Изготовление деталей из штамповки (поковки) для самолета SSJ-100

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 
                   

                                 Кафедра Самолето- и вертолетостроения        

 

 

 

 

 

         ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА БАКАЛАВРА 
 

                                          Силина Татьяна Николаевна 
 
            Изготовление деталей из штамповки (поковки) для самолета SSJ-100 

                   Направление подготовки: 160100 Авиа- и ракетостроение                                                                                                                 
 
 
    
 
 
 

 

 
 
 

 
                                           

 

                                                   Новосибирск, 2014 г.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

Кафедра   Самолето- и вертолетостроения                                                                                                                                                    
                                                                                                   (полное название кафедры)                                                                            

 

 

 

ЗАДАНИЕ

НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ БАКАЛАВРА

 

студент у(ке)   Силиной Татьяне Николаевне                                                                                                                              

 

Направление подготовки         160100 Авиа- и ракетостроение                                                                                                     

                                                                                    

Факультет летательных аппаратов

                                                                                                                                                                                                                   

Тема        Изготовление деталей из штамповки (поковки) для самолета SSJ-100 

                                                                     

Исходные данные (или цель работы)

 

 

Структурные части работы

 

 

 

План-график выполнения работы

№ п/п	Наименование этапа	Планируемые сроки выполнения

 

Задание согласовано и принято к исполнению.

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………… 5

1 Конструкторская часть…………………………………………………………...7

1.1 Назначение  и описание конструкции………………………………………7

1.2 Технические  требования………………………………………………….. 10

1.3 Анализ  технологичности…………………………………………………..22

2 Технологическая часть………………………………………………………… 26

2.1 Выбор  режущего инструмента…………………………………………….27

2.2 Определение  схемы фрезерования………………………………………..30

2.3 Анализ  существующего техпроцесса……………………………………..31

3 Технико-экономические показатели…………………………………………...32

Заключение………………………………………………………………………...38

Список использованных источников…………………………………………….39

Приложение А. Операционных технологический процесс………………...…..40 

Введение

 

Жизнь современного человека немыслима без машин, оказывающих ему помощь в труде, способствующих удовлетворению его материальных и духовных запросов. Машина служит средством, с помощью которого выполняется тот или иной технологический процесс, результатом которого является полученная для человека продукция.

Общество постоянно испытывает потребности либо в новых видах продукции, либо в сокращении затрат труда при производстве уже освоенной продукции. В обоих случаях эти потребности могут быть удовлетворены только с помощью новых технологических процессов и новых машин, необходимых для их выполнения. Любой технологический процесс является отражением уровня научного и технического развития человеческого общества.

Машина может быть полезна лишь в том случае, если она обладает надлежащим качеством. Некачественные машины не только не приносят пользы, но и наносят ущерб, так как вложенный в них труд оказывается затраченным напрасно. А ресурсы труда в жизни человеческого общества представляют собой наивысшую ценность. Поэтому человек всегда стремится к экономии труда в любом деле.

Процесс создания машины от формулировки ее служебного назначения до получения в готовом виде подразделяют на два этапа: проектирование и изготовление. Первый этап завершается разработкой конструкции машины (изделия) и предоставлением ее в чертежах, второй - реализацией конструкции производственного процесса. Построение и осуществление второго этапа составляет основную задачу технологии машиностроения.

В работе рассмотрены технологические, организационные и частично социальные вопросы, связанные с производством деталей летательных аппаратов.

Авиационное производство характеризует широкая номенклатура и высокая сложность выпускаемых изделий. Совокупность этих условий значительно снижает уровень эффективности такого типа производства по сравнению с производствами, имеющими большую серийность, меньшую номенклатуру и сложность изделий. Мировой опыт показывает, что одним из возможных и наиболее значимых способов увеличения эффективности многономенклатурного сложного производства, является использование оборудования с ЧПУ и в особенности группы обрабатывающих центров.

Это обосновано факторами, приводящими к сужению и удалению границ между типами производств от единичного до массового и увеличению эффективности производств. 

1. Конструкторская часть

 

1.1 Назначение и описание конструкции детали

 

Кронштейн по своим конструктивным признакам относится к классу сложнопрофильных деталей. Кронштейн представляет собой тело небольших габаритов – 614.7х322.7х75.3 с одним отверстием Ø30 мм и  с двумя отверстиями Ø20 мм, выемками для облегчения массы детали. Так же имеет по два отверстия Ø19 мм и Ø 16 мм для контровки гаек в сборке. Форма детали образована сочетанием простых поверхностей (плоских, цилиндрических) и сложных поверхностей (контур детали, выемки, сопряжения) (рисунок 1).

 

Рисунок 1

 

 

Кронштейн  устанавливается в отсеке вертикального оперения и служит для крепления рулевых машин (рисунок 2).

 

Рисунок 2

 

Кронштейн устанавливается в сборку по поверхностям 1, 2, 3 (рисунок 3). К этим поверхностям предъявляются повышенные требования как по точности выполнения размеров и точности взаимного расположения, так и качеству поверхности. В то же время эти поверхности просты и достаточно протяженны. Это позволяет использовать их в качестве технологических баз на завершающей стадии обработки.

 

Рисунок 3

Материалом детали является алюминиевый сплав 1933Т3. Сплав предназначен для изготовления деталей сложной конфигурации с малыми габаритными размерами и работающих в условии разнонаправленного нагружения.

 

Таблица 1 – Химический состав  % материала 1933Т3

Основные компоненты								Примеси, не более
Алюминий	Медь	Магний	Желе зо	Цинк	Титан	Цирконий	Бериллий	Железо	Кремний	Марганец	Никель	Хром	Прочие примеси
													Каждая в отдельности	сумма
Основа	0.8-1.2	1.6-2.2	0.06-0.15	6.35-7.2	0.03-0.06	0.10-0.18	0.001-0.02	-	0.1	0.1	-	0.05	0.05	0.1

 

 

 

Таблица 2 – Механические свойства по ТУ

Толщина полки (мм)	Состояние	σВ, МПа	σ0,2 МПа	ТУ
До 120 включительно	Закаленное и искусственно состаренное	450-530	8	1-804-457-2008

 

 

 

 

 

 

 

Исходя из своего служебного назначения, кронштейн должен представлять собой изделие высокой надежности.

С целью обеспечения повышенной надежности работы, организации высокопроизводительного процесса обработки наиболее ответственных деталей кронштейна необходимо решить следующие задачи:

1. На основе критического анализа существующего технологического  процесса разработать более эффективный процесс изготовления  вышеназванных деталей;

2. Предусмотреть возможность широкого использования

высокопроизводительного оборудования, режущего инструмента и технологической оснастки;

3. Определить технико-экономические показатели работы участка.

 

2. Технические требования

 

1. Изготавливать по ЭМ Т7.92.3425.310.003.73/F.

Электронная модель изделия - набор данных, которые вместе определяют геометрию изделия и иные свойства, необходимые для изготовления, контроля, приемки, сборки, эксплуатации, ремонта и утилизации изделия. Под электронной моделью изделия подразумеваются электронная модель детали, электронная модель сборочной единицы и электронный макет.

Модель, как правило, состоит из геометрической модели изделия и произвольного количества атрибутов модели. Модель должна содержать полный набор конструкторских, технологических и физических параметров согласно ГОСТ 2.109, необходимых для разработки технологических процессов, выполнения расчетов, математического моделирования и др.

 Полнота и подробность модели  на различных стадиях разработки  должны соответствовать требованиям  соответствующих стандартов ЕСКД.

Электронная модель изделия составляет содержательную часть соответствующего электронного конструкторского документа. Реквизитную часть выполняют по ГОСТ 2.104 [1].

Исходными данными для технологического процесса обработки может быть готовая 3D модель. По готовой модели в одной из CAM-программ создаются траектории движения инструментов, задаются параметры режимов резания. Управляющие программы загружаются в системе управления станком и запускаются на выполнение [2].

Бурное развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) и соответствующего оборудования с ЧПУ в будущем поставит вопрос о полной замене бумажной документации на электронную.

2. Штамповка 1933Т3 по ОСТ 1 900-85, группа контроля 2.

В проектном варианте используется в качестве заготовки штамповка.

Требования, которым должны отвечать литые детали в процессе работы, служат критерием для контроля качества отливок: точность размеров, шероховатость поверхности, плотность, свойства металла отливок, допустимость внутренних и наружных дефектов.

Штамповки из алюминиевых и магниевых сплавов в зависимости от объема приемо-сдаточных испытаний механических свойств подразделяются на три группы:

1. штамповки, подлежащие поштучному испытанию механических свойств;

2. штамповки, подлежащие выборочному испытанию механических свойств;

3. штамповки, подлежащие испытанию только на твердость.

Контроль штамповок I и II группы по твердости в состоянии поставки осуществляется на 10 % от числа предъявляемых в партии, но не менее, чем на 3-х штамповках. Объем контроля штамповок III группы оговаривается в СТУ. Контроль штамповок II группы производят на образцах, вырезанных из тела штамповок по согласованной схеме. По соглашению сторон вместе с партией штамповок поставщик направляет потребителю вторые половины или оставшиеся части контрольных штамповок [3].

3. Технические требования на изготовление штамповок по ПИ 1.2.085-78.

Штамповками называют поковки (заготовки), полученные путем обработки металла давлением в прессах способом горячей или холодной штамповки. 

При горячем штамповании получение штамповки осуществляется при предварительном нагреве металла, что обеспечивает его большую пластичность и более легкое придание металлу любой требуемой формы. При обработке металла в прессе без его предварительного нагрева говорят о получении штамповки методом холодного штампования. Также разделяют объемную и листовую штамповку: в процессе объемного штампования получаются штамповки практически любой объемной формы, требуемой заказчику, причем в процессе обработки осуществляется одновременно формирование сразу нескольких, что обеспечивает высокую производительность данного метода получения штампованных поковок.  
Для производства объемных штамповок путем горячего штампования используется прокат круглого или квадратного профиля, предварительно нарезанный на заготовки определенного размера в соответствии с размерами штампа.

Штамповки выпускаются различной площадью проекции и массой, а также обладают большим многообразием геометрических форм. Среди наиболее востребованных штампованных заготовок присутствуют штампованные поковки следующих форм: круглые в разрезе штамповки (заготовки колес, фланцев, шестерен); удлиненной формы (валы, рычаги и пр.) или произвольной пространственной формы.  
Для улучшения эксплуатационных свойств, штамповки как заготовки будущих деталей подвергаются различного рода термической обработке (нормализации, отжигу, закалке и пр.). Полученные на выходе штамповки обязательно ультразвуковому контролю, контролю геометрических размеров, структуры металла, а также тестам свойств металла в различных температурных средах [4]. 

 

 

 

4. Предельные отклонения размеров штамповки по ОСТ 1 92082-80, класс точности 2.

Для штамповок с площадью проекции на плоскость разъемов штампов от 480 до 25 000 см2 применяются два класса точности [5]:

• класс точности 1 - для необрабатываемых поверхностей;

• класс точности 2 - для обрабатываемых поверхностей (в т.ч. при круговой обработке).

Числовые значения допусков 1 и 2 классов точности приведены в ОСТ 1 92082.

5. Разрешается изготавливать из поковки 1933 ОСТ 90073-85, группа контроля 2 без сохранения штамповочного уклона. УЗК поковки по ОСТ 1 90394-91. Калить и искусственно старить после предварительной механической обработки по инструкции ПИ 1.2.255-83, по режиму Т3. Группа контроля 2 ОСТ 1 00021-78.

В базовом варианте заготовкой для изготовления детали служит поковка. Заготовки-поковки характеризуются небольшой  шероховатостью поверхности, но большой волнистостью; повышенной твёрдостью поверхностного слоя (корки), большими величинами припусков на обработку и невысокой стоимостью; Поковка – металлическая заготовка, формируемая с помощью механического воздействия ковкой или объемной штамповкой на первичные металлические заготовки. С помощью ковки или штамповки заготовке придается требуемая форма и размеры, после чего поковка направляется на дальнейшую обработку для получения готового изделия. 

Поковки производятся двумя методами: прессовым и молотовым. Металл, как правило, реализуется в виде отливок или поковок. Из различных слитков металла можно изготовить самый разнообразные изделия после существенной обработки. Одним из видов обработки металла является ковка, благодаря которой металл приобретает пластичность и прочность. Поэтому поковки позволяют производить самые разнообразные детали достаточно сложной конфигурации. При больших объемах производства экономически выгодно изготавливать различные элементы и заготовки из поковок. При производстве небольших партий использовать ковку рационально не во всех случаях, а именно можно в простой конфигурации детали. Существует небольшой недостаток поковки — большие припуски, поэтому, бывает, полезно заменить ковку штамповкой. Однако штамповки обладают не высокой точностью. Если возникла необходимость иметь изделия с значительным классом обработки поверхности и низкими допусками на размеры — на поковки и штамповки осуществляют механическую обработку с помощью фрезерного или токарного станка. В результате обработки деталь становится качественной с определенными механическими характеристиками и высокой точностью размеров.

Ультразвуковой вид контроля - неразрушающий контроль, основанный на возбуждении в контролируемом материале упругих колебаний и анализ дальнейшего процесса распространения акустических волн. Ультразвуковой вид контроля использует волны ультразвуковых частот (более 20 кГц) и предназначен для обнаружения дефектов типа нарушение сплошности и однородности материалов в полуфабрикатах, готовых изделиях и сварных соединениях, для измерения глубины и координат их залегания, измерения толщины, измерения скорости распространения и затухания ультразвуковых колебаний в материале [6].

Данный вид контроля позволяет эффективно находить в сварных соединениях плоскостные дефекты малого раскрытия (трещины, расслоения и т.д.), плохо выявляемые радиографией. Другое преимущество УЗК - возможность контроля изделий большой толщины.

Ультразвуковые приборы делятся на дефектоскопы, толщиномеры, твердомеры.

Перед ультразвуковым контролем поверхность контролируемого объекта должна быть подготовлена следующим образом: чистота обработки контролируемых поверхностей должна быть не хуже Rz 40, волнистость не должна превышать величину 0,015 [7].

Контроль твердости по методу, указанному на чертеже или отраслевом стандарте, допускается проводить на 10% деталей, если при этом 100% деталей подвергается контролю неразрушающими методами. Испытание механических свойств проводят на образцах, вырезанных из деталей или заготовок под детали, изготовленных из того же материала, что и деталь. Допускается образцы (заготовки под образцы) изготавливать до термической обработки и термически обрабатывать их совместно с деталями. Толщина заготовок под образцы, как правило, должна соответствовать максимальной толщине детали.

6. Изготавливать по инструкции 1021-73.

 

7. Закрытые малки допускается выполнять по RRJ0000-MD-311-007.

 

 Малкой называется угол, составленный плоскостью кромки (отбортовки) детали с перпендикуляром к плоскости самой детали. Малка может быть открытой, если кромка и плоскость детали составляют тупой угол ,и закрытой, если угол острый .

8. Предельные отклонения размеров на обрабатываемые толщины (        ) мм.
9. Острые кромки скруглить радиусом 1 мм.

Выполнение требований к долговечности и безотказности изделий является

основополагающим условием в производстве и эксплуатации авиационной техники. Дефекты кромок частный случай дефектов поверхностей являются концентраторами напряжений и способствуют разрушению самих деталей и трущихся поверхностей. Известно, что кромка детали и любого другого предмета, является результатом пересечения двух поверхностей и теоретически должна представлять собой линию. Контур этой линии определён формой и взаимным расположением пересекающихся поверхностей. Реальная кромка всегда является не линией, а переходной поверхностью неправильной геометрической формы, размеры которой зависят, в том числе, от шероховатости образующих её поверхностей. Повышенная шероховатость режущих кромок инструмента и прецизионных деталей снижает их прочность. Выступы микронеровностей на кромках из-за малой их механической прочности разрушаются в начальный период работы. Впадины микронеровностей являются местом зарождения микротрещин, разрастающихся в процессе работы и приводящих к образованию сколов. В зависимости от функционального назначения деталей форма кромок может быть произвольной или со строго заданными размерами.

Обработка кромок деталей является важным процессом производственного цикла, включающая в себя такие операции: притупление кромок произвольным

радиусом, размерное скругление, очистку от заусенцев и технологических загрязнений и др. основные причины, по которым необходимо обрабатывать кромки, - функциональные, эргономические и эстетические.

1.Функциональные – это предотвращение отказов гидравлических систем, связанных с заклиниванием распределительных и регулирующих устройств, а

также повышенного износа ответственных деталей, происходящего при попадании в зазоры трущихся пар твердых металлических частиц, затруднения при сборке и позиционировании, снижение усталостной прочности и т.п. Частицы заусенцев или материала инструментов, попадая в гидравлическую либо пневматическую систему, переносятся рабочей средой по всей системе, нарушая работу наиболее чувствительных её элементов, - манжетных уплотнений, золотниковых, плунжерных пар, подшипников, зубчатых передач, деталей замков, клапанов и др.

2.Эргономические – это предотвращение  травматизма в процессе работы  и повреждения поверхностей при транспортировке.

 

3.Эстетические – улучшение товарного  вида изделий и сцепления с лакокрасочными и другими покрытиями [8].

Размерная обработка кромок в условиях производства аэрокосмической техники, в котором преобладает мелкосерийное, многономенклатурное, постоянно обновляющееся производство, представляет собой сложную задачу. Для её решения необходимо оптимизировать многочисленные взаимовлияющие факторы, характеризующие детали, оборудование и производство. Исходя из характеристики агрегатного производства необходимы универсальные методы, позволяющие обрабатывать обширную номенклатуру деталей из различных материалов, включая труднообрабатываемые, при минимальных затратах на подготовку производства, при этом должны быть исключены: образование вторичных ликвидов, шаржирование поверхностей, межкристаллическая коррозия и многие другие факторы, влияющие на безотказность, долговечность и сохраняемость изделий. Из всего многообразия методов удовлетворяют перечисленным условиям всего несколько: термохимический, термоимпульсный, ультразвуковой, струями жидкости под высоким давлением, электрохимический. Ультразвуковым методом и струями жидкости качественно очищают поверхности и кромки от микрочастиц и микрозаусенцев, а скругление кромок происходит, если при этом используют абразив. Но применение абразива приводит к шаржированию поверхностей. Электрохимический метод требует большого количества оснастки, которая окупается при обработке партии деталей более 5000 штук. Термохимический метод может быть использован на промежуточных операциях из-за последующего химического травления оксидов.

Наиболее приемлемым является термоимпульсный метод, который в сочетании с ультразвуковой очисткой поверхностей от органических загрязнений позволяет автоматизировать процессы удаления заусенцев, включая микроликвиды, и округления кромок независимо от сложности их конфигураций [9].

10. Шероховатости поверхностей указаны цветом в соответствии с СТП 02-089-05.

Шероховатости поверхности указывают цветом, т.к. вместо чертежа используется электронная модель. 

11. Неуказанные предельные отклонения размеров, допуски формы и расположения поверхностей по ОСТ 1 00022-80.

Стандарт устанавливает предельные отклонения линейных и угловых размеров, радиусов закругления, а также допуски формы и расположения гладких поверхностей элементов деталей, получаемые различными способами обработки из любых материалов, предельные отклонения и допуски на которые не проставлены на чертежах у размеров или в технических требованиях непосредственно числовыми величинами или условными обозначениями полей допусков [10].

12. Виброударная абразивная обработка по ПИ 1.4.2188-2005, кроме отверстий Ø20мм, 19мм, 16мм.

Виброударная обработка происходит в результате множества микроударов и скольжения рабочих тел по поверхности обрабатываемой детали, при их интенсивном относительном перемещении в результате приданной им относительной вибрации. При этом детали находятся в замкнутом объеме контейнера вибромашины и полностью погружены в рабочую среду, состоящую из рабочих тел и промывочной жидкости.

Использование установки позволяет:

- обеспечить  стабильное заданное положение  детали в контейнере в процессе  обработки, определяемое условиями  для равномерной, без лишних ударных  нагрузок обработки тонкостенных  деталей;

- уменьшить  трудоемкость выполнения вспомогательных  операций при виброударной обработке  путем механизации процесса настройки  на заданный угол наклона технологического  приспособления с закрепленной  в нем деталью [11].

Установка для виброударной обработки поверхностей тонкостенных деталей, содержащая контейнер для размещения обрабатываемых деталей вместе с абразивным наполнителем, смонтированный на упруго установленной раме, несущей инерционные вибраторы с валами, связанными с приводом вращения и расположенными в два ряда под контейнером по обе стороны от его центра тяжести, отличающаяся тем, что контейнер снабжен приспособлением для размещения и закрепления обрабатываемой детали, самоустанавливающимся на заданный угол обработки и выполненным в виде жесткой рамы, снабженной по обоим своим торцам расположенными вдоль оси вращения цапфами, установленными в подшипниках разъемных люнетов, закрепленных на боковых стенках контейнера, и упорами, взаимодействующими с переставляемыми штифтами, задающими угол установки рамы при различных направлениях вращения валов вибраторов и установленными в радиусных вырезах пластин, закрепленных на люнетах [12].