Обтяжной пуансон

Полезная модель относится к области обработки металлов давлением и может быть использована для формообразования тонколистовых обшивок двойной кривизны самолета.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Технической задачей полезной модели является снижение коэффициента трения при контакте обтяжного пуансона с тонколистовыми заготовками из деформируемых алюминиевых сплавов.
В предлагаемой полезной модели техническая задача решается путем замены материала обтяжного пуансона на акрилонитрилбутадиенстирол и использования технологии изготовления секций - моделирования методом послойного наплавления.
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.
Пример реализации полезной модели.
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.
Таблица 1
Наименование характеристики материала
Д16(материал обшивки)
Акрилонитрилбутадиенстирол(материал обтяжного пуансона)
Модуль упругости при растяжении E, ГПа
72
1,19-2,9
Плотность, г/см<sup>3</sup>
2,7
1,01-1,21
Предел текучести прирастяжении, МПа
275
18,5…51
Предел прочности прирастяжении, МПа
420
27,6…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:
(1)
в
где s - толщина заготовки; σ - предел прочности материала заготовки; r - минимальный радиус на гребне обтяжного пуансона или заготовки.
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.