Технология самолетостроительного производства

Введение

Технологический процесс является основой производственного процесса, осуществляемого на заводе, т. е. комплекса всех трудовых процессов необходимых для выпуска готовой продукции — летательного аппарата. В этот комплекс, кроме технологического процесса, входят: материально-техническое снабжение, снабжение производства различного рода энергией, изготовление средств производства, управление качеством продукции, подготовка и обучение кадров. Технологический процесс должен обеспечить высокое качество продукции, высокую производительность труда и наименьшую себестоимость изделия.

На современном этапе производственное значение приобретают вопросы научно-технического прогресса, роста производительности труда и повышение качества выпускаемой продукции. Успешное продвижение вперед по пути технологического процесса определяется, прежде всего, сокращением сроков разработки, испытания и разработки, новых образцов авиационной техники, внедрение прогрессивных технологий. Наиболее важным звеном, в числе указанных задач, является совершенствование ТТП изделий на базе современных средств вычислительной техники, создание автоматизированных систем проектирования и конструирования.

В нашей стране и за рубежом проводятся большие изыскания, направленные на повышение уровня и снижение сроков ТТП. Разрабатываются и внедряются автоматизированные системы по оптимизации технологических процессов, изготовлению деталей и сборке узлов агрегатов и систем, создаются машинные методы проектирования поверхностей агрегатов, автоматизируются процессы расчета управляющей информации для оборудования с программным управлением выбора оборудования, инструмента и др.

Технология самолетостроительного производства оказывает непосредственное влияние на выбор и создание нового оборудования и оснастки. В этом направлении большая работа ведется на ОАО КВЗ и КАПО им. С. П. Горбунова. Использование средств ЭВМ и метода математического моделирования обеспечивают возможность изготовления оснастки и контроль КИМ, что обеспечивает более качественную работу и сокращение сроков ТТП.

Программное обеспечение Unigraphics в области программирования станков с ЧПУ практически не имеет себе равных на современном рынке.

Использование лазерной техники для образования отверстий, изготовления рубильников и ложементов, значительно ускоряют темпы производства и обеспечивают высокое качество оснастки. Для удовлетворения требований, предъявляемых к вертолету, необходимо не только рациональная конструкция, но и возможность осуществления этой конструкции в производстве с заданной точностью.

Повышение требований к надежности летательного аппарата вызывает необходимость постоянного совершенствования процессов сборки, разработки новых конструкций сборочных приспособлений, а также механизации и автоматизации сборочных процессов.

1. Конструкторский раздел

1.1 Анализ конструкции и ее связи с другими сборочными единицами Сборка самолета представляла бы чрезвычайно трудную задачу без разбивки планера на отдельные законченные в конструктивном и технологическом отношении объекты, которые независимо от их величины и значения называются сборочные единицы (СЕ). Целесообразность членения планера самолета на сборочные единицы вытекает из необходимости введения конструктивных разъемов и стыков, обеспечивающих соответственное функциональное значение СЕ и обслуживание изделия в эксплуатации. Дополнительное членение на самостоятельные технологические подсборки направлены на расширение фронта работ, повышение производительности и качества сборки, путем удобного подхода к СЕ и возможности применения средств механизации и автоматизации сборочного производства.

Традиционно в конструкции планера самолета выделяют следующие сборочные единицы:

агрегаты,

отсеки, секции, панели

узлы.

Элероны служат для обеспечения поперечной управляемости самолета. Они представляют собой рулевые поверхности, расположенные на концах крыла у задней кромки и отклоняемых вверх или вниз. Отклонение одного элерона вверх, а другого вниз приводит к созданию поперечного момента, вызывающего крен самолета.

К элеронам предъявляются следующие основные требования:

эффективность на всех режимах полета самолета минимальное сопротивление в не отклоненном положении минимальный момент рыскания при крене, при этом разворот самолета должен происходить в сторону крена малые шарнирные моменты полная весовая балансировка при наименьшей массе балансировочных грузов исключение возможности заклинивания при деформациях крыла в полете простота монтажа и демонтажа элерона на крыле при обеспечении взаимозаменяемости.

Конструктивно элерон изготовляется, по однолонжеронной схеме. К продольному набору элерона относятся стрингеры, которые служат для подкрепления обшивки. Поперечный набор элерона состоит из набора нервюр. Сверху каркас закрывается металлической обшивкой. Изгибающий момент воспринимается поясами лонжерона, в которых возникают нормальные напряжения. Перерезающая сила воспринимается в основном стенкой лонжерона и частично обшивкой. Крутящий момент воспринимается замкнутыми контурами, образованными обшивкой и стенкой лонжерона.

Конструкция узлов навески должна обеспечить выполнение требований взаимозаменяемости и исключить возможность заклинивания элерона в полете при его деформации и деформации крыла.

Обеспечение требований взаимозаменяемости в конструкции элерона достигнуто навеской элерона на ориентирующихся по размаху узлах. Элементом этого узла обеспечивающем ориентировку по размаху, является серьга. Поворот серьги относительно вертикального вспомогательного болта, которым она крепиться на кронштейне, и обеспечивает требуемую установку узла. В серьге устанавливается шарнирный подшипник. Один кронштейн выполняется жестким, что исключает осевое перемещение элерона. Применение кронштейном с промежуточной серьгой исключает и необходимость больших вырезов в носке элерона для постановки шарнирного болта. В этом случае шарнирным болтом крепиться к кронштейну элерона при его сборке, а монтаж и демонтаж элерона осуществляется при помощи вспомогательных болтов, имеющих хороший доступ снаружи. В ориентирующихся по размаху узлах серьга крепиться к кронштейну крыла при помощи одного вспомогательного болта, в жестких узлах — при помощи двух болтов.

Кронштейн элерона устанавливается на его лонжероне и связывается с нервюрой. Соединение кронштейна с нервюрой разгружает стенку лонжерона и исключает его прогиб.

Рычаг управления элероном размещается в сечении узла навески.

Конструкция силовых элементов — лонжеронов, стрингеров, нервюр и обшивки ничем не отличается от конструкции этих элементов в крыле.

Лонжероны По конструктивно-силовой схеме лонжероны делятся на балочные и ферменные.

Основную часть массы лонжерона составляют пояса. Поэтому правильный выбор поперечного сечения поясов и их материала приводит к уменьшению массы лонжерона.

Величиной, характеризующей форму поперечного сечения поясов лонжерона, является коэффициент использования строительной высоты профиля.

Балочный лонжерон состоит из двух поясов — верхнего и нижнего, связанных между собой стенкой. Стенка выполняется либо из листа, соединенного с поясами, как правило, заклепками, либо выполняется как одно целое с поясами — монолитная конструкция.

При конструировании лонжерона основное внимание следует уделить выбору формы поперечного сечения поясов. Внешняя поверхность пояса должна вписаться в обвод стабилизатора. Если ширина пояса значительна, то возникают технологические затруднения с обработкой этой поверхности, особенно если лонжерон расположен не по одному проценту хорды крыла. В то же время с целью уменьшения массы лонжерона желательно форму поясов лонжерона выбрать такой, чтобы расстояние между центрами тяжести их сечений было как можно ближе к строительной высоте, т. е. чтобы как можно большим был коэффициент использования строительной высоты. При этом форма сечения должна обеспечить получение возможно большего значения критического напряжения местной потери устойчивости сжатого пояса. Все эти требования взаимно противоречивы.

Для того, чтобы облегчить подгонку пояса по профилю крыла, крепление обшивки к поясу лонжерона осуществляется либо на участке небольших полочек (рис. 1, а), либо с помощью дополнительных накладок (рис. 1,6), либо с помощью профилирующей накладки (рис. 1, в), выполненной из материала, допускающего простую обработку.

а б в Рис. 1. Соединения обшивки с поясом лонжерона, упрощающие подгонку по профилю Для увеличения расстояния, пояс лонжерона целесообразно вынести на внешнюю поверхность стабилизатора (рис. 2). В этом случае внешняя поверхность пояса должна быть обработана по профилю и требуется подогнать два стыка обшивки с поясом. Пояс лонжерона может быть составным, выполненным из двух уголковых профилей (рис. 3).

Рис. 2. Пояс лонжерона, выходящий Рис. 3. Пояс лонжерона из двух профилей на внешнюю, поверхность крыла.

В корневых нагруженных сечениях лонжерона пояса выполняются из прессованных профилей.

Рис. 4. Расстояние между центрами масс сечений тавровых и уголковых поясов.

Наиболее выгодной формой сечения пояса лонжерона является тавровая. По сравнению с уголковой формой сечения при одинаковых критических напряжениях в поясах, т. е. при одинаковых отношениях ширины к толщине Вт/дт=Ву/ду расстояние между центрами масс сечений верхнего и нижнего поясов у таврового лонжерона будет больше, чем у уголкового hт > hу (рис. 4). Следовательно осевое усилие, действующее в поясе от изгибающего момента S=М/h у таврового лонжерона будет меньше, чем у уголкового, меньшей будет площадь сечения пояса и поэтому меньшей будет и масса лонжерона. Пояса уголкового сечения применяются в малонагруженных лонжеронах, где площадь сечения невелика и пояс имеет малую толщину.

При выборе формы поперечного сечения пояса лонжерона необходимо учитывать, что при растяжении отверстия под заклепки, которыми крепится обшивка, уменьшают несущую способность пояса ~ на 10% Кроме того, ухудшаются и усталостные характеристики пояса за счет концентрации напряжений в зоне отверстий. При клепке обшивки к толстым поясам длинные заклепки изгибаются, что снижает прочность шва. Поэтому целесообразно выполнять пояс с дополнительными полочками для его крепления с обшивкой. Наличие таких полочек очень незначительно увеличивает массу пояса, но при этом пояс не ослабляется, а усталостные характеристики его повышаются.

В балочном лонжероне пояса соединяются стенками. По количеству стенок лонжероны подразделяются на одностеночные и двухстеночные По длине лонжерона стенка подкрепляется стойками, обычно из уголковых профилей. Стойки используются для крепления к лонжерону нервюр. При креплении к лонжерону усиленных нервюр стойка может быть и таврового сечения. Постановка стоек увеличивает критическое касательное напряжение в стенке, что позволяет уменьшить ее толщину. Поэтому иногда целесообразно ставить стойки и между нервюрами. Кроме того, стойки препятствуют изменению расстояния между поясами лонжерона при его изгибе и при появлении в стенке диагонального поля. При появлении диагонального поля в стенке возникают волны, вдоль которых действуют растягивающие усилия, вызывающие в поясах лонжерона поперечный изгиб, что снижает критические напряжения сжатого пояса. По этой причине желательно, чтобы касательные напряжения стенки не превышали критических. Для повышения критических касательных напряжений кроме постановки стоек в стенке могут делаться зиги.

Так как нагрузка стенки меняется по размаху, толщину ее желательно делать переменной. Это достигается постановкой различных по толщине листов. Соединение отдельных частей стенок производится заклепками при помощи специальных накладок или внахлестку. Стыки стенок и поясов лонжерона должны находиться в разных сечениях для уменьшения концентрации напряжений.

При проектировочном расчете лонжерона принимают, что изгибающий момент М воспринимается только его поясами, а погонная касательная сила q от перерезывающей силы и кручения нагружает стенку.

Лонжероны базируются по координатно-фиксирующим отверстиям в стенках и по макетной концевой нервюре.

Нервюры По назначению нервюры можно разделить на нормальные и усиленные.

Усиленные нервюры, выполняя те же функции, что и нормальные нервюры, дополнительно воспринимают сосредоточенные нагрузки от прикрепленных к ним агрегатов (шасси, силовых установок, элеронов, закрылков и т. д.) или являются элементами местного усиления конструкции в местах, где происходит резкое перераспределение нагрузки (нервюры, окантовывающие вырез под люк шасси, бортовая нервюра и т. п.).

По конструктивно-силовой схеме нервюры делятся на балочные и ферменные.

Нормальная балочная нервюра изготовляется штамповкой из листового материала (рис. 5). По лонжеронам нервюра имеет вертикальные разъемы. Функции поясов в та-кой нервюре выполняют отогнутые края стенок вместе с приклепанной к ним обшивкой. Толщина листа, из которого штампуется нервюра, выбираемая, как правило, из конструктивных соображений, обеспечивает большие запасы прочности в стенке нервюры. Для облегчения нервюры в ее стенке делаются вырезы. Для повышения устойчивости стенок края отверстий отбортовываются, а на больших по высоте нервюрах устанавливаются стойки и иногда делаются зиги.

Рис. 5. Нервюра из листового материала.

Усиленная нервюра (рис. 6) состоит из поясов и соединяющей их стенки. Пояса выполняются из профилей, которым придается форма, требуемая для обеспечения обводов крыла. Если по нервюре осуществляется стык листов обшивки крыла, то пояса могут выполняться так, как показано на рис. 7.

Рис. 6. Усиленная нервюра.

Рис. 7. Типовые сечения поясов нервюры, по которым осуществляется стык обшивки.

Соединение нервюры со стрингерами осуществляется различными способами.

В нервюре под стрингер делается вырез. Соединение нервюры со стрингером в этом случае может осуществляться с помощью образованной при вырезе лапки (рис. 8, а) или с помощью уголковых накладок (рис. 8, б, в). Первый способ конструктивно более простой и выгоден в весовом отношении, но требует более высокой точности изготовления.

а б в Рис. 8. Соединение нервюры со стрингером.

Очень часто встречаются конструкции, когда нервюры не соединяются со стрингерами непосредственно. Если на сборку крыла обшивка поступает с прикрепленными стрингерами (в настоящее время преимущественно так и делается, так как в этом случае можно применять высокопроизводительную прессовую клепку), то нервюра может не крепиться непосредственно к стрингеру, а соединяться с ним лишь через обшивку, с которой склепывается и пояс нервюры.

В моноблочных крыльях с частым и мощным стрингерным набором нервюры иногда не склепываются с обшивкой и не доходят до нее. Крепление нервюр в этом случае осуществляется только со стрингерами или непосредственно (рис. 9, а), или с помощью уголковых накладок (рис. 9 б, в). При такой конструкции нет вырезов в поясах нервюр, уменьшающих их жесткость, и сокращается объем клепки.

а б в Рис. 9. Соединение стрингеров с поясом нервюры.

Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона осуществляется с помощью уголковых профилей, приклепанных к стенке лонжерона (рис. 10). Крепление можно осуществлять и непосредственно с помощью отогнутой стенки нервюры (рис. 11). Такое соединение выгодно в весовом отношении, но значительно снижает точность сборки или требует повышенной точности изготовления нервюры.

Рис 10. Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона при помощи уголка.

Рис. 11. Крепление стенки нервюры к стенке лонжерона.

Пояса нервюр крепятся к поясам лонжеронов. Это крепление осуществляется через обшивку и может быть усилено путем подсечки пояса нервюры (рис. 12, а) или при помощи вспомогательных промежуточных деталей (рис. 12, б). Такие детали применяются, как правило, при креплении к лонжерону усиленных нервюр.

Рис12. Крепление пояса нервюры к поясу лонжерона.

У современных скоростных самолетов точность внешних обводов крыла должна быть очень высокой. Наибольшую точность обводов можно получить при сборке крыла в специальных приспособлениях с базированием по внешней поверхности обшивки. При таком методе сборки обшивка устанавливается в приспособлении, ограничивающие элементы которого (рубильники и ложементы) имеют контур, соответствующий теоретическими обводам крыла. Затем устанавливаются нервюры и подгоняются по обшивке. Чтобы облегчить этот процесс, выбирается соответствующая конструкция нервюр. Широкое распространение при сборке с базированием по обшивке получили разрезные по хорде нервюры и нервюры с компенсаторами — элементами, служащими для соединения нервюры с обшивкой.

Обшивка.

Обшивка образует внешнюю поверхность. От качества поверхности в определенной степени зависят аэродинамические характеристики. В современном самолетостроении преимущественное распространение получила жесткая металлическая обшивка, как наиболее полно удовлетворяющая требованиям аэродинамики, прочности, жесткости и массы.

Металлическая обшивка чаще всего выполняется из листов. Толщина ее колеблется от 0,5 мм в очень мало нагруженных местах; 4…6 мм и даже больше в сильно нагруженных местах в корневых сечениях.

Наибольшее распространение на современных самолетах получила обшивка из высокопрочных алюминиевых сплавов. На самолетах, летающих на больших сверхзвуковых скоростях (М > 2), применяется обшивка из жаропрочных сталей и титановых сплавов, не теряющая своих механических свойств при повышенных температурах в условиях аэродинамического нагрева конструкции.

Соединение листов обшивки друг с другом может производиться внахлестку, внахлестку со снятой кромкой, внахлестку с подсечкой и встык. Наиболее простым является соединение внахлестку, но оно вызывает наибольшее аэродинамическое сопротивление. Для уменьшения сопро-тивления применяют стык внахлестку со снятой кромкой и стык внахлестку с подсечкой. Последний стык может производиться только для тонких листов толщиной в 0,5…1 мм. Наилучшим в аэродинамическом отношении и получившим, поэтому наибольшее распрос-транение на современных самолетах является соединение встык, хотя здесь и приходится ставить как минимум двухрядный заклепочный шов, тогда как в других схемах можно обойтись и однорядным швом. Рядность шва определяется действующими нагрузками. Стыки обшивки осуществляются по элементам каркаса: лонжеронам, стрингерам и нервюрам.

В настоящее время для крепления обшивки применяется потайная клепка. Отверстия на наружной поверхности зенкуются под закладную головку потайной заклепки. При клепке очень тонких листов толщиной 0,5…0,6 мм отверстия под закладную головку заклепки могут подштамповываться. В этом случае подштамповываются или зенкуются отверстия и в элементах тех деталей, к которым приклепывается такая обшивка.

1.2 Анализ технологичности объекта по ГОСТ и предложения по ее усовершенствованию Понятие «технологичность конструкции» предусматривает такое проектирование, которое при соблюдении всех эксплуатационных качеств обеспечивает минимальную трудоемкость изготовления, минимальную материалоемкость и себестоимость.

Технологичность конструкции заключается в пригодности для массового или крупно — серийного производства. В результате технологичности в самолетостроении применяются прессование профилей, литье деталей, сварка, монолитные детали. При отработке конструкции на технологичность ставятся следующие задачи: снижение трудоемкости изготовления узла, стандартизация составных частей узла, являющиеся сборочными единицами и деталями.

При использовании стандартных составных частей создаются предпосылки для их централизованного производства, в результате чего стоимость продукции будет значительно меньше. Использование их в конструкции облегчает взаимозаменяемость, это дает возможность ликвидировать подгоночные работы при сборке. Унификация составных частей, использование в проектируемых узлах отработанные на технологичность и освоенных в производстве деталей, использование покупных изделий, а также унификация конструкционных материалов, сохраняющие наименование и типовые размеры составных частей. Унификация сопровождается увеличением повторяемости одноименных элементов конструкции, что приводит к повышению серийности их производства.

Унификация элементов конструкции применяемых посадок, классов точности, шероховатости поверхностей, диаметров отверстий, радиусов. Обеспечение высокой применяемости значительного количества деталей, узлов и агрегатов предыдущих изделий и выполняемых по ранее освоенным технологическим процессам.

Выбор рационального конструктивно-технологического членения обеспечивает расширение фронта работ при изготовлении и возможность автоматизации и механизации изготовления, способов соединения элементов конструкции, а также обеспечивает рациональное членение на составные части. Членение обеспечивает независимую параллельную сборку, сокращает общий цикл сборки, улучшает условия сборки — наличие удобных подходов к местам соединений, обеспечивающих возможность их выполнения, возможность применения типовых технологических процессов сборки, обработки. Это применение основано на группировании однотипных составных частей изделия с целью повышения уровня его механизации и автоматизации, сокращения сроков изготовления, ограничения применяемых марок материалов.

В результате обобщения большого опыта отечественной и зарубежной промышленности выработано значительное количество общих рекомендаций по созданию технологических конструкций. На основании анализа этих рекомендаций можно сформулировать некоторые наиболее общие правила, которыми следует руководствоваться при конструировании с целью получения технологичных авиационных конструкций:

1. Не допускать завышения требований к точности размеров и чистоте поверхностей, применять компенсаторы, когда обеспечение точности размеров обходиться в производстве очень дорого;

2. Не допускать необоснованного включения в конструкцию поверхностей двойной и тем более, знакопеременной кривизны, так как применение более простых линейчатых поверхностей требует меньших затрат на производство;

3. Стремиться к более широкому применению в конструкции нормальных, стандартных и других освоенных в производстве элементов;

4. Предусмотреть изготовление не сильнозагруженных деталей ЛА из литых заготовок. Это часто приводит к снижению веса и одновременно к уменьшению стоимости изготовления конструкции;

5. Использовать возможность снижения стоимости изготовления конструкции за счет рационального членения их на сборочные единицы и детали. При определении величины производственных затрат, для оценки технологичности обязательно учитывать затраты на материалы и полуфабрикаты, применяемые в конструкциях;

6. Предусмотреть унификацию элементов конструкции, что приводит к увеличению объема выпуска;

7. Использовать в одном изделии детали и СЕ применяющиеся в других изделиях, что позволит сократить затраты труда на доработку и освоение технологических процессов, а также на изготовление оснастки;

8. Максимально использовать в конструкции материалы с хорошими технологическими свойствами, такими как свариваемость, штампуемость и т. п. Это позволит интенсифицировать процессы обработки и сборки, а значит, снизит трудоемкость изготовления ЛА;

9. Ограничить количество применяемых марок материалов и их унифицировать. Это позволит уменьшить объем работ по определению рациональных режимов и освоению процессов обработки и сборки;

10. Предусмотреть наличие достаточных подходов к местам соединений, обеспечивающих удобство их выполнения.

Для количественной оценки технологичности конструкции разработана единая система показателей, обязательная для анализа конструкции в процессе проектирования, при выборе оптимального варианта. Пределы всех показателей должны быть одинаковыми. Наиболее удобно принять численные значения показателей технологичности в пределах 0<�К?1.

Численные значения относительных показателей технологичности определяется по формулам, структура которых обеспечивает установленные пределы коэффициентов.

Анализируя полученные значения коэффициентов, делаем вывод, что конструкция соответствует требованиям технологичности.

2. Технологический раздел

2.1 Выбор варианта базирования и составление схемы базирования Первым процессом, при котором из отдельных деталей формируется узел, является сборка.

Сборка это совокупность технологических операций по базированию-установке деталей узлов в сборочное положение и соединение их между собой в вышестоящую по сложности сборочную единицу. Детали в сборочное приспособление устанавливаются по базам — поверхностям на деталях и элементам сборочного приспособления.

В самолетостроении методы базирования принято называть по базовым поверхностям собираемых деталей изделия.

Точность изготовления деталей изделия, образование из них базовых поверхностей и точность изготовления сборочных приспособлений является важнейшим условием получения требуемой формы и размеров узлов, отсеков и агрегатов.

В самолетостроении детали, узлы, отсеки и агрегаты при сборке базируются по:

— сборочным отверстиям;

— координатно-фиксирующим отверстиям;

— поверхности каркаса;

— наружной поверхности обшивки;

— внутренней поверхности обшивки.

Точность получения заданных размеров при каждом методе различна, поэтому необходимо выбирать его в соответствии с требованиями к точности наружных обводов конструкции.

Анализирую жёскостные характеристики и заданную точность на сборку элерона выбираем метод сборки с базированием на каркас в стапеле.

При такой сборке обшивки устанавливаются на базовую поверхность каркаса и прижимаются к ней на период выполнения соединения.

Исходя из вышеизложенного, можно разработать схему базирования объекта.

2.1.1 Выбор схемы базирования В зависимости от степени членения конструкции самолета на сборочные единицы и степени дифференцирования сборки и монтажных работ, сборочный процесс может выполняться по трем схемам: последовательной, параллельной и параллельно-последовательной.

Последовательная схема сборки применяется для конструкции агрегатов, не расчлененных на панели. При этом сначала непосредственно из узлов собирается конструкция агрегата, после чего в собираемом агрегате или его отсеке выполняются монтажные работы.

Параллельная схема сборки используется для агрегатов, расчлененных на панели и узлы, собираемых независимо друг от друга параллельно. Основной объем монтажных работ вынесен на панели, и оно выполняются также параллельно на всех панелях.

Параллельно-последовательная схема сборки соответствует сборке конструкции агрегатов, расчлененных на панели, которые собираются параллельно, после чего стыкуются в агрегат. Монтажные работы при этом на панели не выполняются, а выполняются также параллельно на всех панелях.

Сборку элерона пассажирского самолета будем производить по последовательной схеме. Все сборочные единицы будут начинаться собираться в сборочном приспособлении и их окончательная сборка будет производиться параллельно на верстаках и столах, после чего они снова будут устанавливаться в сборочное приспособление где и будет производиться сборка всех деталей самого элерона.

Такая схема сборки расширяет фронт работ, что ведет к сокращению цикла сборки, а также происходит улучшение технологического процесса.

Схема сборки приведена на Схеме базирования.

2.2 Выбор схемы увязки и комплекта технологической оснастки В соответствии с ГОСТ 18 831–73 взаимозаменяемостью называется свойство конструкции составной части изделия, обеспечивающее возможность применения вместо одной другой, такой же части, без дополнительной обработки с сохранением заданного качества изделия, в состав которого она входит.

Под взаимозаменяемостью понимают свойства деталей, узлов и агрегатов заменять друг друга. Взаимозаменяемость характеризует качество проектно-конструкторских и технических решений, а также уровень производства.

Для обеспечения взаимозаменяемости применяют:

плазово-шаблонный инструментально — шаблонный

эталонно — шаблонный

инструментально — эталонно — шаблонный

машинная увязка Для сборки элерона будем использовать инструментально — шаблонный метод.

Исходным элементом инструментально — шаблонный метода являются теоретический и конструкторский чертеж поверхности агрегата или его части. Обводы с конструктивного плаза переносят на Шаблоны сечений, а также на рабочую и контрольную оснастку путем снятия с него слепков или припиловкой. С помощью шаблонов сечения получают точное воспроизведение аэродинамических обводов агрегата. Этот метод получил широкое распространение при подготовке производства самолетов среднего и тяжелого класса. Все детали изготавливаются с помощью шаблонов. Для монтажа сборочной оснастки специальные инструментальные средства:

плаз кондуктор инструментальный стенд оптические лазерные средства.

Монтаж оснастки осуществляется в три этапа:

изготавливаются заливочные плазы ЧЭП и на плазкондукторе делают рубильники несущего контура на инструментальном стенде, в балки со стаканами заливаются вилки.

сборочное приспособление из отдельных элементов с помощью оптических лазерных систем монтируется в единое целое.

Плазом называется специальная панель в масштабе 1:1, на поверхности которой наносится номер агрегата. Плазы бывают теоретическими и конструктивными.

Теоретический плаз. Чертеж агрегата выполнен в натуральную величину. На чертеже показывают теоретические контуры, отдельные сечения и конструктивные базы агрегата. Теоретический плаз служит геометрией и конструктивной увязкой обвода.

Конструктивный плаз служит для увязки всех деталей, входящих в узел, а также для изготовления шаблонов и технического контроля. На него наносятся теоретические обводы и конструктивные базы на координатных осях.

Шаблоны представляют собой копии контуров и разверток, выполняются из тонкой листовой стали и служат для изготовления и контроля технологической оснастки деталей. Пори разработке изготовительной и сборочной оснастки элерона пассажирского самолета используются шаблоны ШК, ШКК, ШРД, ШВК, ШКС.

Существуют четыре вида взаимозаменяемости:

полная неполная внешняя внутренняя.

Полная взаимозаменяемость требует высокой точности изготовления деталей и сборочных единиц, поддаются точному нормированию, что обеспечивает автоматизацию технологического процесса.

При неполной взаимозаменяемости детали изготавливают менее точно, при сборке их подбирают по месту, подгоняют, рассортировывают по группам.

Под внешней взаимозаменяемостью понимают взаимозаменяемость готовых изделий или узлов по форме и размерам технических поверхностей, которыми они соединяются к другим изделиям или узлам.

Под внутренней взаимозаменяемостью понимают взаимозаменяемость отдельных деталей или узлов, входящих в агрегаты, являющихся составными частями данного изделия.

2.3 Расчет точности сборки по принятой схеме базирования и схеме увязки оснастки Точность размеров и форм, как самолета в целом, так и его отдельных агрегатов, узлов и деталей оказывает существенное влияние на эксплуатационные качества изделия и экономические показатели производственного процесса.

Оценку точности внешних обводов агрегата вновь запускаемого в производство изделия на соответствие ТУ необходимо производить путем расчета производственных погрешностей на основе теории размерных цепей, исходя из конструкции изделия, выбранных технологических приемов его сборки, рекомендуемой конструкции оснастки и схем ее увязки.

Метод расчета размерных цепей, построенный на данных теории вероятности и математической статистики, учитывает рассеивание размеров деталей, входящих в размерную цепь, и позволяет установить точность разрабатываемого технологического процесса, близкую к действительности.

Исходными данными для проведения проектированного расчета производственных отклонений внешних обводов агрегата являются:

— чертежи изделия;

— схемы технологических процессов сборки агрегата, базовых узлов и

изготовление деталей, определяющих обвод;

— эскизные или рабочие чертежи оснастки для сборки узлов, агрегатов и изготовление деталей; сборочное приспособление конструкция

— схемы увязки оснастки;

— справочные и нормативные материалы по допускаемым отклонениям на отдельные этапы технологического процесса изготовления элементов конструкции и оснастки По ТУ допускаемые отклонения внешних обводов топливного бока соответствуют ОСТ 1.22−80. Для рассматриваемой конструкции топливного бака и выбранного технологического процесса сборки конечный размер обвода образуется, в основном ограничивающими ложементами, рубильниками и торцевыми упорами, установленными на стапеле сборки.

При разработке технологического процесса составляют технические условия на поставку деталей с учетом всех конструктивных требований, а также технологических требований.

Технические условия составляют в том случае, если размеры поставляемых деталей отличаются от размеров чертежа.

При изготовлении элерона пассажирского самолета детали обшивки и в цех поступают с припуском, который при сборке деталей обрезается. Все остальные детали приходят в цех изготовленными в соответствии с чертежом.

Погрешность изготовления любого объекта определяется суммой погрешностей отдельных этапов переноса от теоретического плаза (ТП) до объекта с учётом погрешностей процесса сборки. Отклонение размеров фиксирующих элементов приспособления от теоретически заданного контура, как видно из схем определяется суммой погрешностей, накопленных на отдельных этапах переноса: ТП — КП, КП — ШП и т. д.,

где дi — погрешность i — го этапа переноса размеров;

В отличие от этого, погрешность увязки двух взаимосвязанных объектов (детали и приспособления) характеризует степень согласованности их размеров и определяется как сумма погрешностей на несвязанных этапах переноса. Эти этапы образуют в структурной схеме увязки самостоятельные (независимые) ветви, идущие от одного объекта, в данном случае КП, который выполняет роль первоисточника увязки.

Поскольку погрешности накапливаются последовательно, то связь между ними на отдельных этапах можно представить линейной размерной цепью. Влияние входящих объектов на замыкающие учитывают коэффициентом передачи Ai. Для линейных цепей, А =±1. Знак коэффициента определяется по следующему правилу: если увеличение (уменьшение) входящего звена уменьшает (увеличивает) замыкающее звено, то, А = - 1. Для определения величины замыкающего звена используем уравнение на основе правил суммирования случайных величин с учётом фактической кривой распределения корреляционной связи между погрешностями:

где — координата середины поля допуска;

=

где — половина поля допуска;

— половина поля допуска отдельного этапа;

— координата середины поля допуска отдельного этапа;

В.О. и Н.О. — верхнее и нижнее отклонение поля допуска отдельного этапа;

параметры кривой распределения;

Если кривые распределения подчинены нормальному закону Гаусса (Кi =1;), то в этом случае:

Где — погрешность сборки в приспособлении;

— погрешность изготовления сборочного приспособления;

— погрешность изготовления каркаса;

— погрешность изготовления обшивки

— погрешность базирования деталей каркаса и обшивки соответственно;

Определим каждую погрешность.

погрешность изготовления приспособления:

мм.

Погрешность изготовления деталей каркаса мм.

погрешность изготовления обшивки:

мм.

погрешность базирования деталей каркаса:

мм.

погрешность базирования обшивки:

мм.

Таким образом, ожидаемая точность сборки элерона при принятой схеме увязки и методом сборки:

Погрешность сборки по техническим условиям ±1,2 мм. Сравнивая эти значения с данными, получил, что эта величина не удовлетворяет условию, что исключает применение данного приспособления без наличия прижимов детали к лекалу приспособления, уменьшающих составляющую д Б на величину коэффициента прижима.

Таким образом, для выполнения условия точности сборки, мне необходимо установи количество рубильников равным количеству нервюр.

3. Эскизное проектирование сборочного приспособления

3.1 Выбор осей СЕ и СП Факторами, определяющими конструкцию сборочного приспособления, являются основные конструктивные и технологические характеристики собираемого в приспособлении узла.

К конструктивным характеристикам относятся:

— геометрическая форма и габариты изделия, определяющие размеры и форму сборочного приспособления;

— вид главной базирующей поверхности изделия, то есть поверхности, подлежащей фиксированию в приспособлении и определяющей количество и форму фиксаторов обвода;

— виды и места плоскостей разъемов и узлов стыков изделий, определяющие количество, конструкцию и габариты плит, разъемов и рам жесткости;

— виды соединений изделий между собой, определяющие необходимый инструмент и оборудование.

К технологическим характеристикам относятся:

— метод и средства достижения взаимозаменяемости заготовительной и сборочной оснастки;

— метод и способ сборки;

— последовательность выполнения сборочных операций и их содержание.

Исходными материалами для проектирования сборочных приспособлений являются:

— чертежи собираемого изделия и технические требования к его сборке;

— карты технологического процесса сборки изделия.

Проектирование приспособления начинается с детального изучения чертежей и технологического процесса изделия в нем. Особое внимание должно уделяться разработке схемы процесса сборки. Далее разрабатывается конструктивная схема приспособления. Для этого необходимо, прежде всего, выбрать базовые оси, относительно которых определяется положение основных элементов проектируемой конструкции. После выбора осей начинается последовательность установки в приспособлении элементов конструкции самого приспособления и их сборки. Следующим этапом является выбор масштаба, в котором должно быть вычерчено приспособление и выполнение самого чертежа. На чертеже условными линиями должны быть показаны контуры собираемого объекта, базовые оси или точки фиксации. Затем выбираются типовые несущие, установочные и фиксирующие элементы приспособления и производится расчет на жесткость его несущих каркасных элементов. Разрабатываются общий вид сборочного приспособления, схема увязки его конструкции и составляются ведомости норм специализированных и стандартных элементов приспособления.

3.2 Разработка технических условий на проектирование сборочного приспособления Основными требованиями к сборочному приспособлению являются:

— обеспечение заданной техническими условиями точности собираемого узла, которая должна быть увязана с точностью сборочного приспособления;

— сохранение точности сборочного приспособления в течении всего периода эксплуатации между регламентными работами и ремонтами;

— сохранение стабильного положения базовых точек, поверхностей узла, заданных техническими условиями на сборку узла и надежность фиксации собираемых элементов в течении всего периода эксплуатации;

— постоянство заданных размеров независимо от колебания температур;

— использование в конструкции сборочного приспособления возможно большего количества стандартных элементов;

— рациональные размеры;

— обеспечение наиболее свободных подходов к рабочим зонам, оптимального освещения, минимального времени фиксации и расфиксации собираемого объекта, удобство использования инструмента и средств механизации труда, а также схема готового изделия.

Исходя из указанных требований технических условий на проектирование сборочного приспособления, вводим следующие требования:

— в качестве фиксирующих элементов контура обечаек предусмотрены ложементы и рубильники;

— рубильники должны открываться вверх и фиксироваться в поднятом положении;

— для фиксации приварной арматуры установить два фиксатора;

— приспособление монтировать по макету бака;

— для удобства сборки приспособление должно иметь поворотную раму вокруг горизонтальной оси, для чего предусмотреть механизм поворота;

— каркас приспособления выполнить в виде сварной рамы;

— раму установить на две сварные стойки.

3.3 Определение СП по стандартизации и универсальности Применение стандартных и унифицированных деталей, узлов и компоновок сборочных приспособлений дают следующие преимущества:

Ускоряют и удешевляют процесс проектирования, так как отпадает необходимость в разработке некоторых узлов и их деталировании.

Сокращается цикл подготовки производства, так как стандартные детали и узлы могут быть изготовлены заранее в необходимом количестве, что сглаживает пик загрузки цехов подготовки производства при запуске нового изделия.

Возможность повторного использования стандартных и унифицированных элементов при смене объекта производства.

Вышеуказанные соображения предопределили выбор набора унифицированных рам со специальным унифицированным комплектом каркаса.

3.4 Выбор схемы каркаса сборочного приспособления с расчетом на жесткость Основными несущими элементами стапеля являются: сварная рама или балка, на которые крепятся рубильники и ложементы, стойки и колонны.

Нагрузки, действующие на эти элементы — статические, это вес агрегата и вес самих элементов стапеля. При действии этих нагрузок элементы конструкции стапеля и испытывают различные виды деформации. Наиболее опасными являются прогиб балок и потеря устойчивости рубильников и стоек. Для обеспечения высокой точности топливного бака в стапеле деформация этих элементов не должна превышать определенных значений. Поэтому эти элементы должны быть рассчитаны на жесткость.

В большинстве случаев условие жесткости выражается условием f<[f], т. е. максимальный прогиб не должен превышать допускаемого. Величина допускаемого прогиба зависит от назначения и условий работы рассчитываемой конструкции и колеблется в широких пределах. Обычно величину допускаемого прогиба указывают в долях пролета (межопорного расстояния) балки.

[ f ] = 0,1 мм на п.м.

Определение максимального прогиба балки стапеля.

Условно считаем, что балки рамы нагружены равномерно распределенной нагрузкой.

Расчетная схема для рассматриваемого нагружения

L — расстояние между опорами

q — интенсивность равномерно распределенной нагрузки, которая определяется:

где

G1 — масса элерона, G1 = 50 кг

G2 — масса рамы и фиксаторов G2 = 300 кг Тогда кг/мм Для данной расчетной схемы максимальный прогиб балки определяется по формуле:

где Е — момент упругости, т.к. материал балки сталь, то Е = 2×105 МПА

J — момент инерции сечения балки Момент инерции относительно оси Х

Jх = 2 * Jх, где

Jх — момент инерции швеллера,

для швеллера № 14 Jх = 491 см4 .

Jх = 2 * 491 = 982 см4

< [ f ]=0.5мм.

Жесткость конструкции удовлетворяет требованиям.

3.5 Разработка технических условий на сборочное приспособление Приспособление должно стабильно обеспечивать при сборке (теоретические обводы), геометрические размеры и положения конструктивных элементов в пространстве; взаимозаменяемость секций элерона на всех сериях основного изделия в соответствие с требованиями комплекта конструкторской документации (КД) по чертежу.

В приспособлении предусмотреть жесткую фиксацию элерона по оси вращения и по дистанции.

Предъявительские и приемосдаточные испытания.

Для обеспечения сборки элерона по принятой схеме в СП предусмотреть:

Фиксацию лонжерона элерона, т. е. :

— стенку фиксировать по БО, расположенным на хорде;

— дать упоры с прижимами для верхнего и нижнего поясов.

Фиксацию нервюр и диафрагм, т. е.:

— каждую стенку по двум БО, расположенным по высоте, дистанции и относительно плоскости лонжерона;

— дать упоры с прижимами для установки верхних и нижних поясов относительно ТК.

Фиксацию обшивок, крышек, т. е.:

— дать линейки чистового обреза обшивок с прижимами для крепления обшивок;

— на рубильниках предусмотреть флажки для пожатия обшивки к рубильникам и крепления технологическими болтами.

В СП предусмотреть кондукторы для сверловки предварительных отверстий под такелажные точки на каждой секции элерона.

Положение, диаметры и количество БО на стенках нервюр и балок согласовать с ОГК и АНТК.

Фиксацию лонжерона, нервюр, диафрагм предусмотреть съемной или выдвижной, чтобы она не мешала при работе с обшивками.

СП должно обеспечивать безопасные условия труда.

3.6 Технические условия на поставку комплектующих деталей на сборку В цех сборки поступают детали из механического, заготовительного цехов:

кронштейны опор,

лонжерон, лючки, полки, стенки нервюр, угольники, обшивки, стыковые профиля, силовые нервюры.

3.7 Разработка технических условий на изготовление сборочной единицы Сборочная единица расчленяется на рациональное число составных частей.

Конструкция СЕ обеспечивает возможность компоновки из стандартных и унифицированных частей.

Виды используемых соединений, их конструкции и место расположения соответствуют требованиям механизации и автоматизации сборочных работ.

В конструкции СЕ и ее составных частей, имеющих массу более 16 кг; предусматриваются конструктивные элементы для удобного захвата грузоподъемными средствами, используемыми в процессе сборки, разборки и транспортирования.

Конструкция СЕ предусматривает базовую составную часть, которая является основной для расположения остальных частей.

Компоновка конструкции СЕ позволяет производить сборку при неизменном базировании составных частей.

В конструкции базовой составной частью предусматривается возможность использования конструкторских баз в качестве технологических и измерительных.

Компоновка СЕ обеспечивает общую сборку без промежуточной разборки и повторной сборки составных частей.

Компоновка составных частей СЕ обеспечивает удобный доступ к местам требуемого контроля регулировки и проведения других работ.

3.8 Определение сборочного приспособления по универсальности Сборочные приспособления по универсальности разделяют на 4 схемы и оценивают коэффициентом универсальности (nCT). Все схемы сведены в таблицу вместе с соответствующими им значениями коэффициента универсальности:

Сборочные приспособления (СП) по универсальности подразделяются на специальные, специализированные и универсальные.

Специальными называются непереналаживаемые приспособления, предназначенные для сборки одной единицы.

Специализированные сборочные приспособления (ССП) предназначаются для сборки однотипных по конструктивно-технологическим признакам сборочных единиц, входящих 5 одно классификационное подразделение. Переход к сборке другой сборочной единицы осуществляется регулировкой или сменой установочных и базовых элементов.

Универсальными (УСП) называются приспособления, позволяющие производить сборку разных классификационных сборочных единиц с одинаковым характером базовых элементов.

Обоснование схемы СП по универсальности ведется по формуле, дающей возможность определить необходимое количество сборочных приспособлений для реализации заданной программы выпуска.

Универсальность стапеля (nCT) подсчитывается по формуле:

В формуле использованы обозначения:

nCT — коэффициент универсальности стапеля, численно равный необходимому количеству сборочных приспособлений для реализации заданной программы выпуска;

Тед — трудоёмкость стапельной сборки сборочной единицы (СЕ) [час];

N — заданная программа выпуска в месяц или год [шт];

Ф — фонд времени (эффективный фонд работы одного рабочего в месяц или год) [час];

Кф — коэффициент фронта работ (количество людей, одновременно работающих на приспособлении в одну смену);

Кпер — коэффициент переработки нормы;

Ксм — коэффициент сменности;

В качестве схемы выбираем в соответствии с таблицей схему специального сборочного приспособления, рабочих привлекаем только в одну смену.

3.9 Определение сборочного приспособления по стандартизации Применение стандартных и унифицированных деталей, узлов и компоновок сборочных приспособлений дают следующие преимущества:

ускоряется и удешевляется процесс проектирования, так как отпадает необходимость в разработке некоторых узлов и их деталировании.

сокращается цикл подготовки производства, т.к. стандартные детали и узлы могут быть изготовлены заранее в необходимом количестве, что сглаживает пик загрузки цехов подготовки производства при запуске нового изделия.

возможность повторного использования стандартных и унифицированных элементов при смене объекта производства.

Вышеуказанные соображения предопределили выбор набора унифицированных рам со специальном унифицированным комплектом каркаса.

3.10 Назначение сборочного приспособления, его структура и основные требования Сборочное приспособление (СП) — устройство, обеспечивающее определенное взаимное расположение, фиксацию и соединение деталей и сборочных единиц (панелей, узлов, секций, отсеков) самолета с заданной точностью.

Положение нежестких элементов конструкции самолета фиксируется элементами сборочного приспособления относительно его осей, увязанных с аэродинамическим контуром, разъемами и осями СЕ. После фиксации устанавливаемых элементов в приспособлении они соединяются друг с другом технологическими или указанными в чертеже соединительными элементами (заклепками, болтами и т. д.), образуя жесткую сборочную единицу. Таким образом, СП позволяет:

Собрать из нежестких элементов конструкции жесткую СЕ самолета с заданной точностью и с учетом конструктивно — технологических требований к ним.

Обеспечить взаимозаменяемость СЕ как по контуру, так и частично по разъемам.

Повысить производительность труда на сборочных работах.

Стапель для сборки элерона представляет собой сварную раму. Габаритные размеры: 6000 мм Ч 1600 мм. К раме через ребра приварены стаканы. Рама устанавливается на двух опорах и с помощью болтов крепится к полу. Заливка всех кронштейнов (уши, вилки) осуществляется на ИС по размерам заливочного чертежа корбинольным цементом.

СП имеет 15 пар рубильников, которые изготовленных по частичному эталону поверхности на плазкондукторе с последующей проверкой обводов по шаблонам. Основные базы приспособления: в продольном сечении — ось вращения элерона параллельна полу (по уровню); в поперечном сечении — плоскость хорд, т. е. ось вращения перпендикулярна оси симметрии.

По всем осям мембран в зоне носков имеются откидные рубильники. Элерон устанавливается в приспособление передней частью вниз. На основании нижней части рамы имеются регулируемые опоры, которые выставляются по задней кромке элерона.

Обшивка элерона выставляются на опорах по рискам на рубильниках. Риски расположены на рубильниках: ось лонжерона — обрез панели, обрез зашивок лючков.

В зоне лонжерона на рубильниках имеются выдвижные фиксаторы, предназначенные для установки лонжерона. Фиксаторы имеют два положения установки: с учетом толщины обшивки и без ее учета.

На рубильниках также имеются откидные фиксаторы, предназначенные для установки и фиксации нервюр, а в зоне задней кромки элерона имеются прижимные (крюковые) болты — для поджатия обшивки к рубильникам.