RU208263U1

RU208263U1 - Covering punch

Info

Publication number: RU208263U1
Application number: RU2021108373U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Федоров; Анастасия Олеговна Кошкина; Евгений Геннадьевич Карпухин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Прогрессивные авиационно-космические технологии"
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2021-12-13

Abstract

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования тонколистовых обшивок двойной кривизны самолета. Обтяжной пуансон состоит из секций, соединенных по дополнительному внутреннему ребру болтовыми соединениями, выполненному в виде ласточкиного хвоста. Обтяжной пуансон выполнен из акрилонитрилбутадиенстирола. Техническим результатом является снижение коэффициент трения при контакте наружной поверхности обтяжного пуансона с тонколистовыми заготовками из деформируемых алюминиевых сплавов. 2 ил., 1 табл.The utility model relates to the field of metal forming and can be used for shaping thin sheet skins of double curvature of an aircraft. The tight punch consists of sections connected along an additional inner rib with bolted connections made in the form of a dovetail. The tight punch is made of acrylonitrile butadiene styrene. The technical result is to reduce the coefficient of friction in the contact of the outer surface of the tight punch with thin-sheet blanks made of wrought aluminum alloys. 2 ill., 1 tab.

Description

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования тонколистовых обшивок двойной кривизны самолета.The utility model relates to the field of metal forming and can be used for the formation of double-curved thin-sheet skins of an aircraft.

Известен деревянный пуансон для формообразования обтяжкой крупногабаритных листовых деталей [А.И.Грошиков, В.А.Малафеев. Заготовительно-штамповочные работы в самолетостроении. М., Машиностроение, 1976, с.314, рис.10.25], представляющий собой монолитную конструкцию, выполненную из деревянных брусков или досок, склеенных в горизонтальной плоскости. Known wooden punch for shaping the tight-fitting large-sized sheet parts [AI Groshikov, VA Malafeev. Procurement and stamping works in aircraft construction. M., Mashinostroenie, 1976, p.314, fig.10.25], which is a monolithic structure made of wooden blocks or boards glued in a horizontal plane.

Недостатком данной конструкции является расслаивание брусков и досок по поверхностям склеивания при подъеме и перевозке пуансона, что ведет в дальнейшем к его разрушению. Данный эффект особенно проявляется при больших габаритных размерах и массе обтяжного пуансона.The disadvantage of this design is the delamination of the bars and boards along the gluing surfaces during the lifting and transportation of the punch, which further leads to its destruction. This effect is especially pronounced with large dimensions and weight of the tightening punch.

Известен составной секционный обтяжной пуансон, выполненный из отдельных секций, имеющий полую геометрию [ПИ 1.4.1854-88 НИАТ]. Секции стягиваются между собой болтовыми соединениями на опорной раме или плите. Known compound sectional tightening punch, made of separate sections, having a hollow geometry [PI 1.4.1854-88 NIAT]. The sections are pulled together by bolted connections on a base frame or plate.

Известен составной обтяжной пуансон для формообразования обтяжкой длинномерных обшивок [патент RU № 2120342, МПК B21D 11/20, опубл. 20.10.98], который выполнен из металлических секций с внутренним ребром жесткости, соединенных по продольному и поперечным стыкам, последние из которых расположены по обеим сторонам от продольного стыка и разнесены относительно друг друга, исключающей применение опорной плиты или рамы. В качестве материала таких типов обтяжных пуансонов выступает, в основном, алюминиевый сплав. Также могут быть применены другие литейные сплавы.Known composite covering punch for shaping the covering of long skins [patent RU No. 2120342, IPC B21D 11/20, publ. 20.10.98], which is made of metal sections with an internal stiffener, connected along the longitudinal and transverse joints, the latter of which are located on both sides of the longitudinal joint and spaced apart from each other, excluding the use of a base plate or frame. The material of these types of tightening punches is mainly aluminum alloy. Other casting alloys can also be used.

Недостатками данных конструкций являются необходимость применения смазки при формообразовании обшивок обтяжкой из алюминиевых сплавов, обусловленная высокими значениями коэффициента сухого трения, а также высокая трудоемкость изготовления секций, которая формируется из операций литья, сборки и механической обработки поверхности, формирующей теоретический контур внутренней поверхности обшивки.The disadvantages of these structures are the need to use a lubricant when shaping the skins with a skin made of aluminum alloys, due to the high values of the dry friction coefficient, as well as the high labor intensity of manufacturing sections, which is formed from the operations of casting, assembly and machining of the surface that forms the theoretical contour of the inner surface of the skin.

Известны способы изготовления обтяжных пуансонов [Боголюбов В.С. Формообразующая оснастка из полимерных материалов. М. Машиностроение, 1979, с. 57], включающие изготовление гипсового контрслепка, основания и сердечника из пенопласта, заливку и отверждение эпоксипласта между контрслепком и сердечником для образования продольно-поперечного каркаса и оболочки пуансона.Known methods of making tight punches [Bogolyubov V.S. Shaping equipment made of polymeric materials. M. Mechanical Engineering, 1979, p. 57], including the manufacture of a gypsum counterblade, a base and a core made of foam, pouring and curing an epoxy resin between the counterblind and the core to form a longitudinal-transverse frame and a punch shell.

Недостатками полученных по способу изготовления обтяжных пуансонов являются высокая стоимость, вследствие высокой трудоемкости изготовления контрслепка, сердечника и оболочки, а также высокой стоимости материалов: пенопласта, гипса и эпоксипласт.The disadvantages of the tightening punches obtained by the method of manufacturing are the high cost, due to the high laboriousness of manufacturing the counter-blind, the core and the shell, as well as the high cost of materials: foam, gypsum and epoxy.

Технической задачей полезной модели является снижение коэффициента трения при контакте обтяжного пуансона с тонколистовыми заготовками из деформируемых алюминиевых сплавов.The technical task of the utility model is to reduce the coefficient of friction when the punching punch comes into contact with thin-sheet blanks made of deformable aluminum alloys.

В предлагаемой полезной модели техническая задача решается путем замены материала обтяжного пуансона на акрилонитрилбутадиенстирол и использования технологии изготовления секций - моделирования методом послойного наплавления. In the proposed utility model, the technical problem is solved by replacing the material of the covering punch with acrylonitrile butadiene styrene and using the technology for manufacturing sections - modeling by layer-by-layer fusion.

Акрилонитрилбутадиенстирол имеет более низкий коэффициент трения при контакте с алюминиевыми сплавами, чем аналог из литейных алюминиевых сплавов. Секции, изготовленные по технологии моделирования методом послойного наплавления, не требуют дальнейшей механической обработки поверхности, формирующей теоретический контур внутренней поверхности обшивки, что позволяет резко снизить трудоемкость их изготовления.Acrylonitrile butadiene styrene has a lower coefficient of friction in contact with aluminum alloys than its analogue from cast aluminum alloys. Sections manufactured using the technology of modeling by layer-by-layer deposition do not require further mechanical treatment of the surface that forms the theoretical contour of the inner surface of the skin, which allows to drastically reduce the labor intensity of their manufacture.

Пример реализации полезной модели.An example of the implementation of a utility model.

Обшивка, для изготовления которой спроектирован обтяжной пуансон, имеет достаточно большие углы охвата как в продольном α=24°12’, так и в поперечном направлении β=71°. Минимальный радиус кривизны обшивки составляет 2000 мм, при толщине 2 мм. Материал обшивки - Д16. Физико-механические свойства материалов обшивки и обтяжного пуансона представлены в табилице 1.The skin, for the manufacture of which the covering punch was designed, has sufficiently large wrap angles both in the longitudinal α = 24 ° 12 'and in the transverse direction β = 71 °. The minimum radius of curvature of the sheathing is 2000 mm, with a thickness of 2 mm. Sheathing material - D16. The physical and mechanical properties of the materials of the casing and the covering punch are presented in Table 1.

Таблица 1Table 1

Наименование характеристики материалаName of material characteristics Д16
(материал обшивки)D16
(sheathing material) Акрилонитрилбутадиенстирол
(материал обтяжного пуансона)Acrylonitrile butadiene styrene
(cover punch material) Модуль упругости при растяжении E, ГПаTensile modulus E, GPa 7272 1,19-2,91.19-2.9 Плотность, г/см³ Density, g / cm ³ 2,72.7 1,01-1,211.01-1.21 Предел текучести при
растяжении, МПаYield point at
tensile, MPa 275275 18,5…5118.5 ... 51 Предел прочности при
растяжении, МПаUltimate strength at
tensile, MPa 420420 27,6…55,227.6 ... 55.2

Конструкция обтяжного пуансона представлена на фиг. 1. Обтяжной пуансон выполнен в виде секций, соединенных болтами по продольному стыку, и соединения «ласточкин хвост». При радиусах скругления закругления продольных кромок - 10 мм, поперечных кромок - 20 мм и технологических припусках на длину обтяжного пуансона - 100 мм, а на ширину обтяжного пуансона - 70 мм, габаритные размеры в плане проектируемого пуансона составили 2000×7000 мм. При этом длина каждой секции составляет 500 мм, а ширина колеблется от 400 до 500 мм. Высота каждой секции разная и зависит от кривизны обшивки в проектируемом сечении. Максимальная высота обтяжного пуансона составляет 761,5 мм. Конструкция каждой секции полая, а именно толщина стенок составляет 90 мм. Толщина стенок выбрана исходя из статического анализа конструкции обтяжного пуансона от давления, действующего на рабочую поверхность, выполненного методом конечных элементов. При подборе толщины было принято условие, что полученные деформации рабочей поверхности обтяжного пуансона не должны превышать значения 0,5 мм. Максимальное давление, действующее на рабочую поверхность обтяжного пуансона, было определено по формуле Лапласа:The design of the covering punch is shown in Fig. 1. The tightening punch is made in the form of sections connected by bolts along a longitudinal joint, and a dovetail joint. With the radii of rounding of the longitudinal edges - 10 mm, transverse edges - 20 mm and technological allowances for the length of the covering punch - 100 mm, and for the width of the covering punch - 70 mm, the overall dimensions in terms of the projected punch were 2000 × 7000 mm. Moreover, the length of each section is 500 mm, and the width ranges from 400 to 500 mm. The height of each section is different and depends on the curvature of the sheathing in the projected section. The maximum punch height is 761.5 mm. The structure of each section is hollow, namely the wall thickness is 90 mm. The wall thickness was selected based on the static analysis of the design of the covering punch from the pressure acting on the working surface, made by the finite element method. When selecting the thickness, the condition was accepted that the resulting deformations of the working surface of the tightening punch should not exceed 0.5 mm. The maximum pressure acting on the working surface of the tightening punch was determined by the Laplace formula:

(1)

(one)

где s - толщина заготовки; σ_в - предел прочности материала заготовки; r - минимальный радиус на гребне обтяжного пуансона или заготовки.where s is the thickness of the workpiece; σ _in - the ultimate strength of the workpiece material; r is the minimum radius at the ridge of a tightening punch or workpiece.

Результаты статического анализа конструкции обтяжного пуансона представлены на фиг. 2. Максимальные деформации поверхности обтяжного пуансона составляют 0,438 мм, что удовлетворяет принятым условиям. Коэффициент трения пары при контакте материалов Д16 и акрилонитрилбутадиенстирола составил 0,1…0,12. Результат получен исходя из проведенных триботехнических испытаний приведенных материалов на машине трения МТУ-01. The results of the static analysis of the punching punch design are presented in Fig. 2. The maximum deformation of the surface of the tightening punch is 0.438 mm, which meets the accepted conditions. The coefficient of friction of a pair upon contact of materials D16 and acrylonitrile butadiene styrene was 0.1 ... 0.12. The result was obtained on the basis of the tribotechnical tests of the given materials on the MTU-01 friction machine.

Claims

Tightening punch for shaping thin sheet skins of double curvature of an aircraft, consisting of sections connected along an additional inner edge by bolted joints, made in the form of a dovetail, characterized in that the sections are made of acrylonitrile butadiene styrene.