Разработка процессов циклического формообразования складчатого заполнителя авиационных панелей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.02, кандидат технических наук Батраков, Владимир Владимирович

• Батраков, Владимир Владимирович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Батраков, Владимир Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Классификационная схема формообразования Z-гофра.

1.2. Анализ технологических схем и оборудования. ь 1.3. Выводы к главе. Цель и задачи исследования.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ

ФОРМИРОВАНИЯ СКЛАДЧАТЫХ СТРУКТУР.

2.1. Моделирование складчатых структур цилиндрическими поверхностями.

2.2. Исследование единичных фрагментов четырехлучевых структур.

2.3. Методика моделирования структур с ортогональными базами.

2.4. Методика моделирование структур с наклонными базами.

I 2.5. Выводы к главе.

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА

ПРУЖИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ Z-ГОФРА.

3.1. Методика проведения экспериментальных исследований. Используемое оборудование, оснастка и материалы.

3.2. Особенности пружинения элементарного модуля Z-гофра.

3.3. План экспериментальных работ.

3.4. Экспериментальное исследование пружинения единичных сгибов.

3.4.1. Влияние силового воздействия на значение угла единичного сгиба.

3.4.2. Влияние анизотропии материала на значение угла единичного сгиба.

3.4.3. Исследование пружинения комбинированных сгибов.

3.4.4. Исследование способов уменьшения пружинения сгибов.

3.4.5 Исследование упругопластических свойств сгибов.

3.5. Пружинение блоков Z-гофра.

3.6. Расчетная модель пружинения.

3.6.1. Пружинение Z-гофра из бумаги "Nomex".

3.6.2. Пружинение Z-гофра из бумаги "Kevlar".

3.7. Разработка технологических рекомендаций.

3.8. Выводы к главе.

Глава 4. РАЗРАБОТКА ЦИКЛИЧЕСКИХ СПОСОБОВ

ФОРМООБРАЗОВАНИЯ Z-ГОФРА.

4.1. Гибридное складывание

4.1.1. Поперечное гибридное складывание.

4.1.2. Продольное гибридное складывание.

4.2. Схема поперечного двойного гофрирования

4.3. Расчет технологических параметров.

4.4. Рекомендации для выбора технологических схем.

4.5. Выводы к главе.

Глава 5. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТ.

5.1. Практическая апробация разработанных схем формообразования.

5.2. Установка для циклического складывания.

5.3. Установка для двойного гофрирования.

5.4. Результаты экспериментального исследования разработанных процессов формообразования.

5.5. Внедрение результатов диссертационной работы.

5.6. Выводы к главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка процессов циклического формообразования складчатого заполнителя авиационных панелей»

Одним из направлений повышения безопасности, комфортности и экономичности полета на самолетах и вертолетах является внедрение новых конструктивных схем фюзеляжа, отличающихся широким применением сэндвич-панелей. При этом к заполнителю предъявляются требования не только высокой удельной прочности, но и эффективной тепло- и звукоизоляции, поглощения энергии удара, возможности удаления конденсата.

При больших объемах применения таких панелей экономические показатели производства заполнителя становятся очень важными. В плане решения указанных проблем определенными перспективами обладают складчатые конструкции (СК).

Основным признаком СК является их разворачиваемость на плоскость. Они могут быть получены путем изгиба листовой заготовки, без деформаций "растяжения - сжатия" т.е. изометрическим преобразованием плоской поверхности. Одним из факторов, сдерживающих применение СК, является отсутствие эффективного технологического процесса, позволяющего индустриально изготовлять заполнитель высокого качества из современных материалов.

К таким материалам можно отнести арамидные бумаги типа "Nomex" и "Kevlar". Они имеют большой модуль упругости и высокую прочность, широкий термический диапазон работы, высокую влагостойкость, низкую горючесть. В тоже время технологические свойства арамидных бумаг существенно отличаются от свойств металлов и полимерных композитов и в некоторых аспектах мало изучены. Таким образом, проблема разработки новых технологических процессов изготовления складчатого заполнителя (СЗ) из современных материалов является актуальной.

В связи с этим для широкого применения складчатого заполнителя в многослойных панелях JIA необходима разработка новых высокопроизводительных технологических процессов, ориентированных на использование современных материалов.

В настоящий момент в известной литературе нет сведений о реальном использовании оборудования для изготовления складчатого заполнителя авиационных панелей, все работы носят исследовательский характер.

Научная новизна данной работы состоит в том, что в диссертации:

- разработаны три новые технологические схемы формообразования Z-гофра, позволяющие изготавливать СЗ из непрерывной ленты;

- проведен комплексный анализ и разработана классификационная схема существующих способов изготовления СК; разработана методика геометрического моделирования четырехлучевых СС, основанная на идее представления их в виде комбинации цилиндрических поверхностей;

- исследовано пружинение арамидных бумаг при изгибе на малый радиус, выявлено влияние на его величину различных факторов, характерных для технологического процесса; предложена теоретико-экспериментальная методика расчета пружинения Z-гофра, разработаны и исследованы способы уменьшения пружинения;

- получены методики расчета исполнительных размеров оборудования и кинематики их перемещения.

Работа содержит результаты аналитических и экспериментальных исследований, проведенных при разработке новых технологических схем формообразования складчатых структур. Также рассмотрены вопросы автоматизации и интенсификации процесса, приведены конструкции новых устройств, даны результаты практического внедрения.

Выполненный комплекс теоретических и экспериментальных исследований, конструкторских и технологических работ, отраженный в данной диссертации показал, что предлагаемые процессы могут быть успешно применены для изготовления заполнителя панелей JIA.

Заключение диссертации по теме «Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов», Батраков, Владимир Владимирович

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Систематизированы известные технологические схемы и предложена классификация способов изготовления Z-гофра. Выявлено, что применительно к его формообразованию из арамидных бумаг, существующие способы обладают ограниченными возможностями.

2. Разработаны три технологические схемы формообразования Z-гофра, позволяющие изготовлять СЗ поперечным и продольным гибридным складыванием из материалов "Nomex" и "Kevlar" (Пат. № 226490018), а также двойным гофрированием. Две схемы реализованы в виде опытного оборудования.

3. Представлена методика геометрического моделирования четырехлучевых СС, основанная на представлении их как составной цилиндрической поверхности. Приложением методики является проектирование размерных параметров формообразующих узлов и параметров технологического процесса.

4. Создана теоретико-экспериментальная методика расчета пружинения Z-гофра из арамидных бумаг. Исследованы и предложены способы уменьшения пружинения.

5. Разработаны методики расчета технологических параметров процесса, размеров и кинематики перемещения формообразующих и вспомогательных узлов оборудования в зависимости от требуемых конструктивных параметров Z-гофра.

6. Экспериментально подтверждена принципиальная возможность циклического изготовления Z-гофра из непрерывной ленты по схемам поперечного гибридного складывания и двойного гофрирования. Реализовано важнейшее технологическое преимущество СС, заключающееся в возможности осуществления автоматизированного процесса непрерывного формообразования Z-гофра из рулонных материалов.

7. Результаты исследований внедрены на фирме "Airbus".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Батраков, Владимир Владимирович, 2006 год

1. Rueckert Chr. Double skin composite fuselage design materials and process approaches for test article realization.// SAMPE Europe Conference and Exhibition, Paris. 2004, P. 438 443.

2. Ендогур А.И., Вайнберг M.B., Иерусалимский K.M. Сотовые конструкции. М.: Машиностроение, 1986. 200 С.

3. Шалин Р.Е., Серов А.А., Гуняев Г.М. Конструкционные углепластики.// Авиационная промышленность. 1987. №3, С14 16.

4. Панин В.Ф. Сотовые конструкции. М.: Машиностроение, 1982. 153с.

5. Forney Robert С. Advanced Composites the Structural revolution.// J.Metalls, 1986 , №3, С 38-40.

6. Халиулин В.И., Ицкович А.И., Назаров О.В. Экспериментальные исследования акустических панелей с зетгофром. Сб. докл. XI Всесоюзной акустической конференции. М, 1991, С.48-51.

7. Батраков В.В. Критерии выбора конструктивных параметров звукопоглотителей складчатого типа.// Тезисы докладов Международной научно-практической конференции «Технология, инновация, качество 9 9», Казан, гос. тех. ун-т., Казань, 1999, С.86.

8. Пат. 2052604 МКИ В 21 Д 13/00, 13/02. Звукопоглощающая панель/ А.И. Ицкович, О.В. Назаров, В.И. Халиулин, В.Е. Десятов, В.Н.Анисимов // Б.И., 1996. №2.

9. Hachenberg D., Mudra Chr., Nguyen M. Folder Structures An Alternative Sandwich Co re mat erials f or Fu ture Ai rcraft С oncepts./ D GLR-2003, Munich, 2003.

10. А.с. 975960 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Панель /А.В. Коротич, Е.С. Коротич, В.М. Поздникин // Б. И. 1982, №43.

11. А.с. 975961 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Панель /А.В.Коротич, В.М.Поздникин, Е.С.Коротич // Б. И. 1982, №43.

12. А.с. 1070285 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Строительная панель /А.В.Коротич // Б. И. 1984, №4.

13. А.с.1096354 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Ячеистый лист /А.В.Коротич, В.М.Поздникин // 1984, №21.

14. А.с.1120078 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Панель /А.В.Коротич, В.И.Знаменский // Б. И. 1984, №39.

15. А.с. 1368402 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Складчатый лист криволинейного очертания /А.В.Коротич, В.И.Знаменский, А.С.Смирнов, В.Г.Урицкий // Б. И. 1988, №3.

16. А.с. 1404611 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Строительная панель /А.В.Коротич, В.И.Знаменский, А.С.Смирнов, В.Г.Урицкий // Б. И. 1988, №23.

17. А.с. 1078007 СССР,МКИ Е 04 С 2/42. Трехслойная панель /В.С.Кормилицын // Б. И. 1984, №9.

18. А.с.1135878 СССР, МКИ Е 04 С 2/36. Многослойная ячеистая панель /А.П.Пелаченко, В.И.Озеров, А.П.Осадчий, М.И.Корень // Б.И. 1985, №3.

19. А.с. 1320360 СССР, МКИ Е 04 С 2/24. Многослойная ячеистая панель /А.Г.Гирченко, А.И.Малицкий, А.В.Морозов, В.В.Мудрик // Б.И. 1987, №24.

20. А.с. 1646196 СССР, МКИ В 64 С 3/26. Многослойная панель /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов // Б.И. 1991, №31.

21. А.с. 1768728 СССР, МКИ Е 04 С 2/32. Складчатый лист /В.И.Халиулин, В.Е.Десятов // Б.И. 1992, №38.

22. Pat. 2123874 UK, Е 04 С 2/32. Structural sustems for panels, boards, shelves, and laminates/D.M.Mckay,S.J.Morgan, 1984, Feb.8.

23. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. JL: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1979. 520 С.

24. Пат. 226490018, МКИ В29/С59/00, B29D16/00. Способ изготовления рельефной детали с зигзагообразной гофрированной структур/ Халиулин, В.И. Батраков В.В., Двоеглазов И.В., Меняшкин Д.Г.// БИ, 2005 № 33.

25. Khaliulin V.I. Izometrictskoe formirovanje tonkostennych reljefunych konstrukci.// MEDZINARODNA KONFERENCIA «TECHNOLOGIA'99>>, BRATISLAVA, 1999. P. 298 304.

26. A.c. 1690903 СССР, МКИ В 21 D 13/02. Устройство для гофрирования листового материала /В.И. Халиулин, В.Е. Десятов // Б.И.,1991. №42.

27. Пат. 1706148 РФ, МКИ В 32 В 15/00. Устройство для изготовления изделий сложного профиля из композиционного материала / В.И. Халиулин, В.Е. Десятов.//Б.И., 1990. №5.

28. Пат. 1755999 РФ, МКИ В 21 Д 13/02. Устройство для гофрирования листового материала / В.И. Халиулин, В.Е. Десятов // БИ. 1992. №31.

29. Халиулин В.И., Двоеглазов И.В. Технология изготовления складчатых звукопоглощающих конструкций из полимерных композитов. // Тематический сборник. МГАТУ им. Циалковского, 1996, С. 31 34.

30. Пат. 2057647 РФ, МКИ В 29 D 9/00 Способ изготовления заполнителя из композиционного материала / В.И. Халиулин, В.Е. Десятов // Б.И., 1996. №10.

31. Пат. 2100119 РФ МКИ В 21 Д 13/00, 13/02. Способ изготовления зигзагообразного гофра (Варианты) / В.И. Халиулин, Е.А. Скрипкин // Б.И., 1997. №36.

32. Пат. 2100120 РФ МКИ В 21 Д 13/00, 13/02. Способ изготовления зигзагообразного гофра (Варианты) и устройство для его осуществления/ В.И. Халиулин, Е.А.Скрипкин // Б.И., 1997. № 36.

33. Drechsler К., Kerle R. Manufacturing of folder core structures for technical application// SAMPE Europe Conference and Exhibition. Paris 2004. P. 321 327.

34. Pat. 3992162 USA, В 32 В 15/00. Sheet with alternate protrusions and recesses / L.V. Gewiss,V. France.//, 1976. Nov. 16.

35. Пат. 2256556 РФ, МКИ B29/C59/00, B29D16/00. Способ изготовления заполнителя с зигзагообразной гофрированной структурой /Халиулин В.И. Двоеглазов И.В. Меняшкин Д.Г. Батраков В.В // БИ. 2005, № 20.

36. Пат. 2238845, МКИ В 29 С 53/24, 53/06, 59/02. Способ изготовления складчатой конструкции. / И. М. Закиров, А. В.Никитин, Н. И. Акишев // Б. И. 2004, №30.

37. Закиров И. М., Никитин А. В., Акишев Н. И. Исследование и разработка оборудования для изготовления заполнителя для многослойных панелей из нового материала// 26 Международная конференция "SAMPE". Париж, 2005. С 295-301.

38. Халиулин В.И., Батраков В.В. Технологические схемы формообразования зигзагообразного гофра // Изв. вузов Авиационная техника. 2005 № 2 С. 68 73.

39. Десятов В.Е. Технология изготовления гофрированного заполнителя многослойных панелей / Автореф. дис. канд. тех. наук. Казан, авиац. ин-т, Казань 1993, 20 с.

40. Халиулин В.И. Технология регулярных складчатых конструкций/ Автореф. дис. докт. тех. наук. Казан, авиац. ин-т, Казань 1996, 40с.

41. Халиулин В.И. Геометрическое моделирование при синтезе структур складчатых заполнителей многослойных панелей // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева 1995 №1, С. 31 40.

42. Халиулин В.И., Десятов В.Е. К расчету технологических параметров при изготовлении панели со складчатым заполнителем // Изв. вузов. Авиационная техника. 1993. №4, С. 46 50.

43. Халиулин В.И. Возможные архитектурные формы складчатых заполнителей полюсной группы // Деп.в ВИНИТИ. 1996. №2420-В96. 11с.

44. Халиулин В.И. Выбор рациональных технологических параметров при формообразовании зигзагообразного гофра / Изв. вузов. Авиационная техника. 1996. №3. С. 41 46.

45. Халиулин В.И., Марданова Г.Н. Построение различных конфигураций легкого заполнителя типа зетгофр // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева. 1996. №2. С. 12-18.

46. Халиулин В.И. Технологические аспекты изготовления многослойных панелей с легким складчатым заполнителем / Тезисы докладов международной научно технической конференции "Экраноплан 96"/ Казан, гос. тенх. ун-т. Казань, 1996, С. 71.

47. Халиулин В.И. О классификации регулярных рядовых складчатых структур. I // Изв. вузов. Авиационная техника. 2003. № 2. С. 7 12.

48. Халиулин В.И.Федяев О.В. О классификации регулярных рядовых складчатых структур. II // Изв.вузов. Авиационная техника, 2004,. № 3. с. 711.

49. Халиулин В.И., Ван Чжи Цзинь Геометрическое моделирование при разработке легкого складчатого заполнителя криволинейных панелей // Изв.вузов. Авиационная техника, 2003,. № 1. с. 3-7.

50. Халиулин В.И. Геометрическое моделирование при синтезе структур складчатых заполнителей многослойных панелей // Вестник КГТУ им. А.Н.Туполева, 1995. №1. С. 31-40.

51. Халиулин В.И. О методе синтеза структуры складчатых заполнителей многослойных панелей // Изв. вузов. Авиационная техника. 2005. № 1. С. 7 -12.

52. Мишанин И.Н. Геометрическое моделирование многогранных конструкций с плоской разверткой из модульных элементов. Автореф. докт. тухн. наук./ Пензен. гос. архитектурно-строител. ак. Пенза, 2002, 40 с.

53. Карпенко Ф.Т. Задание технических поверхностей методом комплекса разверток. М, 1957, 145 с.

54. Плужников И.С. Линейчатые поверхности и методы их исследования. -М, Машиностроение 1964, 112 с.

55. Дубанов А.А Методы и алгоритмы аппроксимации технических поверхностей развертывающимися. Автореф. канд. техн. наук./ Москов. гос. ун-т, Москва 1997, 20 с.

56. Каган В.Ф. Основы теории поверхностей. М, -Л,: Гос. теорет. техиздат, 1947-48.

57. Рашевский П.К. Курс дифференциальной геометрии. М; Гос. теорет. техиздат, 1950, 428 с.

58. Халиулин В.И., Двоеглазов И.В., Инкин В.А. Изометрическое формообразование рельефных пластин с использованием энергии вакуума. // Кузнечно-штамповочное производство, 2002, № 1, С. 17-24.

59. Халиулин В.И., Двоеглазов И.В., Батраков В.В., Меняшкин Д.Г. Разработка складчатого заполнителя из ПКМ с замкнутой клиновидной ячейкой // Труды международной конференции "Теория и практика технологии композитов. М., Знание, 2004, С. 174 182.

60. А.с. 1785154 СССР, МКИ В 32 В 15/00. Способ изготовления трехслойной панели криволинейной формы с зигзагообразным гофрированным заполнителем /В.И. Халиулин, В.Е. Десятов//Б .И. 1992. №42.