Регистрация / Вход
Прислать материал

14.574.21.0083

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.574.21.0083
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный технический университет"
Название доклада
Исследование и разработка автоматизированного технологического процесса изготовления изделий из полимерных композиционных материалов на примере створок мотогондолы двигателя самолета ИЛ-76МД-90А
Докладчик
Кудрин Алексей Михайлович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Создание современной эффективной технологии изготовления авиационных изделий из полимерных композиционных материалов на примере створок мотогондолы двигателя самолета ИЛ-76МД-90А посредством выбора оптимального материла и применения высокопроизводительного автоматизированного оборудования.
Основные задачи исследования:
- формулировка требований к конструкциям рассматриваемой категории агрегатов с учетом эксплуатационных характеристик авиационных деталей;
- формулировка требований к технологическому материала (препрегу);
- разработка технологических принципов процесса изготовления деталей из ПКМ;
- разработка технологии изготовления технологического материала в виде экспериментальных образцов ПКМАВ;
- разработка математической модели технологического процесса получения экспериментальных образцов;
- разработка технологии автоматизированной выкладки экспериментальных образцов ПКМАВ;
- построение имитационной модели технологического процесса автоматизированной выкладки;
- разработка технологии изготовления экспериментального образца створки мотогондолы двигателя из ПКМАВ;
- изготовление экспериментального образца створки мотогондолы двигателя;
- разработка технико-экономического обоснования предложений по совершенствованию технологии и освоению высокопроизводительного автоматизированного оборудования.
Актуальность и новизна исследования
Современные тенденции развития авиационной отрасли диктуют расширенное масштабное применение полимерных композиционных материалов (ПКМ), которые сочетают в себе минимально возможный вес, высокие прочностные и технологические свойства. Однако изготовление ПКМ по препреговой технологии ручной выкладкой требует большого объема работ и приводит к нестабильности технологического процесса, что значительно увеличивает трудоемкость, приводит к снижению качества изделия или к браку.
Автоматизация процесса выкладки препрега существенно улучшает качество конечного изделия, сокращает трудоемкость, технологический цикл и увеличивает коэффициент использования материала за счет высокой точности, стабильности и производительности (более 10 кг/час) технологического процесса.
В настоящее время общая доля применения композиционных материалов в качестве конструкционного материала для производства изделий и отдельных деталей воздушного судна неуклонно растет, но доля автоматизированных процессов выкладки препрегов увеличивается медленно. Уровень приобретенных российскими инженерами и технологами компетенций в последнее время достаточен для осуществления процесса перевода сложных композиционных конструкций на автоматизированную выкладку. Главным фактором, сдерживающим внедрение, является острый дефицит разнообразия технологического материала (препрега), обусловленный высокими ценами и специальными ограничениями на поставку импортных материалов, а также закрытостью отечественных разработок.
Описание исследования

Анализ научно-технической литературы, относящихся к исследованиям технологии изготовления изделий из ПКМ с применением препреговой технологии, в том числе автоматизированной выкладкой показал, что для достижения результата необходимо последовательно решить ряд научно-практических проблем:

˗   Исследовать технологию получения материала (препрега) и разработать теоретические и технологические основы изготовления технологического материала, оптимизированного для процесса автоматизированной выкладки.

˗   Исследовать технологические и практические аспекты процесса выкладки и разработать технологию автоматизированной выкладки, ориентированную на новый (отечественный) технологический материал.

˗   Исследовать конструкторско-технологические аспекты изготовления авиационных деталей из ПКМ, разработать технологию изготовления экспериментального образца детали и изготовить экспериментальный образец.

Для решения первой проблемы был разработан лабораторный технологический регламент изготовления элементарных образцов, а также Программа и методики (ПМ) исследовательских испытаний технологического процесса (ТП) изготовления образцов, в соответствии с которой путем вариации исходных материалов была разработана технология изготовления оптимального технологического материала, а также собран массив экспериментальных данных для построения математической модели ТП получения материала с заданными эксплуатационными свойствами. Разработка ПМ была ориентирована на использование пропиточного комплекса COS.T.А., исследование технических и технологических характеристик которого позволило сформулировать технологические ограничения – технологические принципы разработанного ТП.

Для решения задач исследования технологических и практических аспектов процесса выкладки был проведен анализ научно-технической литературы в части требований к конструкциям рассматриваемой категории деталей (на примере створки мотогондолы). Определена возможность выкладки в автоматизированном режиме, технические и технологические особенности комплекса автоматизированной выкладки MAG Viper 1200 – по габаритам, массе, кривизне изготавливаемых деталей, которые были формализованы в виде основных технологических принципов технологии выкладки. Теоретическая задача, решенная на этапе, заключалась в определении значений факторных параметров для построения имитационной математической модели процесса выкладки и разработке прототипа модели. Практическая – в разработке программы исследовательских испытаний, идентификации прототипа математической модели процесса и получений образцов ПКМ автоматической выкладки.

Для решения третьей проблемы на стадии изготовления экспериментальной детали – была осуществлена проверка теоретических и практических результатов предыдущих этапов. Теоретических – уточнение данных по математическим моделям процессов получения технологического материала и автоматизированной выкладки. Практических – изготовление экспериментального образца створки мотогондолы двигателя. Выбор оптимальных технологических режимов изготовления образца обусловлен результатами исследовательских испытаний, проведенных в соответствии с разработанными лабораторным технологическим регламентом и ПМ испытаний технологического процесса изготовления экспериментального образца.

По итогам проведенных ПНИР были разработаны обобщенные методики проведения входного и выходного контроля ПКМАВ, проведения физико-механических испытаний деталей из ПКМАВ, а также методика проектирования ТП автоматизированной выкладки и обрезки деталей из ПКМ.

Результаты исследования

В результате анализа научно-технической литературы в области производства ПКМ; анализа требований к конструкциям авиационных деталей с учетом эксплуатационных характеристик и анализа возможных технологий получения технологического материала, адаптированного для процесса автоматизированной выкладки формализованы основные параметры и ограничения применимости используемых технологий, сформулированы основные технологические принципы для всего семейства комплексов MAG Viper.

Разработаны лабораторный технологический регламент и программа и методика исследовательских испытаний ТП изготовления экспериментальных образцов ПКМАВ и проведены исследовательские испытания ТП.

В результате испытаний получен оптимальный технологический материал (препрег), адаптированный под процесс автоматизированной выкладки, удовлетворяющий прочностным и эксплуатационным требованиям, предъявляемых к конструкциям выбранной категории авиационных изделий и наработан массив экспериментальных данных для построения математической модели технологического процесса.

Разработана и апробирована математическая модель ТП получения экспериментальных образцов ПКМАВ с заданными эксплуатационными характеристиками.

Адаптация техпроцесса к использованию в качестве исходных материалов связующего отечественного производства и армирующего наполнителя в виде однонаправленной безутковой ленты позволило сократить стоимость 1 м2 технологического материла (препрега) в 2 раза по сравнению с аналогом (ВКУ-25 производства ФГУП «ВИАМ»).

Разработаны лабораторный технологический регламент и программа и методика исследовательских испытаний процесса автоматизированной выкладки экспериментальных образцов ПКМАВ и проведены исследовательские испытания ТП автоматизированной выкладки.

В результате испытаний получено подтверждение правильности выбора технологического материла в качестве оптимального, показавшего одинаково высокие прочностные характеристики (в сравнении с ручной выкладкой), и высокую технологичность дальнейшей переработки материала для заправки комплекса автоматизированной выкладки. Определен комплекс управляющих параметров, оказывающих наибольшее воздействие на результаты процесса автоматизированной выкладки, позволивший построить математическую модель технологического процесса выкладки. Результаты математического моделирования обеспечили безусловное выполнение требований к механическим свойствам образцов.

Разработаны лабораторный технологический регламент и программа и методика исследовательских испытаний автоматизированной процесса изготовления экспериментального образца створки мотогондолы двигателя и проведены его исследовательские испытания. Изготовлены экспериментальные образцы – створки мотогондолы двигателя ИЛ-76МД-90А.

Исследовательские испытания позволили определить оптимальный технологический режим для изготовления створки мотогондолы и сделать вывод о применимости разработанной технологии для изготовления подобных – аналогичных изделий, соответствующих выбранному классу авиационных агрегатов. По итогам испытаний разработаны технические требования на ПКМАВ, обеспечивающие наилучшие технологические свойства для автоматизированной выкладки.

По результатам ПНИР разработан целый комплекс методических указания по контролю ПКМАВ и проектированию технологических процессов и оснастки.

 

Практическая значимость исследования
Разработанная технология получения детали из полимерного композиционного материала с применением автоматизированной выкладки на примере створки мотогондолы самолета ИЛ-76МД-90А позволит внедрить технологический процесс изготовления типовых деталей для многослойных деталей и деталей сотовой конструкции, имеющие плоскую конфигурацию, незначительную одинарную или двойную кривизну.
Разработанная технология (после доработки, вызванной освоением высокопроизводительного автоматизированного производства для других классов авиационных изделий) является основой для внедрения представленного технологического процесса в производство. Реализованный проект делает весомый научно-технический и технологический задел для реализации задач перевода производства в автоматизированный режим на других авиационных предприятиях.
Основные эффекты от внедрения:
- Разрабатываемые технологические процессы могут обеспечить сокращение цикла изготовления изделия в среднем на 30 %.
- Расчетная производительность увеличилась на 40 %.
- Все результаты адаптированы к производственным условиям ПАО «ВАСО».
В рамках проекта разработаны проект ТЗ по теме: «Разработка технологии изготовления створок мотогондолы двигателя самолета ИЛ-76МД-90А из ПКМАВ с использованием автоматизированного оборудования для выкладки, формования и обрезки» и технико-экономическое обоснование предложений по совершенствованию технологии и освоению высокопроизводительного автоматизированного оборудования. Индустриальным партнером предполагается проведение НИОКТР и внедрение разрабатываемых технологий в технологических процессах всего спектра изготавливаемой номенклатуры.