CC BY
23
05.02.08 Технология машиностроения
УДК 621.9
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ЛОЖЕМЕНТА Гусев Руслан Сергеевич, студент (e-mail: R3696@yandex.ru) Елаева Наталья Константиновна, к.т.н., доцент
(e-mail: tmmskesstu@mail.ru) Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, г.Улан-Удэ, Россия
Цель данной работы заключается в упрощении конструкции ложемента, позволяющей снизить трудоемкость и себестоимость изготовления, расходы на материал. Расчеты проведены в программе Autodesk Inventor Pro позволяющей произвести анализ изделия на напряжение, напряжение по Мизесу, смещение и коэффициент запаса прочности. Результаты расчетов базовой и предлагаемой конструкции ложемента показали, что время изготовления базового ложемента составляет 38:22 мин, а предлагаемого 33:17 мин, масса заготовки предлагаемого ложемента меньше на 1113 грамм. Предлагаемая конструкция ложемента обеспечивает необходимую жесткость и сокращает себестоимость изделия за счет упрощения конструкции ложемента.
Ключевые слова: ложемент, усовершенствование конструкции, себестоимость, CAE, Autodesk Inventor Pro, NX11, Компас.
В авиационной промышленности обработка нежестких деталей занимает достаточно большой объем обработки. При обработке тонкостенных деталей главной проблемой является недостаточная жесткость заготовки и в целом технологической системы. В таких случаях прогибы поверхности детали под действием сил резания и закрепления зачастую соизмеримы с допуском на механическую обработку. Соответственно, достижение заданных параметров точности обработанной поверхности становится сложной технологической и производственной задачей. Для того чтобы погрешности обработки были минимальными, необходимо правильно выбрать методы и средства технологической подготовки производства. Они должны способствовать минимизации основных погрешностей, которые могут возникнуть на различных стадиях реализации технологического процесса[7]. Поэтому при закреплении нежестких заготовок чаще всего используют ложементы.
Ложемент (фр. logement — помещение) — подложка, в виде вкладыша, или подставка для фиксации какой-либо продукции, либо заготовки. Может быть выполнен из различного материала и изготовлен для различных целей. В авиации используются, например, при транспортировке самолётов, в фиксирующих приспособлениях для фюзеляжа, крыла или носовой
части фюзеляжа. На производстве ложементы используются в качестве установочной базы, конфигурация которого должна соответствовать конфигурации детали, для полного базирования заготовки. Он применяется для лишения заготовки нескольких степеней свободы[5].
Для решения задач конструкторско-технологической подготовки производства в настоящее время широко используют проектировании CAD/CAM/CAE системы. CAE (англ. Computer-aided engineering) — общее название для программ и программных пакетов, предназначенных для решения различных инженерных задач: расчётов, анализа и симуляции физических процессов[6].
Цель данной работы - заключается в научно-обоснованном подходе к проектированию технологического процесса, а именно проектировании оптимальной конструкции оснастки.
Методика исследований. Модуль «Анализ напряжений» программы Autodesk Inventor Pro представляет собой систему для подготовки и проведения последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки). Подготовка геометрической трехмерной модели осуществлялась средствами Autodesk Inventor Pro. С помощью модуля осуществлялось: 1. Создание трехмерной детали (методом выдавливания, вращения, изгибом и т.п.). 2. Создание моделирования (статический или модальный анализ). 3. Назначение материала детали или конструкции. 4. Назначение опор (защемление, опора и идеальная опора). 5. Применение нагрузки (сила, давление, момент и т.д.). 6. Задание контактов (связано, разделение, скольжение и т.д.). 7. Выполнение расчета.
Исходные данные. В данной работе в качестве примера будут представлены расчеты в среде Autodesk Inventor детали «Кронштейн» (рис. 1) выходящую в узел «Стрела» при фрезеровании наружного контура при уже обработанных полостях фрезой 022 WIDIA 12396463400 A63. Толщина получаемых стенок должна составить 3 мм допуск на размер задан конструктором и составляет 3 *0 25 мм. Материал детали Сталь 30ХГСА. Базирование будет производится по двум отверстиям и плоскости (рис. 2).
Рис. 1. Математическая модель кронштейна
Рис. 2. Схема базирования
Режимы резания. Из справочника WIDIA[3] выясняем, что для данной фрезы при обработке легированной стали оптимальная скорость равна: 105 м/мин, а оптимальная подача составляет: 0,1 мм/зуб. Произведя расчеты в инженерном калькуляторе WIDIA[8] определяем, что сила резания составляет 1647 Н.
Результаты исследований. Для конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели детали «кронштейн» было выбрано 6 точек для дальнейшего приложения силы с шагом 50мм, позволяющих получить более точный и информативный результат. Данная схема расположения точек для приложения силы представлена на рис.3.
Рисунок 3 - Схема расположения точек приложения силы резания
Результаты анализа в среде Autodesk Inventor представляются графически (рис. 4). и численно в таблице 1. Переключаться между различными видами результатов можно в дереве исследования.
Рисунок 4 - Результаты анализа
Численные значения прогиба приведены в таблице: Табл. 1. Для лучшего отображения информации результаты представлены в виде графика значений прогиба, приведенного на рис. 5.
Табл. 1. Значения прогиба
Точка Прогиб, мм
1 0,098
2 0,092
3 0,138
4 0,199
5 0,227
6 0,205
га Ю
О а.
га х
QJ СО
0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
2 3 4 5 Точка приложения силы
1
Рис. 5. График значений прогиба
Проведя анализ детали без оснастки выясняем, что прогиб детали равен 0,227 мм при допуске на размер 0,25 мм. Поэтому следует применить оснастку увеличивающею жесткость заготовки.
В данный момент для увеличения жесткости применяют ложемент (рис.6) форма которого полностью повторяет форму полости детали. Обработка ложемента для детали «Кронштейн» производится в программе CAD/CAM NX11, представлена на рис. 7.
Рис. 6. Математическая модель Рис.7. Траектория движения инстру-базового ложемента мента при обработке ложемента
Для уменьшения себестоимости и снижения трудоемкости изготовления предлагается упростить конструкцию ложемента (рис.8.). Обработка предложенного ложемента для детали «Кронштейн» производится в программе CAD/CAM NX11, представлена на рис. 9.
Рис.8.Математическая модель пред- Рис.9. Траектория движения инст-лагаемого ложемента румента при обработке ложемента
Проведя анализ получаем следующие значения прогиба представлены в Табл. 2. Для лучшего отображения информации результаты представлены в виде графика значений прогиба, приведенного на рис. 10.
Таблица 2
Значения прогиба_
№ точки Значение прогиба, мм
Базовый ложемент Предлагаемый ложемент
1 0,045 0,04
2 0,045 0,043
3 0,057 0,057
4 0,092 0,09
5 0,108 0,109
6 0,113 0,12
га Ю
О о.
га х
0,3 0,25 0,2 0,15 0,1
5 0,05 со '
2 3 4
Точка приложения силы
0
6
Базовый Предлагаемый Допуск на размер
Рисунок 10 - Значения прогиба
Проведя анализ выясняем, что значения прогиба примерно равны. Посредством автоматического расчета времени обработки в КХ определяем
машинное время обработки ложементов: Тмб— 38:22 мин и Тмп— 33:17 мин. Рассчитав массо-центровочные характеристики заготовок ложементов в программе Компас выясняли, что масса заготовки базового ложемента равна 13228 гр. а предлагаемого равна 12175 гр.
Заключение. Проведя анализ в Autodesk Inventor определи, что величина прогиба у обоих ложементов примерно равна, но введение нового ложемента позволяет сократить трудозатраты на его изготовление расходы материала и сокращает себестоимость изделия.
Список литературы
1. Косилова А.Г., Мещеряков Р.К. «Справочник технолога-машиностроителя»: Т2; 4-е издание; М., «Машиностроение»; 1985г.
2. М.А. Палей, Л.Б. Свичар ГОСТ 25347-82 Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки.
3. WIDIA Фрезы со сменными пластинами и осевой инструмент.
4. http://au.autodesk.com/au-online/classes-on-demand/search7full-text—Inventor&productName—&video-only—on
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%BE%D0%B6%D0%B5%D0%BC%D0% B5%D0%BD%D1%82
6. https://ru.wikipedia.org/wiki/Computer-aided_engineering
7. Денисова Е.Ю. Технологическое обеспечение точности механической обработки тонкостенных деталей авиационных двигателей
8. https://www.widia.com/en/resources/calculators.html
Gusev Ruslan Sergeevich, student
(e-mail: R3696@yandex.ru)
GOU VPO "East-Siberian State University of Technology and Management", Ulan-Ude,
Russia
Elaeva Natalia Konstantinovna, Ph.D., Associate Professor
(e-mail: tmmskesstu@mail.ru)
GOU VPO "East-Siberian State University of Technology and Management", Ulan-Ude,
Russia
IMPROVEMENT OF THE CONSTRUCTION OF THE LODGEMENT
The purpose of this work is to simplify the design of the lodgment, which makes it possible to reduce labor input and production costs, material costs. Calculations are carried out in the program Autodesk Inventor Pro allowing you to analyze the product for voltage, Mises voltage, offset and safety factor. The results of calculations of the basic and proposed design of the cradle have shown that the time of manufacturing the base lodge is 38:22 min, and the proposed 33:17 min, the mass of the preform of the proposed lodgement is less by 1113 grams. The proposed design of the cradle provides the necessary rigidity and reduces the cost of the product by simplifying the design of the lodgement.
Keywords: lodgement, design improvement, cost, CAE, Autodesk Inventor Pro, NX11, Compass.
