CC BY
90
УДК 621.7.043
Машиностроение и машиноведение
РАЗРАБОТКА УНИВЕРСАЛЬНОГО ПУАНСОНА
М.В. Молод
В статье рассмотрены конструктивные особенности универсального пуансона с оценкой величин удельного давления, возникающих при формообразовании обшивок
Ключевые слова: формообразование, пуансон, деформация, точность, трение
Обшивки, выходящие на аэродинамические поверхности самолета, должны обладать высокой точностью.
Точность обшивок достигается технологией изготовления. В настоящее время для изготовления обшивок применяется оборудование с ЧПУ [1]. Схема получения управляющей программы приведена на рис. 1.
Кинематика оборудования
Режимы процесса формообразования
Рис. 1. Схема получения управляющей программы
Из приведенной схемы видно, что главным фактором, определяющим заданную точность обшивок, является геометрия пуансона.
В настоящее время на предприятиях существуют пуансоны монолитной конструкции. Для их изготовления применяются следующие материалы: вторичный алюминий, сталь, дерево, боленит.
Молод Марина Владиславовна - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, e-mail: MolodMV@yandex.ru
Наиболее часто для изготовления пуансонов применяется дерево.
Конструкция пуансона из дерева имеет следующие преимущества и недостатки.
Преимущества:
- материал для изготовления пуансона присутствует на рынке в достаточном количестве.
Недостатки:
- высокая трудоемкость изготовления;
- большой вес пуансона, что вызывает неудобство в хранении и эксплуатации;
- в процессе эксплуатации происходит коробление бруса и потеря точности пуансона, что требует периодического контроля и ремонта.
Для повышения точностных и эксплуатационных характеристик оснастки разработана конструкция универсального пуансона [2], которая состоит из двух частей: опоры 1 и накладки 2 (рис. 2). Опора может использоваться для группы пуансонов. Так при изготовлении крыла самолета, с учетом схемы членения используется опора и пять накладок.
Рис. 2. Конструкция универсального пуансона
Универсальный пуансон состоит из опоры 1 с наружной поверхностью 8, накладки 2 с внутренней поверхностью 7, наружной поверхности накладки 9.
Накладка содержит ячейки 4, состоящие из поперечного 5 и продольного набора пластин 6.
Поперечный и продольный набор пластин получают из листового материала - стали 20 толщиной 1,0-2,0 мм.
Геометрия обтяжного пуансона
Механические характеристики обшивки
Схема технологического процесса изготовления универсального пуансона для обтяжки обшивок приведена на рис. 3.
Изготовление опоры
I
Раскрой заготовок для опоры
т
Гибка прокатка листовой заготовки
Сварка элементов опоры
Изготовление накладки
Раскрой пластин на станке с ЧПУ
Сборка продольного и поперечного набора пластин
Заполнение ячеек твердеющей массой и выдержка в течение 2-х часов
Формообразование обшивки по контуру наружной поверхности накладки
Крепление обшивки к поверхности накладки
Рис. 3. Схема технологического процесса изготовления универсального пуансона
После обтяжки листовой заготовки по изготовленному пуансону отклонение обшивки по толщине 2,0 мм составляет не более 0,12 мм, что вполне допустимо для изготовления пуансонов.
САПР технологического процесса изготовления криволинейной накладки универсального пуансона представлен на рис. 4.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАНЕРА САМОЛЕТА
РАЗБИВКА НА УЗЛЫ И АГРЕГАТЫ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОСНАСТКИ
РАСКРОЙ ЭЛЕМЕНТОВ КАРКАСА ПУАНСОНА ИЗ ЛИСТА
СБОРКА КАРКАСА ПУАНСОНА
НАПОЛНЕНИЕ КАРКАСА ПУАНСОНА ТВЕРДЕЮЩЕЙ МАССОЙ. ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ НАКЛАДКИ
КОНТРОЛЬ ПОВЕРХНОСТИ НАКЛАДКИ
Рис. 4. САПР технологического процесса изготовления криволинейной накладки универсального пуансона
Обработку по контуру пластин, образующих ячейку 4, осуществляют на оборудовании с ЧПУ (фрезерный станок, лазерный раскройный комплекс) с учетом толщины обшивки в виде листовой заготовки. После обработки осуществляют сборку поперечных 5 и продольных 6 пластин и получают накладку 2 с заданными размерами, которую укладывают на опору 1, а затем заполняют ячейки твердеющей массой.
Формование внутренней поверхности (контура)
7 накладки 2 осуществляют по рабочей поверхности
8 опоры 1 после заполнения ее ячеек 4 твердеющей массой.
Рабочую поверхность накладки 2 получают выравниванием твердеющей массы упругой пластиной. После застывания твердеющей массы осуществляют обтяжку обшивки 3 в виде листовой заготовки, например, из Д16АМ толщиной 2,0 мм по наружной поверхности 9 накладки 2 с последующей обрезкой обшивки 3 и прикреплением ее к продольному набору пластин 6.
Одно из основных требований, предъявляемых к качеству пуансона - обеспечение точности наружной поверхности, выполняется за счет реализации предлагаемой технологии изготовления универсального пуансона.
Второе требование - это обеспечение требуемой прочности.
Значение величины удельного давления определяется по минимальному сечению пуансона по формуле Лапласа:
где с - значение предела прочности материала заготовки в МПа; h -толщина обшивки в мм; R -радиус сечения пуансона, мм.
Максимальная величина удельного давления находится в пределах 5 МПа.
Из этого расчета выбиралась толщина пластин и размер ячеек накладки 50*50 мм.
Экспериментальный процесс обтяжки обшивок был осуществлен на пуансоне с радиусом кривизны
в минимальном сечении Rl=500 мм, в максимальном R2=600 мм, углом охвата а=1800. Толщина формуемых обшивок составила 2,4 мм. Материал обшивок - Д16АТ.
Продольные и поперечные пластины накладки изготовлялись из материала сталь 20.
Геометрические размеры накладки представлены на рис. 5.
Рис. 5. Геометрические размеры накладки: Взаг. - ширина заготовки; Ln - длина пуансона;
В - ширина; к - толщина; Н1 — высота крайнего сечения пуансона; Н2 - высота среднего сечения пуансона
Обтяжка обшивок осуществлялась на прессе с ЧПУ. Перед обтяжкой на заготовку наносилась делительная сетка с базой 100x100 мм. Характер распределения деформаций по сечениям пуансона после формообразования представлен на рис. 6.
Рис. 6. Характер деформаций и величин удельных давлений по сечениям пуансона после формообразования:
а - крайнее сечение; б - среднее сечение
Значения удельных давлений были рассчитаны по формуле Лапласа. При данных нагрузках обтяжной пуансон удовлетворял требованиям прочности и жесткости. Полученные обтяжкой обшивки удовлетворяли требованиям точности [2] .
Конструкции универсального пуансона имеет следующие преимущества:
- снижение материалоемкости оснастки более чем в 2 раза;
- опора является универсальной и используется для нескольких пуансонов;
- наличие в конструкции пуансона элементов опоры и накладки обеспечивает удобство хранения и эксплуатации;
- низкая трудоемкость изготовления (по сравнению с базовым вариантом достигнуто снижение трудоемкости изготовления на 40-50%);
- отсутствие необходимости проведения планового ремонта.
Заключение.
1. Разработана конструкция универсального пуансона, обеспечивающая получение обшивок требуемой точности.
2. Проведенные исследования реализации конструкции в производственных условиях выявили удобство в эксплуатации и в хранении оснастки.
3. Анализ технико-экономических показателей по сравнению с базовыми вариантами выявил преимущества в технологическом исполнении и экономическую эффективность разработки.
Литература
1. Одинг, С.С. Оптимизация формообразования оболочек двойной кривизны на обтяжном оборудовании с ЧПУ / С.С. Одинг // Кузнечно-штамповочное производство. - 1995. - №11. - С. 31-33.
2. Молод, М.В. Особенности формообразования двояковыпуклых обшивок на оборудовании с ЧПУ [Текст] / М.В. Молод, В.Н. Долматова // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2012. - Т. 8. - № 12.2. - С.100-103.
3. Пат. 2197351 Российской Федерации, МПК7 В 21 D 11/20. Способ изготовления пуансона для формообразования деталей двойной кривизны / Максименков В.И., Коротков А.А., Шереметов В.Е., Максименкова М.В.; заявитель и патентообладатель ФГУП НИИАСПК, г. Воронеж. - №2000118302/02; завл. 10.07.00; опуб. 27.01.03, Бюл. №3. - 4с.
Воронежский государственный технический университет
DEVELOPMENT OF A UNIVERSAL PUNCH
M.V. Molod
The article describes the design features of the universal values of the punch with the assessment of the specific pressure arising during formation of skins
Key words: forming, punch, deformation, precision, friction
