Технология изготовления интегральной конструкции, каркаса руля высоты, из композиционного материала

Работа выполнена согласно требований ГОСТ. Сдана на отлично. Уровень оригинальности текста на антиплагиат.ру составил более 90 ...

1 Конструктивно технологический анализ интегральных конструкций 9
1.1 Требования, предъявляемые к интегральным конструкциям 11
1.2 Технологический классификатор 16
2 Анализ технологического процесса и оснащения изготовления каркаса руля высоты 21
3 Разработка технологии изготовления каркаса руля высоты 35 3.1 Технические условия на технологию изготовления 35 3.2 Базирование заготовки каркаса руля высоты 37
3.3 Расчёт точности 39
3.4 Технологический процесс изготовления каркаса руля высоты 40
4 Проектирование технологической оснастки 48 4.1 Технические условия на проектирование приспособления для выклейки 48 4.2 Схема приспособления 49 4.3 Тепловой расчёт 50 4.4 Изготовление приспособления 51
4.5 Описание приспособления 52
5. Безопасность и экологичность 54 5.1 Анализ условий труда 54
5.2 Меры защиты от опасных и вредных факторов 58 5.3 Расчёт и проектирование общеобменной вентиляции 58 5.4 Экологичность технологии изготовления интегральных конструкций 60
5.5 Пожарная безопасность 62
6 Организационно экономическая часть 64
6.1 Организация и планирование разработки оснастки 64
6.2 Расчёт сметной стоимости проекта 67
6.3 Расчёт инвестиционных вложений в проект 69
6.4 Расчёт сметной стоимости оснастки 69
6.4.1 Расчёт сметной стоимости базовой оснастки 79
6.4.2 Расчёт сметной стоимости предлагаемой оснастки 71
6.5 Расчёт технологической себестоимости изготовления каркаса руля высоты 78
6.5.1 Расчёт базовой технологии изготовления каркаса руля высоты 78
6.5.2 Расчёт предлагаемой технологии изготовления каркаса руля высоты 83 6.6 Расчёт показателей экономической эффективности проекта 90
Заключение 93
Список источников 95

Темой дипломного проекта является «Технология и технологическое оснащение интегральных конструкций из композиционных материалов». Актуальность данной работы заключается в том, чтобы изготавливать изделия необходимого качества по минимальной стоимости и несёт в себе как научный, так и практический (производственный) эффект. Несмотря на то, что данным вопросом занимаются на протяжении десятилетий, существуют проблемы. В связи с вышесказанным необходимо заниматься данным вопросом по совершенствованию технологии изготовления интегральных конструкций.
Объектом разработки является технология и приспособление для выкладки каркаса руля высоты.
Целью данного дипломного проекта является совершенствования технологии и технологического оснащения интегральных конструкций, а именно каркаса руля высоты, достижение экономической эффективности изготовления оснастки и технологии изготовления, а также повышение объёмов производства.
Методом исследования является анализ и детальное изучение применяемого приспособления, применяемой технологии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
– провести конструктивно технологический анализ интегральных конструкций, определив необходимость совершенствования;
– провести анализ технологического процесса, изготовления каркаса руля высоты;
– разработать технологию изготовления каркаса руля высоты;
– спроектировать технологическую оснастку для выкладки;
¬¬– провести анализ условий труда, оценить безопасность и экологичность проекта;
– рассчитать стоимость базовой и предлагаемой оснастки;
– рассчитать себестоимость изготовления каркаса руля высоты;
– произвести расчёт экономической эффективности.
Перед началом выполнения работы были выдвинуты два предположения: стоимость изготовления предлагаемой оснастки ниже стоимости используемой оснастки, увеличение массы приспособления для выкладки и невозможность транспортировки.
Новизна работы заключается в разработке технологии изготовления интегральной конструкции, каркаса руля высоты, из композиционного материала. Также будет спроектирована оснастка из другого материала для изготовления интегральной конструкции каркаса руля высоты

Выкладка нижней обшивки:– на полуформе произвести выкладку выравнивающей плёнки SynSkin согласно КД. Для этого, раскроить плёнку SynSkin с защитной бумагой на необходимые для выкладки заготовки. Уложить плёнку со стороны защитной бумаги на полуформу. Отделить бумагу от плёнки по краю и зафиксировать плёнку на полуформе. Придерживая приклеенную плёнку вдоль края, отслоить бумагу между плёнкой и полуформой и постепенно приклеить плёнку к полуформе. Плёнка должна быть равномерно распределена по полуформе, не допускается наличие воздуха между плёнкой и поверхностью полуформы;– на выложенную выравнивающую плёнку SynSkin уложить молниезащитную сетку;– перед укладкой обезжирить сетку нефрасом, затем ацетоном при помощи кисти, просушить в течение 20 – 30 минут после каждой операции при температуревоздуха в помещении;– уложить сетку согласно КД и технологической документации, исключая складки и соблюдая требования КД. Зафиксировать сетку на полуформе при помощи грузов уложенных на припуски;– на поверхность сетки нанести связующее ЭДТ – 69Н, выдержать в течение двух – трёх часов при температуре воздуха в помещении;– на выложенную выравнивающую плёнку SynSkin уложить регулярные слои обшивки из углеткани УТ – 900 с учётом припусков для выкладки образцов – свидетелей и обрезки согласно чертежу;– на регулярные слои выложить накладку из УТ – 900 в зоне между нервюрой № 1 и № 15 и прокладку по передней кромке;– по передней кромке обшивки выложить накладки из препрега углеленты УОЛ – 300 – 2А и углеткани УТ – 900. Зазор между накладками и регулярными слоями в зоне подсечки по передней кромке заполнить нитями углеродными УКН – П;– выложенный пакет тщательно прикатать роликом, разгладить морщины и складки;– на выложенный пакет по осям нервюр выложить пояса из углеленты УОЛ – 300 – 2А;– встык с выложенными поясами по передней кромке уложить прокладки из углеленты УОЛ – 300 – 2А и углеленты УТ – 900;– на уложенные пояса и прокладки выложить усиления из углеленты УОЛ – 300 – 2А и углеткани УТ – 900;– на уложенные пояса, прокладки и усиления выложить накладки из углеткани УТ – 900 согласно чертежу;– выложенный пакет тщательно прикатать роликом, разгладить морщины и складки;– произвести подформовку обшивки; Изготовление заготовок накладок, усилений, поясов и других элементов нервюр:– вырезать однослойные заготовки накладок из препрега стеклоткани Т – 10 – 80 по1 штуке для нервюр № 3, 4, 6, 7, 9, 10, 15, 16, 24, 25, 30;– вырезать из препрега на основе углеткани УТ – 900 однослойные заготовки усилений по 3 штуки для нервюр № 3, 6, 9, 4, 7, 10 и по 1 штуке для нервюр № 16, 25, 2, 5, 8, 11 – 14, 17, 18;– вырезать из препрега углеткани УТ – 900 заготовки однослойных накладок по 2 штуки для нервюр № 1, 15, 16, 24, 25, 30, 2, 5, 8, 11 – 14, 17, 18;– раскроить однослойные заготовки поясов уголкового типа из препрега углеткани УТ – 900 по 2 штуки для нервюр № 1, 19 – 23, 26 – 29 и по 4 штуки для нервюр № 3, 6, 9, 4, 7, 10, 15, 24, 30, 16, 25, 2, 5, 8, 11 – 14, 17, 18;– вырезать заготовки однослойных стенок нервюр из препрега углеткани УТ – 900 по 3 штуки для нервюр № 1, 19 – 23, 26 – 29 и по 2 штуки для нервюр № 15, 24, 30, 16, 25, 2, 5, 8, 11 – 14, 17, 18;– вырезать заготовки двухслойных стенок нервюр из препрега углеткани УТ – 900 по 2 штуки для нервюр № 3, 6, 9, 4, 7, 10;– вырезать из препрега на основе углеленты УОЛ – 300 – 2А однослойные заготовки усилений по 2 штуки для нервюр № 1, 2, 5, 8, 11 – 14, 17, 18;– раскроить однослойные заготовки поясов из препрега углеленты УОЛ – 300 – 2А по 2 штуки для нервюр № 19 – 23, 26 – 29.Сборка каркаса:– на нижнею полуформу с выложенной верхней обшивкой установить съёмный базовый упор корневого сечения;– произвести подготовку поверхности вкладыша законцовки;– обернуть вкладыш фторопластовой лентой с перехлёстом 2 – 4 мм;– установить вкладыш в законцовку;– на нижнюю полуформу с выложенной верхней обшивкой установить законцовку с вкладышем, совмещая ступеньки на законцовке со ступеньками на хвостовой части обшивки;– зафиксировать положение законцовки с вкладышем на нижней полуформе с помощью упора;– выложить на оправку между нервюрами 1 – 2 заготовки обкладок стенок, уголковых усилений, прокладок и других элементов нервюр № 1, 2. Зафиксировать вкладку нитью стеклянной комплексной БС;– установить оправку между нервюрами 1 – 2 на нижнюю полуформу с верхней обшивкой. Прижать оправку к вкладышу с законцовкой и съёмкому базовому упору корневого сечения;– установить стенку нервюры № 2;– установить оправки для нервюр № 2 – 30 аналогично;– после установки всех оправок проверить положение осей силовых нервюр № 4, 24, 28 контролируя совпадения линий разметки с положением торцевых поверхностей оправок. Зафиксировать оправки меду нервюрами 3 – 4, 4 – 5, 23 – 24, 24 – 25, 25 – 26, 26 – 27, 27 – 28, 28 – 29 к нижней полуформе;– установить и зафиксировать на нижней полуформе съёмный базовый упор концевого сечения;– снять нижнюю обшивку с полуформы. Перевернуть, уложить на плоский стол, покрытый полипропиленовой плёнкой;– произвести разметку в хвостовой части обшивки места для укладки молниезащитной сетки и выравнивающей плёнки SynSkin;– на нижнюю обшивку, размеченную под установку сетки, и законцовку нанести связующее ЭДТ – 69Н и выдержать при температуре воздуха в помещении в течение двух часов до полного удаления растворителя;– установить на оправки нижнюю обшивку. Проконтролировать совпадение усилений на обшивке и подсечек на оправках с выложенными элементами нервюр, а также совпадение ступенек на обшивке со ступеньками на законцовке в хвостовой части руля высоты. Зафиксировать её положение в оснастке;– обернуть вокруг законцовки и уложить на подготовленное место в хвостовой части нижней обшивки часть молниезащитной сетки, свисающей с верхней обшивки. Перед укладкой, сетку обезжирить нефрасом, затем ацетоном при помощи кисти, просушить в течение 20 – 30 минут после каждой операции при температуре воздуха в помещении;– на поверхность сетки нанести связующее ЭДТ – 69Н, выдержать в течение двух – трёх часов при температуре воздуха в помещении;– уложить на выложенную молниезащитную сетку выравнивающую плёнку SynSkin согласно КД. Для этого, раскроить плёнку SynSkin с защитной бумагой на необходимые для выкладки заготовки. Уложить плёнку нелипкой стороной на молниезащитную сетку. Плёнка должна быть равномерно распределена на сетке, без морщин и складок. Отслоить защитную бумагу от плёнки;– на нижнюю обшивку уложить разделительную полипропиленовую плёнку;– на подсборку установить верхнюю полуформу. Зафиксировать верхнюю полуформу относительно нижней.Подготовка к формованию и формование:– покрыть выступающие части собранного пакета фторопластовой плёнкой (обшивок, нервюр и их стыковок в носовой части каркаса); – выложить дренажные слои стеклоткани Т – 13;– установить вакуумные трубки, отработанные антиадгезионным покрытием и обёрнутые 2 – 3 слоями стеклоткани;– раскроить и выклеить наружный вакуумный мешок из ткани АТОМ – 1 или ткани 500 марки А;– произвести склейку наружного вакуумного мешка с вакуумными мешками, расположенными на оправках внутренних контуров;– произвести проверку герметичности вакуумного мешка;– поместить форму со сборкой каркаса в автоклав. Используя регулировочные винты, предусмотренные конструкцией оснастки, произвести нивелировку оснастки;– подсоединить вакуумный мешок с заготовкой каркаса к вакуумной системе автоклава. При включённых вакуумных насосах вакуумная система автоклава должна обеспечить не менее 0,085 МПа;– температуру во время режима формования контролировать по термопарам, установленным на плиты оснастки со стороны выложенных обшивок и непосредственно в полость одной из оправок на расстоянии не менее 150 – 200 мм от обреза каркаса;– снять фиксаторы и ослабить крепление оправок к нижней плите оснастки. Крепление одной оправки по узлу навески каркаса оставить не ослабленным;– произвести вакуум – автоклавное формование каркаса руля высоты по режиму для связующего ЭДТ – 69Н;– разобрать форму, извлечь отверждённый каркас.В результате разработанной технологии изготовления выделяются моменты раскроя препрега, осуществляемые на лазерном станке с ЧПУ, что значительно позволяет уменьшить трудоёмкость изготовления.[7] Скорость нагрева в автоклаве при формовании увеличивается, при этом уменьшается машинное время формования. 4 Проектирование технологической оснастки4.1 Технические условия на проектирование приспособление для выклейкиПриспособление для выклейки предназначено для формования каркаса руля высоты и дальнейшего запекания изделия в автоклаве.– Приспособление должно обеспечивать выкладку и последующее формование с точностью по теоретическому контуру ± 0,5 мм и волнистостью 0,001 мм [1];– шероховатость рабочих поверхностей формовочной оснастки Ra ≤ 1,6;– раму варить ДЭС качественным швом, катет 3 мм;– рабочий контур плит выполнить по теоретическому контуру руля высоты по программе, выполненной по электронной модели с учётом КТР – 0,12% в сторону уменьшения размеров по всем направления;– обработку по программе плит производить в сборе с рамой;– плиты в сборе проверить на герметичность по технологии;– разработать программу контроля на КИМ [2] от Б.О.;– контрольные отклонения по оси лонжерона, по осям нервюр и задней стенки не более ± 0,2 мм;– установка собираемых элементов в приспособление должна выполняться вручную двумя рабочими;– все острые кромки притупить R = 2 мм;– жёсткость оснастки должна быть достаточной во всём диапазоне температур, для получения деталей, заданной формы и размеров с заданной точностью;– оснастка должна быть безопасной и удобной в работе;– размеры оснастки согласовать с рабочими размерами станков для её обработки, автоклава;– обшивка оснастки должна иметь припуск по периметру от 120 до 150 мм для установки дренажных трубок, штуцеров и вакуумной диафрагмы.4.2 Схема приспособленияРазрабатываемое приспособление обеспечивает полную увязку и создание точной конструкции, которая будет соответствовать заданным требованиям. Но из − за своей унификации возможно применение изготовления только этого типа деталей, а именно каркаса руля высоты [11]. Дорого в изготовлении так, как требует точного изготовления рабочих поверхностей. Индивидуальность оснастки накладывает определенные расходы. Схема приспособления представлена на рисунке 7.Рисунок 7 – Схема приспособленияСогласно схеме приспособления выкладка осуществляется в горизонтальном положении. Оснастка имеет 2 плиты по 5100 мм и рамы, которые образуют нижнюю и верхнюю полуформу матрицы. На плитах устанавливаются вкладыши нервюр с вакуумными мешками. Для придания формы имеются вкладыши. Стяжки служат для скрепления и удержания полуформ, и удержания герметизации. Имеются опоры, по которым происходит позиционирование полуформ друг с другом.В качестве материала используется Ст3. Этот материал дешёвый, обладает хорошим коэффициентом теплового линейного расширения, долговечен. 4.3 Тепловой расчёт приспособления В результате того, что при изготовлении каркаса руля высоты оснастка выполняется из Ст 3, а обшивка каркаса из композицонного материала, то в результате разности коэффициента линейного расширения необходимо учесть разность удлинения материалов при нагреве.Температурный коэффициент линейного расширения α:- для Ст 3 равен 12,9; [3]- для углеплатика 0,5. [12]Линейное расширение ΔL, мм определяется по формуле (1): ΔL = α · L · ΔT, (1)где α – коэффициент линейного расширения Ст 3; α = 12,9; α = 0,5; L – длина, мм; L = 1000 мм; ΔT – разность температуры нагрева, 0С; ΔТ = 110 0С.Тогда:ΔL = 12,9 · 10-6 · 1000 · 110 = 1,419 мм, ΔL = 0,5 · 10-6 · 1000 · 110 = 0,0055 мм.Таким образом, Ст3 на каждые 1000 мм расширяется на 0,15 мм; а углепластик на 0,055 мм на каждые 1000 мм. 4.4 Изготовление приспособленияИзготовление приспособления ведётся с учётом технических условий. Плиты с рамами изготовлены из Ст3. Плита представляет собой фрезерованную конструкцию на станке с ЧПУ. Рама сваривается электродуговой сваркой ДЭС качественным швом, катет 3 мм.Рама представлена на рисунке 8.Рисунок 8 – Рама Все кронштейны фрезеруются на фрезерном станке с ЧПУ, шероховатость поверхности не должна превышать Ra ≤ 1,6.Рамы с плитами устанавливается на стойки согласно чертежу.Оправку для пружин изготавливают точением. Необходимые болты изготавливаются из стали 30ХГСА. Вкладыши изготавливаются из Ст3, а размеры уточняются по ЭМ. Все элементы и детали изготавливаются согласно КД. 4.5 Описание приспособленияПриспособление для выклейки состоит из рам с плитами, линеек и формовочных приспособлений. Каркас приспособления связывает все элементы конструкции в единое целое. От его жесткости зависит точность положения всех узлов приспособления.Конструкция рамы выполнена примерно по контуру матрицы, собрана из листового металла по кромкам полок. Размеры и сечения рамы выбраны в зависимости от материала: Ст 3. Вкладыши приспособления являются главными элементами внутренних форм. В данном приспособлении линейки изготовлены цельными из плит по программе на станке с ЧПУ.При выклейки каркаса руля высоты сначала выкладывается верхняя часть обшивки. Закрепляется обшивка при помощи базовых уголков. Далее устанавливаются формовочные приспособления для создания стенок и полок каркаса. Все этапы выкладки нормированы технологией выкладки интегральных конструкций. Далее в верхней половине матрицы выкладывается нижняя часть обшивки, происходит фиксация и крепление обшивки. Формовочные приспособления необходимо смазывать специальным адгезионным средством. После выкладки верхней обшивки происходит накладывание верхней половины матрицы на нижнюю, с последующей закладкой в вакуумный мешок для создания давления прижима композитных материалов. После формовки матрица кладется в автоклав и выпекается при температуре 135 0С. Точность и взаимозаменяемость собираемых изделий определяется качеством эксплуатации приспособления в производственных цехах.В период эксплуатации приспособления не допускается нагружать фиксаторы и другие элементы его конструкции случайными нагрузками, на которые не рассчитано приспособление. Запрещается сборка деформированных деталей, так как это вызывает перегрузку фиксаторов и напряжения в собранном изделии. Приспособление должно использоваться только по его прямому назначению согласно технологическому процессу сборки.Пригодность приспособления к эксплуатации удостоверяется паспортом, в котором отражаются все изменения конструкции и отклонения по базовым размерам. В паспорт заносят также результаты контрольных испытаний приспособления во время приемки его производственным цехом и результаты его периодических проверок.Систематическое наблюдение за работой приспособления осуществляют после сборки 5 комплектов каркаса или один раз в шесть месяцев, также путем контрольной проверки точности собранных узлов и агрегатов [13].Соответствие приспособления техническим условиям проверяют также путем периодического контроля точности собираемых в приспособлении изделий. Если в процессе контроля обнаружены отклонения от установленных допусков, то производят внеочередную проверку и ремонт приспособления.5 Безопасность и экологичность5.1 Анализ условий трудаВ ходе проведения технологического процесса изготовления интегральных конструкций из композиционных материалов существуют опасные и вредные факторы, влияющие на человека и окружающую среду. Согласно ГОСТ 12.0.003-74 ССБТ определяются физические, химические, биологические и психофизиологические факторы. К физическим факторам относятся:– движущиеся машины и механизмы;– передвигающиеся материалы, детали, заготовки, изделия;– повышенная температура поверхностей оборудования;– повышенный уровень шума на рабочем месте;– повышенный уровень вибрации на рабочем месте;– недостаточная освещённость на рабочем месте;– электрический ток определённой силы;– повышенная загрязнённость и запылённость воздуха.К химическим факторам относятся:– наличие в воздухе ядовитых паров связующего;– наличие легковоспламеняющихся жидкостей.К психофизиологическим факторам относятся:– нервно– психические перегрузки;– физические перегрузки.Путём сравнительного анализа определено, что превалирующими факторами являются: повышенная температура поверхностей оборудования и рабочей среды, повышенная загрязненность воздуха, повышенный уровень шума на рабочем месте, наличие в воздухе ядовитых паров связующего и других вредных вредных веществ [14]. Повышенная температура поверхностей оборудования и рабочей среды влияют непосредственно на микроклимат на рабочем месте. Согласно нормативной документации микроклимат на рабочем месте определяется и должен соответствовать [15]. Оптимальные параметры температуры приведены в таблице 6.Таблица 6 – Температура на рабочем местеПериод годаКатегория работТемпература, 0СХолодныйЛёгкая – I а22 – 24 Лёгкая – I б21 – 23Средней тяжести – II а18 – 20Средней тяжести – II б17 – 19Тяжёлая – III16 – 18ТёплыйЛёгкая – I а23 – 25Лёгкая – I б22 – 24Средней тяжести – II а21 – 23Средней тяжести – II б20 – 22Тяжёлая – III18 – 20При регистрации температуры на рабочем месте и выявлении отклонений проводятся соответствующие мероприятия, связанные с работами для поддержания и восстановления оптимальной температуры. Неблагоприятное влияние температуры воздуха на человека является нарушением теплообмена организма и усталостью при работе. Также оказывает влияние на работу организма, в результате могут возникать заболевания человека. Повышенная загрязнённость воздуха посредством всевозможных вредных и токсичных веществ регламентируется [16] и определяется уровень предельно допустимых концентраций (ПДК). Уровень ПДК некоторых веществ, приводится в таблице 7.Таблица 7 – Предельно – допустимые концентрации вредных веществНаименованиеПДК, мг/м3Ацетон200Спирт этиловый1000Аэросил1Бензин (растворитель)100По степени воздействия на организм человека вредные вещества подразделяются на четыре класса опасности [17]:1 – чрезвычайно опасные;2 – высокоопасные;3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные.Характеристика токсических свойств сырья, готовой продукции и отходов производства представлена в таблице 8.Таблица 8 – Характеристика токсичных свойств сырьяНаименование сырьяКласс опасностиАгрегатное состояниеХарактеристика токсичности (воздействие на организм человека)Углеродная лента (ткань)4твёрдоеФиброгенное действиеЭпоксидное связующее3жидкостьРаздражает слизистые оболочки и органы дыханияПрепреги3твёрдоеРаздражает слизистые оболочки и органы дыханияАцетон4жидкостьДействует наркотическиВлияние шума на организм человека в настоящее время научно обосновано. Действуя на орган слуха, центральную и вегетативную нервные системы, а через них на внутренние органы, шум является причиной развития шумовой болезни.