика (все нервюры крыла), средней части (все нервюры) и задней части (нервюры №1, 2, 2а, 3, 3а, 4 и 5).

Лобовые кромки крыла (их две – от нервюры №1 до фары, расположенной между нервюрами №4 и 5, и от фары до нервюры №9), стенка, расположенная перед элероном и законцовка также многослойные конструкции из чередующихся слоев стеклоткани и углеродной ленты.

Верхняя и нижняя обшивки представлены сэндвичевыми панелями, состоящими из внутренних и наружных обшивок, окантовок и сотового заполнителя (ПСП толщиной 8мм). В верхней панели имеется два окна под заправочные горловины (топливные баки расположены в крыле между нервюрами №2 и 4, и между лобиком и первым лонжероном). В нижней панели имеется окно под нишу стойки шасси.

Зализы также представляют собой сэндвичевую конструкцию с сотовым заполнителем.

Для предохранения от разлахмачивания торцы многослойных деталей обрабатываются шпатлевкой ЭП-0020. Крепление сопрягающихся деталей между собой осуществляется их склеиванием и усилением клеевых швов заклепочными швами и, в отдельных местах, соединениями типа «болт – гайка» или «болт – анкерная гайка». Каркас собирается на клее ВК-27 и заклепочными швами, гермозона (зона топливных баков) обрабатывается кистевым герметиком … Обшивки и лобовики крыла ставятся на каркас на клее ВК-27. В гермозоне конструкция изнутри также покрывается кистевым герметиком.

В консолях крыла расположено по два топливных бака. Стенками первого топливного бака служат нервюры №2 и №3, лобик и первый лонжерон. Стенками второго бака – нервюры №3 и №4, также лобик и лонжерон №1. Все заклепочные швы и болтовые соединения покрываются одним – двумя слоями кистевого герметика.

Крепление крыла к фюзеляжу осуществлено при помощи двух силовых кронштейнов, расположенных на лонжеронах, и при помощи силовой стенки, расположенной между первой и второй нервюрами; также крепление осуществляется через зализы.

4Плазово-шаблонный метод производства

Конструктивными особенностями деталей летательных аппаратов является их большие габариты, малая жесткость, сложность геометрических обводов. Начиная с этапа предварительного проектирования, проблема оптимизации основных параметров изделия, особенно в самолетостроении, неразрывно связана с решением задач проектирования поверхностей сложных форм. При этом к поверхностям предъявляются различные требования. Основными требованиями к внешним поверхностям летательного аппарата являются: -

• обеспечение требуемого порядка гладкости поверхности и заданных локальных дифференциально-геометрических характеристик (аэродинамические и технологические требования);

• обеспечение необходимых объемов, ограниченных поверхностью изделия, и размеров (площадей) поперечных сечений (компоновочные и конструктивные требования).

Проектирование этих поверхностей представляет немалые трудности, т.к. приходиться решать целый ряд оптимизационных задач по увязке зачастую взаимопротиворечащих требований аэродинамики, размещения оборудования, конструкции и технологии.

Вследствие перечисленных выше особенностей в самолетостроении применяют специальные методы и средства проектирования поверхностей и обеспечения взаимозаменяемости агрегатов, отсеков, панелей, узлов и деталей. При этом к технологическим особенностям относят точное воспроизведение геометрических форм и размеров деталей, и обеспечение взаимозаменяемости (взаимозаменяемость – свойство деталей, панелей, узлов и т.п. одного и того же типоразмера заменять друг друга с сохранением функциональных качеств) при сборке и ремонтных работах.

В первые три десятилетия развития авиации проектирование поверхностей осуществлялось целиком графическими способами с применением так называемой плазовой увязки обводов. В этом случае теоретические чертежи заменялись каркасом сечений во взаимно перпендикулярных плоскостях, вычерченным в натуральную величину на металлических панелях – плазах, и затем методом последовательных приближений обводы сечений уточнялись таким образом, чтобы координаты точек в узлах пересечений ортогональных семейств каркаса совпадали с заданной точностью. При этом рабочие чертежи деталей заменялись плоскими рабочими и контрольными шаблонами и технологическая оснастка и детали изготовлялись по шаблонам и контролировались ими. Такой метод получил название плазово-шаблонного. Описанный выше способ проектирования и увязки поверхностей применялся для увязки теоретических обводов изделия, при этом создавались теоретические плазы. Конструктивные плазы составлялись, базируясь на теоретические, и содержали уже не только информацию наружных поверхностей изделия, но и информацию о формах и размерах всех деталей агрегата, также конструктивные плазы служили источниками для изготовления рабочих и контрольных шаблонов.

Возросшие требования к точности воспроизведения обводов и производительности труда привели к возникновению графоаналитических методов и аналитических методов описания обводов летательных аппаратов. Наибольшее распространение получил метод кривых второго порядка. Простота геометрических построений и аналитического описания кривых обеспечила этому методу широкое внедрение. Применение графоаналитического метода задания внешних обводов оказало влияние на характер технологических процессов изготовления плазово-шаблонной оснастки. Во-первых, этот метод позволил отказаться от теоретических плазов путем изготовления шаблонов непосредственно по данным теоретического чертежа. Во-вторых, благодаря этому методу открываются широкие возможности для автоматизации и механизации технологических процессов изготовления, как оснастки, так и самих деталей по данным теоретического чертежа, т.к. автоматические станки позволяют обрабатывать контуры по координатам точек или уравнениям сечений. Однако при всех своих преимуществах метод кривых второго порядка обладал и существенными недостатками, что заставило ученых и инженеров искать другие способы и методы описания обводов и поверхностей летательных аппаратов.

Дальнейшим совершенствованием плазово-шаблонного метода явилось применение макетно-эталонной оснастки. При макетно-эталонном методе по шаблонам, снятым с плаза, создается макет или эталон поверхности агрегата. С помощью эталона поверхности получают обводы рабочей и контрольной оснастки, а также монтируют сборочные приспособления. По эталону изготавливают слепки, по которым воспроизводят пуансоны и матрицы для формовки деталей каркаса и обшивок, а также изготавливают контрольные приспособления для этих деталей и эталоны отдельных деталей. По эталону поверхности агрегата изготавливают контрэталон, по которому создают эталоны отдельных узлов, входящих в агрегат, и по ним - приспособления для сборки узлов. По контрэталону создают разъемный монтажный эталон агрегата и по нему, в свою очередь, изготавливают монтажные эталоны панелей, а затем и приспособления для сборки панелей. Формирование контура агрегата осуществляется рубильниками, установленными по эталону поверхности. Монтажно-эталонный метод получил широкое распространение при производстве самолетов легкого типа, т.к. небольшие габариты агрегатов самолета позволяют изготовлять удобные в производстве эталоны и контрэталоны поверхностей, а также монтажные эталоны.

Развитие вычислительной техники, математического и программного обеспечения, создание средств автоматизации ввода и вывода графической информации позволили, к сегодняшнему дню, полностью отказаться от конструктивных и технологических плазов, а также от шаблонов основной группы (шаблоны контрольно-контурные (ШКК) и отпечатки контрольные (ОК)). Первоисточником для производства рабочих шаблонов теперь служит математическая модель детали, созданная в памяти компьютера. Изготовление шаблонов, технологической оснастки, эталонов поверхностей, а также деталей осуществляется на станках с ЧПУ, контроль шаблонов – по размерам снятым с ЭВМ, а контроль оснастки и, в случае сложных контуров, механообрабатываемых деталей – по шаблонам, например, формовочная оснастка контролируется по шаблонам КШКС (контрольный шаблон контура сечения). В ближайшем будущем развитие технологических процессов производства оснастки и шаблонов, и внедрения контрольно-измерительных машин позволит также отказаться от ряда производственных шаблонов, подобный опыт уже имеется у Комсомольск-на-Амуре Авиационного Производственного Объединения (КНААПО), где было организовано полностью бесшаблонное производство фонаря кабины пилотов самолета Су-27. К тому же, подобная технология подготовки производства уже сегодня позволяет в некоторых случаях уходить от объемного плаза за счет математического моделирования трубопроводов, этот опыт имеет Новосибирское Авиационное Производственное Объединение (НАПО) при запуске в серийное производство контейнеров с оборудованием. Все это ведет к снижению сроков и затрат на подготовку производства.

5Автоматизированное проектирование деталей крыла

В настоящем разделе проекта рассматривается автоматизированное проектирование деталей и узлов с целью увязки конструкции и подготовки информации для изготовления шаблонов, технологической оснастки и самих деталей. Данная, уже развитая, технология увязки основана на самом широком применении вычислительной техники с использованием рассмотренных программных продуктов «Cimatron it», «Unigraphics» и «Астра». Причем моделирование деталей, создание сборочных проектов проводиться в системе «Unigraphics». «Cimatron it» служит для проектирования шаблонов уже созданных моделей и расчета траекторий движения инструмента обработки и разметки шаблонов. Моделирование шаблонов именно в системе «Cimatron it» связано с тем, что он имеет ряд дополнительных функций¹, позволяющих рассчитывать любые малки, разворачивать практически любые по кривизне поверхности и т.п. А система «Астра» необходима для преобразования программ траекторий, созданных в «Cimatron it», в программы «понятные» станкам с ЧПУ. Это обусловлено тем, что «Астра» имеет прямой интерфейс с такими станками.

Конструктивная увязка заключается в графическом построении деталей, входящих в какой-либо узел (как это было на плазах и ШКК или в двумерных графических компьютерных системах). Этот способ увязки осуществлялся в плоских сечениях, в которых по чертежам восстанавливались проекции контуров деталей. Хотя этот способ был хорошо отработан, но он был достаточно производителен лишь при увязке плоских конструктивных элементов (шпангоуты, нервюры, различные диафрагмы) и к тому же обладал рядом существенных недостатков:

• такой способ не предоставлял возможности обзора общего объема узла, т.е. чтобы проверить конструкцию целиком («со всех сторон») необходимо было строить несколько сечений узла, в каждом из которых прорисовывать все детали; это отнимало огромное количество времени, а в случае проведения каких-либо конструктивных изменений заново приходилось прорабатывать каждое сечение;

• способ практически не был пригоден для проведения увязки узлов, имеющих сложные внешние обводы и небольшое количество либо отсутствие плоских осей.

Эти качества сыграли ключевую роль в переходе на трехмерные графические системы, предоставляющие эффективные способы увязки криволинейных пространственных конструкций. Кроме того, такие системы, как правило, снабжены пакетами, позволяющими составлять управляющие программы изготовления смоделированных поверхностей на оборудовании с ЧПУ.

В настоящей работе рассматриваемый агрегат (крыло) был полностью смоделирован в системе «Unigraphics».

5.1Анализ конструкции крыла и используемых материалов, необходимый для производства шаблонов и оснастки

Необходимость проведения предварительного анализа конструкции крыла и используемых материалов обусловлена тем, что на производстве увязка конструкции крыла (или какого-либо другого агрегата) начинается до того, как выпускаются рабочие технологические процессы на изготовление той или иной детали или узла. Это связано с выпуском серийных чертежей, по которым будут работать все отделы и службы предприятия. А серийные чертежи это те же опытные чертежи, но с внесенными изменениями, которые возникают в результате проведения конструктивной увязки. Без чертежей цехи-изготовители не могут знать, что им делать и, тем более, какие шаблоны и их комплекты заказывать у плазового цеха.

При построении математических моделей поверхностей (ММП) деталей выполняемых из металлов не возникает противоречивых ситуаций, т.е. ММП детали можно создать однозначным образом и при изготовлении шаблонов и оснастки не возникает ни каких вопросов. А при проектировании ММП деталей выполненных из композиционных материалов возможно два пути: моделировать деталь, создавая модель каждого слоя, друг за другом, и моделировать деталь как одно целое. Во втором случае информационная модель детали будет обладать достаточной наглядностью и значительной, по сравнению с первым случаем, легковесностью (т.е. не будет требовать выделения больших ресурсов ЭВМ). А в первом случае модель будет содержать в себе достаточно большие объемы информации, что, несомненно, сказывается на производительности компьютера не в лучшую сторону, однако в случае заказов на схему раскроя или шаблонов развертки слоев другими цехами не возникнет проблем, чего не скажешь про второй случай. По этому приходиться анализировать чертежи деталей, прежде чем браться за их восстановление в электронном виде.

Подобный анализ чертежей крыла показал, что наружную обшивку верхней панели¹ и одну из внутренних, например, следует выполнять, моделируя каждый слой. Этот вывод продиктован сложными контурами обрезов слоев, что может повлечь за собой заказ схемы раскроя слоев. А модель второй из внутренних обшивок верхней панели (между обшивками сотовый заполнитель) и лобиков² крыла можно выполнять единым телом, без прорисовки каждого слоя в отдельности, экономя тем самым ресурсы машины. Такой метод моделирования называется смешанным: одни детали полностью повторяют реальные (моделирование каждого слоя), другие – лишь внешними поверхностями (моделирование единого тела).

Еще одним этапом предварительного анализа является поиск ответа на вопрос: «С чего начать?». Дело в том, что, не имея готовых моделей обшивок, как в нашем случае, и лонжеронов, нельзя смоделировать нервюры, потому что контуры нервюр сопряженные с поверхностями обшивок, заданы в чертежах нервюр с базой на поверхности обшивок. К тому же, моделируя нервюры, полезно иметь готовые, не только обшивки, но и лонжероны, чтобы сразу, на этапе создания модели, увязывать нервюры с другими деталями. А не переделывать, в случае неточных чертежей, созданную модель после стыковки с другими сопряженными деталями.

5.2Проектирование деталей

Для проектирования деталей крыла опорной информацией служит теоретическая информация¹ крыла. Теоретическая информация включает: -

• математические модели поверхностей теоретических (аэродинамических) обводов крыла;

• самолетные базовые плоскости (ПСС, СГФ, плоскость дистанции «0» ²);

• крыльевые базовые плоскости (плоскость хорд крыла, плоскость симметрии крыла, как правило, совпадает с самолетной);

• конструктивно-силовая разбивка крыла (плоскости нервюр, лонжеронов; оси фар, качалок управления, вращения элеронов, закрылков и т.п.).

Подробно процесс моделирования в системе «Unigraphics» рассмотрим на примере наружной обшивки верхней панели крыла (сборочный чертеж ДП 1301.02.07.10.10.00 СБ и результат построения – аксонометрическая проекция детали ДП 1301.02.07.10.10).

Обшивка склеивается из 19 чередующихся слоев ткани СВМ, углеродной ленты ЭЛУР-0,08ПА и ткани УТ-900-2,5А. Первые 7 слоев образуют саму обшивку, остальные – усиления вдоль лонжерона №2, и по кромкам обшивки. Толщина обшивки рассчитана из условия толщины монослоя материала, которые заданны в технологических требованиях на чертежах:

• для ткани СВМ - ;

• для углеродной ленты ЭЛУР-0,08ПА - ;

• для ткани УТ-900-2,5А - .

Обшивка имеет подсечки по передней кромке под лобики крыла, по концевой кромке под законцовку крыла, по корневой кромке под зализ, а также две подсечки глубиной 5мм вокруг окон под заправочные горловины. Первый слой, выполненный из ткани СВМ, образует аэродинамическую поверхность. Второй и шестой слои (ЭЛУР-0,08ПА) – усиление, простирающееся по всей ширине обшивки, от корневого обреза обшивки (корневой обрез образует линия пересечения теоретических поверхностей крыла и зализа) до оси нервюры №5 (заходит за ось на 20мм). Третий и пятый слои (ЭЛУР-0,08ПА) – усиления обшивки по осям нервюр. Четвертый слой (ЭЛУР-0,08ПА) – усиление в области топливных баков, проходит между лобовой кромкой обшивки и заходит за ось лонжерона №1 на 45мм – по ширине, и от корневого обреза до оси нервюры №4 (заходит за ось на 40мм) – в продольном направлении. Седьмой слой (ткань СВМ) обкладывает все слои со второго по шестой и имеет обрезы такие же, как у первого слоя. Слои с 8-го по 19-й образуют, как уже было сказано, усиления обшивки по кромкам и вдоль лонжерона №2.

Построение математической модели обшивки сводиться к моделированию ее слоев. Методика создания многослойных конструкций в памяти компьютера схожа с технологией изготовления таких конструкций, т.е. каждый последующий слой нельзя наклеить (или смоделировать) если отсутствуют предыдущие слои. Общая схема моделирования представлена на рис. 5.1. в виде блок-схемы. По представленной схеме моделировались все обшивки крыла.

Создание математической модели наружной обшивки верхней панели можно представить в виде следующей последовательности этапов моделирования.

1. Моделирование базовой поверхности, это наружная поверхность обшивки, являющаяся рабочей поверхностью оснастки. От этой поверхности восстанавливаются все слои один за другим.

   1. Определим контуры обрезов обшивки и контуры начала подсечек при помощи команд Intersection curve¹, Section² и Offset on face³, принадлежащих модулю Curve.

   2. Строим поверхности нормальные теоретической поверхности крыла и проходящие через кривые созданные на предыдущем шаге, для этого используем команды модуля Free Form Feature.

   3. Строим эквидистантные поверхности подсечек командой Offset sheet body⁴ модуля Free Form Feature.

   4. Обрезку основной поверхности и поверхностей подсечек согласно чертежу по поверхностям созданным в пункте 1.2. осуществляем командой Trim body⁵ модуля Feature Operation.

   5. Строем поверхности перехода с основной поверхности к поверхности подсечки командой Ruled⁶ модуля Free Form Feature.

   6. Обрезку всех созданных поверхностей (кроме поверхностей созданных в пункте 1.2.) друг о друга выполняем, вновь используя команду Trim body.

   7. «Сшивание» всех поверхностей в одну осуществим командой Sew⁷ модуля Feature Operation. Таким образом, заканчивая моделирование базовой поверхности.

2. Моделирование первого слоя обшивки осуществляется командой Thicken sheet¹ модуля Form Feature от базовой поверхности с заданием первой эквидистанты, равной 0, и с заданием второй, – равной ².

3. Второй слой обшивки получается в результате следующих действий:

   1. Через линию, полученную командой Offset on face от линии пересечения плоскости нервюры №5 с теоретической поверхностью крыла, строим нормальную к теоретической поверхность.

   2. Используя команду Thicken sheet, строим тело второго слоя с заданием первой эквидистанты, равной и второй - .

   3. Полученное тело³ обрезаем поверхностью полученной в пункте 3.1. командой Trim body, тем самым, заканчиваем моделирование второго слоя.

4. Третий слой обшивки представляет собой 11 полос материала, расположенных вдоль нервюр.

   1. Строим линии, образующие обрезы полос слоя командой Offset on face от кривых пересечения плоскостей нервюр и теоретической поверхности.

   2. Строим к теории крыла через каждую из полученных линий нормальные поверхности к теоретической поверхности крыла.

   3. Вновь используя команду Thicken sheet, строим 11 тел с заданием первой и второй эквидистант, равными и , соответственно.

   4. Обрезаем полученные тела поверхностями (команда Trim body), полученными в пункте 4.2. так, чтобы получить 11 полос вдоль каждой нервюры.

5. Моделирование четвертого слоя обшивки.

   1. Выделяем внутренние поверхности ранее смоделированных слоев (2 и 3) командой Extract Geometry модуля Form Feature.

   2. Объединяем полученные поверхности командой Sew. Таким образом, получаем базовую поверхность для моделирования слоя 4.

   3. Строим нормальную к теоретической поверхности поверхность через кривую, образованную командой Offset on face от кривой пересечения теории и плоскости лонжерона №1.

   4. Вновь используя команду Thicken sheet с заданием первой и второй эквидистант, равными 0 и , соответственно, моделируем тело четвертого слоя.

   5. Полученное тело обрезаем поверхностью (команда Trim body) из пункта 5.2. и одной из поверхностей созданных в процессе создания модели третьего слоя согласно чертежу.

6. Моделирование пятого слоя обшивки. Пятый слой является усиливающим слоем, как и третий, и представляет собой полосы ткани вдоль нервюр №2, 2а, 3, 3а, 4 и 6.

   1. Используя команду Extract Geometry, выделяем внутренние поверхности слоев 1, 2, 3 и 4 и объединяем (сшиваем) эти поверхности, тем самым получаем базовую поверхность пятого слоя.

   2. От полученной поверхности командой Thicken Sheet строим 6 тел.

   3. Обрезав эти тела поверхностями из пункта 4.2. (команда Trim body), получим полосы материала вдоль нервюр №2, 2а, 3, 3а, 4 и 6.

7. Моделирование шестого слоя обшивки.

   1. Вновь командой Extract Geometry выделяем внутренние поверхности ранее созданных слоев (2 – 5) и сшиваем их командой Sew.

   2. От полученной поверхности строим тело шестого слоя (команда Thicken sheet).

   3. Созданное тело обрезаем поверхностью, полученной в пункте 3.1.

8. Моделирование седьмого слоя обшивки.

   1. Командой Extract Geometry выделяем внутренние поверхности слоев 1, 2, 3, 5 и 6 и командой Sew сшиваем их.

   2. Строим тело седьмого слоя от поверхности, созданной в предыдущем пункте, используя команду Thicken Sheet.

Седьмой слой – последний слой обшивки. Остальные слои обшивки являются, как уже было отмечено, усиливающими. Внутренняя поверхность седьмого слоя является базовой поверхностью для моделирования остальных слоев. Методику моделирования оставшихся слоев можно коротко описать следующей последовательностью действий.

1. Кривыми на теоретической поверхности размечаем контур обрезов слоев при помощи команд Intersection curve, Section и Offset on face.

2. Через полученные линии строим нормальные поверхности к теории.

3. От базовой поверхности командой Thicken sheet строим восьмой слой с заданием первой эквидистанты, равной 0, и второй - . А при помощи команды Trim body обрезаем тело восьмого слоя поверхностями, образованными на предыдущем шаге.

4. Девятый слой так же строиться командой Thicken sheet с заданием первой эквидистанты, равной , и второй - . И обрезку девятого слоя осуществляем по поверхностям из пункта 2.

…

14. Девятнадцатый последний слой образуется заданием эквидистант, равными и , и его обрезка осуществляется теми же поверхностями из пункта 2.

Создание математической модели какой-либо детали способствует отличной проверке ее чертежа за счет того, что при создании модели проверяется вся информация, отраженная на чертеже и в спецификации. Например, без какого-либо размера не возможно создать модель и, тем более, изготовить деталь.

5.3Трехмерная увязка конструкции

Обычно моделирование деталей имеющих разные номера выполняется в разных файлах с именами, соответствующими номеру детали, и впоследствии модели деталей собираются в единую конструкцию узла (агрегата) в файле сборки. Такую возможность – возможность создания сборочных проектов предоставляет система «Unigraphics».

Сборочный проект электронный аналог сборочного чертежа в трехмерном виртуальном измерении. Для удобства, сборки именуются номером сборочного чертежа и иерархия сборочных единиц и деталей, входящих в чертеж повторяется в сборочном проекте.

На этапе проектирования деталей конструктор может выяснить неточности чертежей, такие как отсутствие каких-либо размеров, неточность графики, несоответствие зазоров в случае, где явно просматривается размерная цепь. Но основная проверка конструкции проводиться именно в сборочных проектах или просто сборках, т.к. именно здесь легко проверить зазоры, «перехлесты» тел деталей (когда одно тело врезается в другое, например) и т.п., к тому же система предоставляет определенный набор функций для этого. Следует добавить, что система позволяет редактировать модели деталей непосредственно в сборке и, более того, можно создавать новые модели сразу в сборке.

В случае с верхней панелью удобно создать ее сборочный проект по окончании моделирования всех слоев наружной и внутренней обшивки. А моделирование сотового заполнителя и окантовок осуществлять уже в сборочном проекте, создав в нем новую часть¹. Такой подход объясняется тем, что рельефные внутренние поверхности наружной и внутренней обшивки необходимы, как основа для создания модели сотового заполнителя панели.

6Изготовление шаблонов и оснастки

Высоки требования к выполнению внешних контуров современных самолетов и к обеспечению взаимозаменяемости его агрегатов, узлов и деталей приводят к необходимости создания большого количества объемной оснастки, применяемой заготовительными цехами и цехами сборочной оснастки: пространственные макеты агрегатов, макеты сечений, обтяжные пуансоны, болванки, формблоки, оправки, контрольные приспособления и др.

Взаимосвязь шаблонов и объемной оснастки и их применение при изготовлении заготовительной и сборочной оснастки лучше всего проследить по схеме увязки плазово-шаблонной, заготовительной и сборочной оснастки приведенной на рис.6.1.

6.1Изготовление шаблонов

Шаблоны представляют собой копии контуров и разверток самолетных деталей. Они обычно выполняются из тонкой листовой стали и служат для изготовления и контроля технологической оснастки и деталей самолета. Шаблонами называются жесткие носители формы и размеров, обеспечивающие взаимозаменяемость деталей, узлов и агрегатов самолета при их изготовлении.

Плазово-шаблонный метод производства вносит свои особенности в технический контроль деталей и узлов самолета. Здесь в отличие от общего машиностроения точность деталей и узлов оценивается путем их сопоставления с соответствующей плазово-шаблонной оснасткой.

Основными характеристиками шаблона являются: контур, координатные и конструктивные оси, установочные линии, отверстия и нанесенная на шаблон техническая информация.

В зависимости от назначения шаблоны подразделяют на три основные группы:

• Основные шаблоны применяются для изготовления, технологической увязки и контроля производственных шаблонов. Эти шаблоны являются первоисточниками контуров и технической информации и в производственные цехи завода не выдаются.

• Производственные шаблоны применяются для изготовления и контроля заготовительно-штамповочной и стапельно-сборочной оснастки, а также деталей самолета. Эти шаблоны хранятся в производственных цехах завода.

• Эталонные (контрольные) шаблоны применяются в исключительных случаях, например, при изготовлении шаблона обрезки контура и кондуктора для сверления отверстий сложной конфигурации, а также при изготовлении на смежных заводах самолетных горячештампованных, литых и механообрабатываемых деталей. В этом случае эталонный комплект шаблонов пересылают заводу-изготовителю деталей.

6.1.1Номенклатура шаблонов

Номенклатура основных и производственных шаблонов не является неизменной и в зависимости от технических условий на изготовление изделия и оснащенности предприятия оборудованием может изменяться.

Установившейся номенклатуры для эталонных шаблонов не существует, и в зависимости от требований ими могут быть любые шаблоны.

Типовая номенклатура шаблонов, состоящая из двух наименований основных и десяти производственных, приведена в таблице 6.1.

Независимо от программы выпуска самолетов на данном заводе все шаблоны изготавливают только в одном экземпляре в так называемом рабочем комплекте. Это позволяет избежать ошибок при изменении конструкции деталей самолета и при внесении соответствующих изменений в выпущенные ранее шаблоны.

Таблица 6.1.

Номенклатура применяемых шаблонов

Группа	Наименование	Условное обозначение	Назначение
Основные шаблоны	Шаблон контрольно-контурный	ШКК	Изготовление, технологическая увязка и контроль узлового комплекта шаблонов, а также шаблонов приспособлений
	Отпечаток контрольный	ОК	Изготовление, технологическая увязка и контроль узлового и детального комплекта шаблонов, а также изготовление отдельных шаблонов
Производственные шаблоны	Шаблон контура	ШК	Изготовление, увязка и контроль детального комплекта шаблонов, а также заготовительно-штамповочной оснастки
	Шаблон внутреннего контура	ШВК	Изготовление и контроль формблоков, оправок и деталей
	Шаблон развертки детали	ШР	Разметка и контроль разверток деталей, вырубных штампов и шаблонов фрезерования
	Шаблон заготовки	ШЗ	Разметка заготовок деталей сложной пространственной формы
	Шаблон фрезерования	ШФ	Изготовление разверток деталей на фрезерных станках
	Шаблон контура сечения	ШКС	Изготовление и контроль формблоков, оправок, болванок, обтяжных пуансонов и самолетных деталей сложной формы
	Шаблон гибки	ШГ	Изготовление и контроль профильных и трубчатых деталей, имеющих кривизну в одной плоскости, оправок и приспособлений
	Шаблон обрезки и кондуктор для сверления отверстий	ШОК	Разметка деталей под обрезку по контуру и длине, сверление в них отверстий
	Шаблон приспособления	ШП	Изготовление элементов сборочных приспособлений и их монтаж
	Шаблон разный	РШ	Выполнение единичных работ, связанных с проверкой установки деталей на самолет, и т.д.

6.1.2Комплектность шаблонов

Для обеспечения геометрической и технологической увязки всех деталей, входящих в узел, шаблоны изготовляют комплектами.

Увязка шаблонов необходима для достижения взаимозаменяемости деталей, узлов и агрегатов и обеспечивается при изготовлении шаблонов в пределах установленных допусков.

При изготовлении и контроле комплекта шаблонов увязку производят по контурам, координатным и конструктивным осям, установочным линиям, отверстиям, сериям выпуска шаблонов.

Комплекты шаблонов подразделяют следующим образом:

• детальный комплект шаблонов;

• узловой комплект шаблонов;

• комплект шаблонов приспособлений ШП (на стапель);

• комплект шаблонов контура сечений ШКС (на макет поверхности или болванку).

Детальный комплект шаблонов – группа шаблонов, необходимых для изготовления какой-либо детали. Эти шаблоны связаны между собой геометрией детали и технологическим процессом ее изготовления.

Номенклатура шаблонов, входящих в детальный комплект, зависит от конфигурации детали и приведена в таблице 6.2.

Таблица 6.2.

Детальные комплекты шаблонов

Форма детали	Шаблоны, входящие в комплект
Плоская деталь	ШК, ШР, ШВК, ШФ, ШР (частичный)
Профильная деталь	ШК, ШОК, ШГ
Объемная деталь	ШОК, ШЗ, комплект ШКС

В узловой комплект шаблонов входят шаблоны, необходимые для выполнения всех деталей, входящих в данный узел. Узловой комплект объединяет несколько детальных комплектов шаблонов.

Комплекты шаблонов ШКС и ШП состоят из группы шаблонов ШКС, необходимых для изготовления (контроля), например, выклеечной формы под выклейку обшивки. Или группы шаблонов ШП, необходимых для изготовления сборочных приспособлений, например, для сборки нервюр крыла.

В настоящее время комплекты ШКС и ШП изготавливают на фрезерных станках с ЧПУ по программам, подготовленным CAD/CAM-системах по моделям деталей.

6.1.3Технологический процесс изготовления шаблонов

Технологический процесс изготовления шаблонов включает в себя следующие основные операции:

• Раскрой заготовки;

• Разметка контура и осей;

• Вырезание по контуру;

• Опиливание по контуру;

• Разметка отверстий;

• Сверление отверстий;

• Нанесение информации и маркировки;

• Контроль шаблона;

• Окраска.

В настоящее время первые три операции, а также операции разметки и сверления отверстий (за исключением базовых – они сверлятся до обработки шаблона, т.к. они необходимы для фиксации заготовки на столе станка) осуществляются на фрезерных станках с ЧПУ.

В шаблонах сверлят комплекс технологических отверстий, необходимых для изготовления заготовительной и сборочной оснастки, деталей самолетов, а также для сборки их в узлы и агрегаты.

Номенклатура, обозначения и назначение технологических отверстий, выполняемых в шаблонах, приведены в таблице 6.3.

Таблица 6.3

Отверстия на шаблонах

Наименование отверстий	Обозначение	Назначение
Базовые	БО	Установка заготовок на стол станка; сборка шаблонов в «корзинку».
Сборочные	СО	Создание возможности правильной сборки всех входящих в узел деталей без применения сборочных приспособлений.
Направляющие	НО	Сверление отверстий под заклепки, анкерные гайки или болты во всех сопрягаемых деталях узла.
Инструментальные	ИО	Установка ловителей в инструментальных штампах; сверление отверстий в развертках деталей, необходимых для их установки на штампы.

Как уже было отмечено, изготовление шаблонов происходит на фрезерных станках с ЧПУ, причем управляющие программы подготавливаются в системе «Cimatron it». Базовый набор управляющих программ включает программу обработки, программу разметки и программу сверления отверстий.

Создание шаблона происходит по следующей последовательности действий:

1. Подготовка информации на выпуск шаблона.

1. Построение сечения или развертки модели шаблонируемой детали – определение контура обработки – средствами графической системы («Cimatron it»).

2. Разметка осей и отверстий («Cimatron it»).

3. Изготовление и контроль паспорта на шаблон.

4. Создание управляющей программы обработки («Cimatron it»).

5. Создание управляющей программы разметки («Cimatron it»).

6. Создание управляющей программы сверления отверстий («Cimatron it»).

7. Форматирование управляющих программы в файлы траектории движения инструмента в системе «Астра».

2. Изготовление шаблона

   1. Обрезка заготовки и сверление базовых отверстий.

   2. Установка на станок и отработка управляющих программ.

   3. Выполнение управляющих программ.

   4. Зачистка контуров шаблона от заусенцев и т.п.

   5. Нанесение текстовой информации и маркировка.

   6. Контроль шаблона.

Подготовка управляющей программы в системе «Cimatron it» выполняется по следующей последовательности:

1. Вход в модуль подготовки управляющих программ («NC» ¹).

2. Командой MACSYS создается система координат модели соответствующая системе координат станка.

3. Командой TOOLS создается инструмент – фреза. Здесь присваивается имя инструменту и указываются его геометрические параметры.

4. Вход в подмодуль TP.MNGR – менеджер создания траекторий.

5. Во вкладке >CREATE панели инструментов менеджера указывается тип обработки. В случае изготовления плоских контуров – шаблонов указывается 2,5-координатная обработка (MILL 2.5 AXIS). На данном этапе создается основа программ обработки.

6. Вновь во вкладке >CREATE указывается тип траектории: для обработки или разметки контура указывается тип PROFILE, а для сверления отверстий – DRILL.

7. Указывается контур кривых либо точки – центра отверстий. Здесь необходимо указать при подготовке программы для разметки, что инструмент находиться над плоскостью контура (TOOL ON).

8. Во вкладке SERVISES указывается, что плоскость безопасности станка находиться на 160мм над плоскостью обработки. Здесь же во вкладке GO TO POINT указывается, что после обработки инструмент должен вернуться в исходную точку (GO HOME).

9. Подтверждение правильности ввода всех данных и запись файла управляющей программы.

Пример управляющей программы для обработки шаблона КШКС, используемого для изготовления и контроля болванки под выклейку лобика изображенного на ДП 1301.02.07.10.30.00 СБ, изображен на плакате ДП 1301.02.07.00.30.01.

6.2Производство оснастки

6.2.1Особенности технологии производства оснастки

Макеты поверхностей самолетов средних и тяжелых типов применяют чаще всего только для изготовления по ним (путем снятия слепков) пуансонов для обтяжных прессов, используемых при формообразовании обшивок.

Для самолетов легкого типа макеты поверхностей используют, помимо изготовления обтяжных пуансонов, для обработки контуров рубильников у стапелей, путем снятия с макета поверхности слепков по сечениям, а также для изготовления контрмакетов, применяемых при выполнении монтажных эталонов к сборочной оснастке.

Макет поверхности воспроизводит теоретическую поверхность агрегата самолета. На поверхности каждого макета размечают основные элементы конструкции агрегата (конструктивные оси, стыки листов обшивки, люки, окантовки и т.п.).

Макеты поверхностей выполняют только на те агрегаты самолета, контуры которых имеют двойную кривизну.

В зависимости от назначения макеты поверхностей бывают трех видов: макеты поверхностей агрегатов и отсеков, узлов и панелей и патрубков.

Изготовление макетов поверхностей агрегатов и отсеков, а также узлов и панелей выполняют в следующем порядке:

• Изготавливают каркас;

• Обрабатывают рабочую поверхность;

• Окрашивают рабочую поверхность макета и размечают на ней конструкцию агрегата или узла;

• Контролируют качество изготовления и разметки.

В настоящее время макеты поверхностей используют редко и применяют их, в основном, в качестве эталонов для изготовления и контроля сборочных стапелей.

Макеты сечений применяют для получения способом слепков рабочих контуров рубильников стапелей. Конструктивно макеты сечений состоят из двух шаблонов и вкладыша, расположенного между ними. Вкладыши выполняют чаще всего литыми в виде ажурной плоской рамы толщиной 40-50мм. Если узел самолета (шпангоут или нервюра) имеют значительные размеры, то для макетов сечений этих узлов вкладыш выполняют из нескольких частей.

Вкладыш по толщине обрабатывают на заданный размер, а по габаритам отступают от рабочего контура шаблона приблизительно на 15-20мм.

Во вкладыш при помощи плаз-кондуктора, используя цемент МЦ, устанавливают три-четыре втулки, образующие базовые отверстия с шагом кратным 50мм.

С обеих сторон вкладыша устанавливают два шаблона. Один из них располагают в плоскости теоретического сечения нервюры, а другой – на расстоянии 40-50мм от этой плоскости.

В обоих шаблонах при помощи плаз-кондуктора заранее сверлят базовые отверстия с теми же расстояниями что и у вкладыша.

Установленные на вкладыши шаблоны фиксируют штырями по базовым отверстиям и привинчивают винтами (рис. 6.2.). Промежуток между шаблонами и вкладышем по всему периметру заполняют двумя слоями карбинольного цемента. После нанесения второго слоя и выдержки излишек цемента срезают ножом, опираясь его плоскостью на кромки обоих шаблонов. После затвердения цемента поверхность макета шпаклюют и окрашивают.

Назначение обтяжных пуансонов – придание необходимой формы деталям из листа и профилей на обтяжных прессах и профилегибочных станках.

В зависимости от применения обтяжные пуансоны можно подразделить на две группы: для обшивок и для профилей.

Для изготовления первых применяют пескоклеевую массу ПСК или эпоксидную композицию, а иногда то и другое.

Из пескоклеевой массы пуансоны изготавливают путем формования по поверхности макетов. Конструктивно их выполняют в виде деревянных каркасов, заполненных плотно утрамбованной пескоклеевой массой, состоящей из формовочного песка и смоляного клея.

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

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

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

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

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

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

• монолитные из хвойной древесины;

• монолитные из хвойной древесины с облицовкой рабочего контура твёрдыми породами дерева или балинитом;

• монолитные из пескоклеевой массы с наклеенными бобышками из древесины;

• пустотелые из хвойной древесины;

• пустотелые с облицовкой из эпоксипласта.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1. плоские детали;

2. детали, имеющие один борт;

3. детали, имеющие два борта, направленные в одну сторону;

4. детали, имеющие два борта, направленные в разные стороны;

5. детали, имеющие два борта, направленные в разные стороны, с дополнительным бортиком жёсткости;

6. детали, у которых борта образуют закрытый контур (типа коробочки). Поверхности таких деталей могут быть гладкими или с отбортовками и рифтами. Контуры деталей могут быть как прямолинейными, так и криволинейными;

7. детали с одним или двумя криволинейными бортами, направленные в одну или в разные стороны. Контуры таких деталей бывают прямолинейными (например, лонжерон руля). Поверхности деталей гладкие или с различными отбортовками;

8. детали, сложные по конфигурации, имеющие специфические особенности при изготовлении (например, закрутку или кривизну по контуру).

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

6.2.2Создание управляющих программ для обработки оснастки

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

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

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

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

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

7Изготовление деталей крыла

7.1Изготовление деталей из композиционных материалов

Как уже было отмечено, большая часть конструкции рассматриваемого крыла изготавливается из гибридных¹ композиционных материалов и панелей с сотовым заполнителем, которые, в свою очередь, также изготавливаются из ПКМ².

7.1.1Изготовление обшивок из композиционных материалов

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

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

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

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

Автоклавы – это герметичные сосуды большого объёма, в которых можно создать давление до 30МПа. Преимущество автоклавного формования в том, что в автоклавах из-за значительного объёма нагревательной камеры обеспечиваются заданные равномерные температура и давление независимо от формы изделия, а также возможность механизации при загрузке и выгрузке. В автоклав входят системы создания и регулирования рабочего давления, управления процессами разогрева и охлаждения, а также система записи параметров.

7.1.2Изготовление сотового заполнителя

Появление слоистых конструкций вызвали требования к высокой удельной прочности при минимально возможном весе конструкции. Слоистые конструкции представляют собой листовые обшивки, между которыми установлен заполнитель, обеспечивающий совместную работу обшивок и необходимую жёсткость конструкции. В качестве заполнителя в слоистых конструкциях применяются заполнители в виде гофров и вафель из пенопластов и пеноалюминия, а также наиболее распространенный – сотовый заполнитель.

В конструкциях сотовых заполнителей распространение получила шестигранная форма ячейки, как более технологичная и имеющая большую площадь склеивания с обшивками. Параметрами сотового заполнителя являются размер ячейки и толщина материала (рис. 7.1).

Наиболее распространённым способом изготовления сотового заполнителя является метод растяжения пакетов, так как этот метод позволяет механизировать выполнение всех операций. Рассмотрим этот процесс.

Первым этапом в изготовлении сотового заполнителя является процесс нанесения клеевых полос на полосы материала, их подсушивание и сборка в пакеты. Этот процесс осуществляется на специальных станках, позволяющих автоматизировать и соединить нанесение клея, его сушку и сборку в пакеты в один процесс.

Затем полученные пакеты склеиваются – помещаются в специальное приспособление, напоминающее штамп. «Пуансон» и «матрица» такого штампа выполнены в виде гребенок, создающих давление только на клеевых полосах. Это приспособление помещается в пресс для создания давления.

Полученные пакеты растягиваются на специальных установках.

Затем пакеты пропитывают связующим (смолой) - установленными на специальные рамы пакеты погружают в ванну со связующим. Пропитанные пакеты подвергают термообработке.

Завершающим этапом изготовления сотовых заполнителей является процесс придания им требуемых геометрических форм.

7.1.3Сборка трехслойных панелей с сотовым заполнителем

Сборка панелей осуществляется на болванке, на которую укладываются окантовки – препрег – для заделки кромок, затем укладывается нижняя обшивка, затем – сотовый заполнитель и, наконец, - верхняя обшивка. После этого на верхнюю обшивку укладывается антиадгезионная пленка, и всё закрывается эластичной оболочкой. Процесс формования проводится в термошкафу или автоклаве.

Перед укладкой последней обшивки соты в местах крепления панели с элементами каркаса (т.е. где будут сверлиться отверстия под болты, например) заполняются специальным заполнителем согласно сборочному чертежу.

7.2Изготовление механообрабатываемых деталей

После увязки конструкции в системах геометрического моделирования для механообрабатываемых деталей без каких-либо дополнительных построений в этих же системах могут быть созданы управляющие программы для оборудования с ЧПУ.

Системы «Cimatron it» и «Unigraphics», как уже было отмечено, снабжены пакетами для 2, 3 и 5-координатой фрезерной, и 2 и 4-координатной токарной обработки. Пакеты и той и другой систем имеют встроенные средства для визуального контроля управляющих программ.

Рассмотрим обобщенный процесс создания управляющей программы в системе «Unigraphics»:

1. рабочая координатная система устанавливается таким образом, чтобы соответствовать системе координат станка.

2. запускается модуль MANUFACTURING.

3. совмещаются рабочая и станочная координатные системы.

4. выбирается тип траектории обработки («от точке к точке», фрезерование в плоскости и т.д.).

5. создается инструмент, где указывается его тип и геометрические параметры.

6. задаются режимы обработки (подачи, вращения шпинделя и т.п.).

7. указывается на модели обрабатываемая геометрия - поверхности детали. При необходимости указываются поверхности, которые не должны быть зарезаны.

8. задаются способы подвода, врезания, отвода, исходная точка и другие параметры, относящиеся к холостому движению инструмента;

9. производиться генерация траектории.

Полученную траекторию впоследствии можно отредактировать – изменить подачи, инструмент и т.д.

7.3Изготовление листовых деталей

Все листовые детали конструкции крыла подвергаются формовке резиной. На рис 7.2. показана обща схема штамповки резиной. Плоскую заготовку 2 помещают на пуансон (формблок) 1, находящийся на нижней плите 5; матрицей служит контейнер 4, внутренняя полость которого заполнена резиной 3. При движении вниз плунжера пресса и закреплённого на нём контейнера внутренняя полость контейнера замыкается нижней плитой 5 и в его полости начинает увеличиваться давление q резины; под воздействием давления q заготовка прижимается к пуансону и начинает деформироваться. В конечной стадии процесса штамповки давление достигает максимального значения, заготовка полностью обжимается по пуансону и принимает его форму.

Как видно из схемы, операция штамповки очень проста; специальной оснасткой является только формблок, а контейнер и нижняя плита (выполненная по его внутренним размерам) являются универсальными.

При штамповке резиной заготовка испытывает распределённое давление только со стороны резиновой подушки, края заготовки деформируются свободно. Поэтому если в зоне деформирования возникают напряжения сжатия, то заготовка легко теряет устойчивость, появляются складки, которые не всегда можно устранить обжатием на пуансоне в конце операции. В этом случае складки устраняют последующей ручной доработкой. При возникновении в зоне деформирования напряжений растяжения складки не образуются и степень деформации ограничивается удельным давлением q, создаваемой резиновой подушкой контейнера.

При помощи штамповки резиной изготавливаются детали, главным образом, из алюминиевых сплавов: нервюры, шпангоуты и их детали, диафрагмы, стенки, перегородки и др. Эти детали проектируются с учётом технологических возможностей именно штамповки резиной, так как изготовление их другими способами, например в металлических штампах, значительно дороже.

Штамповка резиной производится в гидропрессах. Применяются гидропрессы двух типов: с максимальным усилием 2500 и 5000Т. Размеры рабочей зоны контейнеров соответственно равны 1×2 и 3,5×1,3м. Удельное давление q в контейнере 80-100кГ/см². Рабочая площадь контейнеров позволяет осуществлять групповую штамповку; для этого на нижнюю плиту одновременно устанавливают несколько формблоков с заготовками и за один рабочий ход плунжера на каждом из них штампуются отдельные детали.

Комплект деталей, изготовляемых при помощи штамповки резиной, включает несколько тысяч наименований, а трудоёмкость, приходящаяся на этот вид работ, достигает 15% от общей трудоёмкости заготовительно-штамповочных работ.