Характеристика рациональных технологических процессов изготовления самолетных конструкций. Классификация элементов конструкции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Характеристика рациональных технологических процессов изготовления самолетных конструкций. Классификация элементов конструкции

1. Рациональные технологические процессы

Под рациональными технологическими процессами мы будем понимать такие, в результате применения которых изготовление составных частей и сборка самолета в целом требуют наименьших затрат труда и времени.

Естественным желанием конструктора является проектирование такого самолета, удовлетворяющего ТТТ, который имел бы наименьшую массу, малую трудоемкость изготовления и, следовательно, малую себестоимость и мог бы быть изготовлен в наикратчайшие сроки. Но, к сожалению, требование минимальной массы противоречит другим, в частности, малой трудоемкости изготовления (разъемы удобны для изготовления, но увеличивают массу самолета). Поэтому конструктору всегда приходится отыскивать компромиссное решение, и чем полнее он учтет существующий и перспективный уровни развития техники, тем совершеннее будет созданная конструкция. Чем следует руководствоваться при достижении этой цели? В самом общем виде это можно сформулировать следующем образом: сокращение числа и укрупнение деталей уменьшает массу самолета и способствует внедрению прогрессивных технологических процессов, а следовательно, уменьшает трудоемкость изготовления и стоимость изделия. Действительно, многодетальность в большинстве случаев усложняет конструкцию. Иногда трудно найти такую форму крупноблочного элемента, при которой он имел бы меньшую массу, чем составной. Таким образом, при проектировании элементов самолета конструктор должен стремиться использовать все пути, ведущие к сокращению числа деталей. Основным средством достижения этой цели является переход к более прогрессивным технологическим процессам, в том числе к штамповке и литью.

Штамповка деталей из листового материала, профилей и труб является одним из наиболее прогрессивных технологических процессов, особенно в серийном и массовом производстве, применяется для изготовления многих деталей каркаса, элементов продольного и поперечного наборов, разного рода косынок и накладок, фитингов и т.д. Трудоемкость изготовления деталей современного самолета штамповкой составляет до 20% от общей трудоемкости.

Штамповка позволяет:

получить детали минимальной массы;

изготавливать детали со сравнительно высоким коэффициентом использования металла заготовки;

применять широкую механизацию и автоматизацию технологического процесса, а следовательно, достичь высокой производительности труда;

получить высокую точность и чистоту поверхности;

резко сократить число деталей.

Горячая штамповка широко применяется в современном самолетостроении. Горячую штамповку экономически выгодно применять при крупносерийном производстве из-за сложности оснастки и оборудования, а также для деталей с большой площадью необрабатываемой поверхности.

При выборе способа изготовления надо учитывать, что литые детали сложной конфигурации всегда дешевле штампованных, и поэтому, если позволяют условия прочности, лучше изготовлять детали литьем.

Литье для изготовления деталей самолетных конструкций является исключительно прогрессивным методом. Однако применяемые в настоящее время литейные сплавы обладают низкими прочностными характеристиками, особенно ударной вязкостью и пластичностью. Во всем мире ведутся работы по созданию высокопрочных и пластичных литейных материалов, повышению точности изготовления литых деталей, разрабатываются способы чистого литья, при котором детали не требуют последующей обработки. Литые детали, изготовленные методом точного литья (под давлением, по выплавляемым моделям) обеспечивают высокую точность и чистоту поверхности, обладают повышенной жаропрочностью.

Механическая обработка деталей до настоящего времени широко применяется в самолетных конструкциях. Обработке резанием подвергается более 30% деталей самолета, в том числе крупногабаритные литые детали, штампованные детали каркаса и узлов, пояса лонжеронов, стрингеры контурные и фланцевые стыки, кронштейны, цилиндры, штоки и т.д. Несмотря на то, что механическая обработка весьма невыгодный технологический процесс из-за колоссальных потерь материала в стружку, она все же применяется достаточно широко, так как позволяет получить детали минимальной массы.

Неграмотно спроектированная деталь может вызвать чрезвычайное удорожание механической обработки, потребовать изготовления сложной оснастки и дополнительных приспособлений. Об этом не должен забывать конструктор при создании новых элементов конструкции.

2. Наименования видов изделий

Согласно ЕСКД установлены следующие наименования видов изделий:

Деталь - изделие, изготовленное из однородного материала без применения сборочных операций, а также изделие, изготовленное с применением покрытий, сварки, пайки, склейки и т. д. (например, трубка, спаянная или сваренная из одного куска материала).

Сборочная единица - изделие, составные части которого подлежат соединению на заводе-изготовителе (например, сварной цилиндр стойки шасси).

Комплекс - два или более специализированных изделия, не соединенных на заводе-изготовителе путем сборочных операций, но предназначенных для выполнения взаимосвязанных эксплуатационных функций (например, самолет с установленными подвесными баками). В авиационной промышленности еще широко применяются старые понятия - «узел» и «агрегат».

3. Основные вопросы конструирования частей, узлов и деталей самолета

После того, как произведена аэродинамическая и общая компоновка самолета: установлены его формы и габаритные размеры, сделаны компоновочные схемы крыла, фюзеляжа, силовой установки, оборудования и управления, шасси, а также определено основное направление конструирования - начинается вторая творческая стадия работы - конструирование частей, узлов и деталей самолета.

При разработке конструкции любой части самолета - от детали до агрегата - конструктору приходится сталкиваться с необходимостью учета многочисленных требований, как правило, противоречивых, которые определяют форму, материал, вес и другие характеристики проектируемого объекта.

Основной круг вопросов, подлежащих изучению, анализу и разработке в процессе конструирования:

I. Назначение части, узла, детали, системы. Обеспечение их функционирования.

Работая над вопросами обеспечения функционального назначения детали, узла конструктор должен:

- четко сформулировать (письменно) назначение проектируемого объекта;

- ознакомиться со всеми техническими требованиями (техническими условиями), предъявляемыми к объекту;

- изучить (или составить самому) техническое задание на конструирование объекта;

- изучить “Нормы летной годности” с целью проверки, все ли их требования включены в техническое задание;

- учесть опыт эксплуатации предыдущих аналогичных изделий;

- оценить и убедиться в сохранении аэродинамических форм самолета при всех возможных нагружениях и деформациях узла (агрегата, детали) в течении всей эксплуатации изделия;

- разработать функциональную схему в нескольких вариантах, оценить достоинства и недостатки каждого варианта и обосновать рациональность выбранной схемы.

II. Прочность - вес.

Задача обеспечения необходимой прочности при заданном весе стоит перед конструктором на протяжении всего процесса проектирования. Поэтому, при решении этой задачи, конструктор должен:

- получить лимит веса и оценить (по статистике или расчету) возможность его реализации;

- выбрать правильные критерии для предварительной оценки веса;

- распределить полученный суммарный лимит веса по элементам;

- убедиться в соответствии нагрузок “Нормам прочности”: проверить, все ли расчетные случаи учтены; согласовать минимальные запасы прочности, которые необходимо обеспечить в проектируемой конструкции;

- разработать силовую схему (выбрать на основе прочностного анализа нескольких возможных схем);

- определить (выбрать) наиболее рациональный материал для осуществления конструкции;

- ознакомиться с технологическими требованиями к материалу со всеми его технологическими, эксплуатационными и прочностными особенностями; внимательно проанализировать целесообразность применения материалов, способных значительно увеличить весовую отдачу конструкции.

Особое внимание необходимо уделять ресурсу и прочностной безопасности (усталости, статической выносливости, безопасности при частичном разрушении и т.п.).

К этому перечню вопросов можно добавить три основных Ильюшинских правила, которые Сергей Владимирович всегда напоминал своим ученикам:

1. Если хочешь создать легкую конструкцию, воспринимай силу там, где она “родилась”, не позволяй силе “долго гулять” по конструкции - это приводит к излишнему весу.

2. Проверяй прочность и надежность конструируемого агрегата, узла, детали, обращай особое внимание на те места, где “силовой поток прерывается” - в этих точках больше всего возможна ошибка.

3. Всегда учитывай деформации конструкции, они могут привести к непредвиденному перераспределению сил.

III. Длительное функционирование агрегата, системы. Вопросы эксплуатации.

Эти вопросы занимали и занимают в работе ОКБ одно из первых мест. Этим и обеспечивается высокая эксплуатационная технологичность, а следовательно, и надежность ильюшинских самолетов.

Решая задачу выполнения всех требований, предъявляемых к агрегату в течении длительной эксплуатации, контруктор должен сделать следующее:

- точно определить ресурс, который должен иметь агрегат;

- проверить выполнение всех требований, связанных с задачей обеспечения прочностного ресурса;

- проверить контролепригодность изделия, т.е. возможность подхода для осмотра во время эксплуатации всех мест, важных с точки зрения обспечения ресурса и безопасности;

- для тех мест, где воздушный осмотр невозможен, назначить неразрушающие методы контроля;

- проверить ремонтоспособность изделия, т.е. возможность подхода для разборки агрегата, замены отдельных частей и смазки;

- убедиться в обеспечении требований техники безопасности при проведении всех ремонтных и регламентных работ;

- обеспечить надежную защиту от коррозии, разработать схему наиболее надежных защитных покрытий;

- назначить оптимальные сроки и объемы профилактических и регламентных работ.

IV. Экономика, технология.

Экономическое совершенство учитывается конструктором во время проектирования, главным образом, в виде поиска наивыгоднейших технологий - конструктивных решений. Выбранная им конструкция должна соответствовать требованиям серийного производства и обеспечивать:

- удобство сборки и разборки;

- взаимозаменяемость агрегатов (полную или частичную);

- максимальную унификацию и стандартизацию всех элементов (возможность применения в других частях);

- максимально возможную механизацию, особенно при клепально-сборочных работах;

- выполнение принципа малодетальности при достаточной расчлененности конструкции, обеспечивающей ее живучесть;

- наименьшее возможное количество операций для исполнения деталей и узлов.

V. Безопасность, надежность.

Для проверки выполнения требований безопасности конструктор должен еще раз обратить внимание на следующие вопросы:

- правильность назначения ресурса и периодичности профилактических и регламентных работ для ответственных частей планера и главных систем;

- прочность и работоспособность основных силовых элементов планера, агрегатов и систем управления;

- выполнение всех требований “Норм летной годности”;

- результаты проверки примененных технических решений в предыдущих конструкциях, учет выявленных при эксплуатации недостатков;

- приняты ли меры против возможности ошибок в монтаже деталей управления самолетом, во время эксплуатации и ремонта.

Конструктор всегда сталкивается с комплексом противоречивых требований. Правильное решение есть не просто “приемлемый компромисс”. Должна быть выделена главная задача - требование, которое определяет основную характеристику проектируемого объекта. Этот принцип - проектирование на основе целенаправленного компромисса - лежал в основе деятельности С.В. Ильюшина (пример Ил-2, Ил-28, Ил-18, Ил-62).

4. Классификация основных элементов конструкции

Все элементы, составляющие конструкцию самолета, можно разделить на:

элементы внешней поверхности: обшивки;

элементы каркаса;

элементы продольного набора: лонжероны, стрингеры, бимсы, стенки;

элементы поперечного набора: нервюры, шпангоуты;

элементы соединения: узлы подвески, косынки, накладки, кронштейны и т. д.;

элементы управления и механизмов: качалки, траверсы, детали шасси и силовых цилиндров, тяги и т. д.;

элементы крепления: болты, гайки, шайбы, винты, валики, заклепки и т. д.

Большинство этих элементов стандартизовано.

5. Нумерация чертежей

Последовательность сборки элементов самолета находит свое отражение в системе нумерации чертежей. Нумерации, которая проводится в соответствии с ЕСКД, подлежат все выпускаемые чертежи. Для летательных аппаратов и наземного оборудования используется предметная система обозначения чертежей, согласно которой чертежи деталей, узлов, подгрупп и комплексных групп (за исключением стандартных и нормализованных) обозначаются номером, состоящим из следующих частей:

а) индекса изделия - одна или несколько букв, цифр или их сочетания;

б) номера модификации изделия;

в) номера комплексной группы - две цифры;

г) номера группы - две цифры;

д) порядкового номера детали или узла - четыре или пять цифр, для сборочных чертежей последняя цифра 0;

е) обозначения вида документации (СБ - сборочный, 01 - правая деталь, 02 - левая деталь).

Например, чертеж имеет номер 012-02-20-04-0026-01, это значит: 012 - индекс изделия; 02 - номер модификации; 20 - номер комплексной группы; 04 - номер группы чертежей; 0026 - номер детали; 01 - номер вида документации.

Номера для конструктивных комплексных групп самолета установлены в соответствии с нормалью 57АО.

Контрольные вопросы

Что такое деталь?

Что такое сборочная единица?

Что такое комплекс?

Классификация основных элементов конструкции.

Для чего используют систему нумерации чертежей при проектировании?

Какая система нумерации используется для летательных аппаратов?

Назовите части предметной системы.

Расшифруйте номер чертежа ----.

Литература

самолет штамповка деталь конструирование

1. Войт Е.С., Ендогур А.И., Мелик-Саркисян З.А., Алявдин И.М. Проектирование конструкций самолетов. М.: Машиностроение, 1987. Стр. 15-16.

Размещено на Allbest.ru