CC BY
21
УДК 62-213.6
МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ОБШИВОК САМОЛЕТА М.В. Молод1, В.И. Максименков1, В.И. Федосеев2
воронежский государственный технический университет, г. Воронеж, Россия 2Филиал ПАО «Корпорация «Иркут», г. Воронеж, Россия
Аннотация: рассмотрен метод повышения равномерности деформации в продольном и поперечном направлениях деформируемой заготовки. Сформулированы цель и задачи исследования. Проведен анализ процесса формообразования обшивок на оборудовании с ЧПУ. Показан характер напряжений и деформаций при их минимальном значении по поперечным сечениям заготовки. Выявлена неравномерность деформаций и напряжений при формообразовании обшивок двойной кривизны. Разработан метод выравнивания деформации за счет получения на технологическом припуске пуансона вогнутой поверхности, полученной расчетным методом. Получена зависимость, позволяющая проектировать вогнутую поверхность с учетом геометрических параметров пуансона. Приведена методика проектирования пуансона. Выполнен пример расчета геометрических параметров пуансона. Проведены экспериментальные исследования на оборудовании с ЧПУ, подтверждающие эффективность разработанного метода выравнивания деформаций в продольном и поперечном направлениях, обеспечивающие повышение качества получаемых обшивок
Ключевые слова: пуансон, технологическая поверхность, вогнутая поверхность, формообразование, деформации, контрформовка, выравнивание, припуск
Введение
При проектировании деталей самолета необходимо обеспечить создание равнопрочных конструкций, исключая концентраторы напряжений.
Особый интерес представляют обшивки самолета, выходящие на аэродинамические поверхности.
При изготовлении обшивок на обтяжных прессах за счет неравномерности деформаций возникает разнотолщинность материала, вызывая концентраторы напряжений, приводящие к возможному появлению браковочных признаков. На решение задач по выравниванию деформаций обшивок направлена данная статья.
Постановка задачи
Выполнен анализ процесса формообразования обшивок методом обтяжки [1].
По данной проблеме проведен комплекс исследований [2, 3].
Результаты исследований обеспечили выравнивание деформаций по длине обшивки, при этом максимальный эффект достигается за счет применения смазки.
В работе поставлена задача, позволяющая обеспечить выравнивание деформаций по длине и ширине заготовки.
Исследование процесса формообразования
В процессе исследования процесса обтяжки решалась задача по выравниванию деформаций на поверхности заготовки, а следовательно, и их толщин.
Рассмотрим процесс поперечной обтяжки
[1].
Плоская заготовка 1 (рис. 1) фиксируется в зажимах 6 и при перемещении пуансона 2, установленного на стол пресса 3 с помощью штока 4, гидроцилиндра 5, занимает верхнее положение, принимая форму пуансона. Процесс обтяжки заканчивается тогда, когда заготовка полностью повторит рабочую поверхность пуансона, при этом: напряжения на боковых кромках соответствуют напряжению текучести, то есть атт= ат; величина минимальных деформаций ет1П>1%.
Таким образом, как показано на рис. 1, при формообразовании обшивки двойной кривизны создается неравномерность напряжений и деформаций.
© Молод М.В., Максименков В.И., Федосеев В.И., 2018
Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 14. № 5. 2018
I 1
Г ш
1 тТГ
с
б) Рис. 1
1 - заготовка; 2 - пуансон; 3 - стол пресса; 4 - шток гидроцилиндра; 5 - гидроцилиндр; 6 - зажимы
Рассмотрим конструкцию обтяжного пуансона (рис. 2): обтяжной пуансон 1 содержит рабочую поверхность, сопряженную с технологической поверхностью 2, выполненную вогнутой; при этом длину S1 вогнутой технологической поверхности в каждом 1-м поперечном сечении пуансона определяют по зависимости:
Ь = + , (1)
где R1 - радиус максимального сечения пуансона;
^ - угол охвата максимального сечения пуансона;
£ - угол охвата сечения пуансона в 1-м сечении;
h - стрела прогиба максимального сечения пуансона;
L1 - расстояние от оси пуансона до 1-ого сечения пуансона;
В - длина пуансона.
Длина сечений вогнутой технологической поверхности пуансона в направлении обтяжки задается в зависимости от длины сечения его рабочей поверхности, её расположения, а также от длины заготовки в этих сечениях, увеличенными по сравнению с недеформированным состоянием на одну и ту же степень деформации в зависимости от требуемой точности прилегания.
Л ■Тч
се ОТ
1 1
а) Пуансон
Рис. 2
1 - пуансон; 2 - вогнутая технологическая поверхность;
3 - заготовка; 4 - контрформовка; 5 - зажимы
Выполнение технологической поверхности 2 с длиной дуги в поперечных сечениях по длине пуансона, определяемой по зависимости (1), обеспечивает равномерное растяжение заготовки за счет выравнивания длин деформированных участков. Выполнение технологической поверхности 2 вогнутой формы позволяет выполнить пуансон компактным, а также обеспечивает простоту конструктивного выполнения контрформовок при их размещении на обтяжном прессе.
Окончание процесса формообразования осуществляется перемещением контрформовок 4, обеспечивающих прилегание заготовки 3 в зоне вогнутой поверхности.
Методика проектирования обтяжного пуансона
Согласно зависимости (1) приведены расчеты параметров пуансона для формообразования заготовки прямоугольной формы С=1900 мм из алюминиевого сплава толщиной 1,2 мм.
Методика проектирования обтяжного пуансона:
1. Принимают необходимую степень деформаций для фиксирования формы детали во всех сечениях е=0,02.
Длина заготовки после деформации определяется: Ск = + е) = 1938 мм.
2. Длину сечений вогнутой технологической поверхности пуансона определяют по зависимости (1), зная формы и размеры рабочей поверхности.
В таблице представлена зависимость длины сечения вогнутой технологической поверхности от L1 , £ , Rь В и к
С учетом марки материала заготовки, ее толщины, прочности пуансона выбираем значение радиусов вогнутой технологической поверхности и проектируем обтяжной пуансон.
Геометрические размеры пуансона приведены в таблице.
о
« о
Щ
ft о
Щ «
es
л
1938
Pi
CS Рч
500
CS ft
<u
ё и
150
140
130
120
110
cS Ю
s
и о
п
CS
is £
О
100
CS
К о
О
§ m Ei
CS
1000
О
CS i—I
И g
«
О H о о
CS PLh
CS ft
100
200
300
400
«
О И
S ft
в u
F и
<ц О
о И es
&
97
210
337
472
Экспериментальные исследования
Процесс формообразования обшивок осуществляется на прессе FEKD. На поверхность заготовки для определения поля деформаций наносилась делительная сетка размером 100x100 мм.
Характер деформаций имеет вид, представленный на рис. 3, что указывает на эффективность метода выравнивания деформаций, который может использоваться при изготовлении обшивок на обтяжных прессах, обеспечивая повышение качества получаемых деталей.
Это особенно важно при изготовлении перфорированных обшивок, имеющих ограниченные пластические характеристики.
0.05 0.0t
0.03
0.02
0.01
1
/ ___— ---- - — — _
7 4 2
В
Рис. 3. Характер распределения деформаций по длине пуансона: 1 - традиционный метод при обтяжке;
2 - предложенный метод
Выводы
1. Проведен анализ процесса формообразования обшивок на обтяжном прессе, который выявил неравномерность деформаций, приводящих к концентрации напряжений на поверхности заготовки, оказывающих негативное влияние на ресурс деталей.
2. Разработана методика проектирования пуансона, позволяющая выполнить расчеты геометрических размеров вогнутой технологической поверхности с обеспечением выравнивания деформаций заготовки при обтяжке.
3. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие теоретическое обоснование предложенного метода выравнивания деформаций получаемых обшивок в продольном и поперечном направлениях, обеспечивая повышение качества деталей самолета.
Литература
1. Горбунов М.Н. Технология заготовительно-штамповочных работ в производстве летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1970. 351 с.
2. Молод М.В. Разработка универсального пуансона // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2016. Т. 12. № 1. С. 55-57.
3. Максименков В.И., Одинг С.С., Молод М.В. Определение параметров трения при формообразовании оболочек: монография. Воронеж: ВГТУ, 2015. 80 с.
Поступила 06.08.2018; принята к публикации 14.09.2018 Информация об авторах
Молод Марина Владиславовна - д-р техн. наук, доцент, доцент кафедры «Самолетостроение», Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: molodmv@yandex.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2875-5643
Максименков Владимир Иванович - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры «Самолетостроение», Воронежский государственный технический университет (394026, Россия, г. Воронеж, Московский проспект, 14), e-mail: maksimenkov. v. i@mail.ru, ORCID: https://orcid. org/0000-0003-0470-071 X
Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. i4. № 5. 20i8
Федосеев Владислав Игоревич - инженер-конструктор, отдел прочности, Филиал публичного акционерного общества «Корпорация «Иркут» (394029, Россия, г. Воронеж, ул. Циолковского, д. 27), e-mail: vladislav.f@inbox.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3974-6531
THE WAY TO INCREASE QUALITY OF AN AIRCRAFT SKIN М.^ Molod1, V.I. Maksimenkov1, V.I. Fedoseev2
Voronezh State Technical University, Voronezh, Russia 2Public company «Corporation «Irkut», Voronezh, Russia
Abstract: the method of increasing the uniformity of deformation in the longitudinal and transverse directions of the deformable workpiece is considered. The purpose and objectives of the study are formulated. The analysis of the process of shaping the skins on the equipment with CNC is done. The character of stresses and strains at their minimum value along the cross-sections of the workpiece is shown. The non-uniformity of deformations and stresses in the formation of double curvature casings was revealed. A method was developed for leveling the deformation by obtaining a concave surface obtained by a computational method on a technological allowance of a punch. The dependence is obtained, which allows one to design a concave surface taking into account the geometrical parameters of the punch. The technique of punch design is given. An example of calculating the geometric parameters of the punch is made. Experimental studies on CNC equipment were carried out, confirming the effectiveness of the developed method of straightening deformations in the longitudinal and transverse directions, ensuring an improvement in the quality of the obtained skin
Key words: punch, technological surface, concave surface, shaping, deformations, counter forming, deformations alignment, allowance
References
1. Gorbunov M.N. "Technology of blanking and stamping works in the aviation manufacture" ("Tekhnologiya zagotovitelno-shtampovochnykh rabot v proizvodstve letatelnykh apparatov"), Moscow, Mashinostroenie, 1970, 351 p.
2. Molod M.V. "Development of universal punch", The Bulletin of Voronezh State Technical University (Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta), 2012, vol. 12, no. 1, рp. 55-57.
3. Maksimenkov V.I., Oding S.S., Molod M.V. "Determination of the friction parameters for shell shaping. Monograph" ("Opredelenie parametrov treniya pri formoobrazovanii obolochek. Monografiya"), Voronezh, Voronezh State Technical University, 2015, 80 p.
Submitted 06.08.2018; revised 14.09.2018 Information about the authors
Vladimir I Maksimenkov, Dr. Sc. (Technical), Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: maksimenkov.v.i@mail.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0470-071X
Мarina V. Molod, Dr. Sc. (Technical), Associate Professor, Voronezh State Technical University (14 Moskovskiy prospekt, Voronezh 394026, Russia), e-mail: molodmv@yandex.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-2875-5643
Vladislav I. Fedoseev, Engineering Designer, Public company «Corporation «Irkut» (27 Tsiolkovskogo st., Voronezh 394029, Russia), e-mail: vladislav.f@inbox.ru, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-3974-6531
