Конструкция вакуумного гибкого приспособления для обработки тонкостенных деталей.

0 Предисловие

Вакуумные приспособления широко используются при обработке тонкостенных деталей, например, вакуумная зажимная система, разработанная SCHMALZ (Schmalz), которая подходит для обработки тонкостенных металлических деталей с плоским дном и большой площадью. В ответ на проблему зажима тонкостенных конструктивных элементов, таких как обшивка самолетов, в последние годы появились многоточечные гибкие приспособления, такие как многоточечная гибкая инструментальная система TORRESTOOL испанской компании M.Torres. Это приспособление можно использовать для фюзеляжей самолетов, крыльев и других крышек самолетов. Обрезка кромок и сверление и фрезерование кожи. Пекинский университет аэронавтики и астронавтики установил цифровую систему испытания на растяжение обшивки самолетов на основе реконфигурируемых гибких многоточечных форм, которая использовала технологию автоматического создания дополнительной поверхности CAD цифровой модели обшивки самолета. Одной из мер, принятых AVIC Harbin Aircraft Industry Group Co., Ltd. для борьбы с деформацией больших тонкостенных деталей, является разработка вакуумного приспособления для обработки как передней, так и задней части. Конструкция этих вакуумных приспособлений обеспечивает эффективный метод контроля деформации обработки и точности обработки тонкостенных компонентов.

Поверхность типичного тонкостенного компонента самолета состоит из множества полостей. Толщина перемычки этих небольших полостей составляет менее 1 мм в самом тонком месте, структура сложная, а форма и размер изменчивы. В таких конструктивных элементах обычно нельзя использовать вышеупомянутые вакуумные зажимы, а если используется специальный вакуумный зажим, существует множество типов и количества зажимов, и универсальность зажимов не может быть гарантирована. В данной статье разработан набор вакуумных гибких приспособлений для обработки тонкостенной конструкции всей стеновой панели, а также изучено влияние конструкции присоски и толщины пластины на тонкостенную конструкцию. .

1 Конструкция вакуумного гибкого приспособления

Тонкостенные компоненты самолета показаны на рисунке 1. Поскольку полотно тонкое, оно легко деформируется под действием осевой режущей силы инструмента во время обработки. Поэтому к каждому полотну добавлен набор вакуумных гибких зажимов, которые могут обеспечивать равномерное зажимное усилие и эффективно поддерживать полотно. Конструкция вакуумного гибкого приспособления показана на рисунке 2.

Рисунок 2 Вакуумная гибкая конструкция приспособления

Принцип работы вакуумного гибкого зажима: когда давление масла не подается, зажим находится в расслабленном состоянии; после начала подачи масла поршень поднимается, и пружина плунжера заставляет присоску подниматься, пока она полностью не соприкоснется с заготовкой; затем коническая втулка перемещается вниз под действием давления масла. Стальной шарик создает большую радиальную силу на втулку, тем самым создавая сильную удерживающую силу на плунжер; наконец, герметичная полость вакуумируется с помощью вакуумного насоса для создания равномерного прижимного усилия в области адсорбции, и обрабатывается заготовка. После этого сделайте воздухонепроницаемую полость сообщением с атмосферой, чтобы ослабить заготовку. Гибкое вакуумное приспособление легко устанавливается и самоадаптируется. Нет необходимости вручную регулировать высоту присоски. Для перегородок с полостями разного размера можно заменять только компоненты, расположенные над приспособлением для вакуумного отсоса.

2 Создание конечно-элементной модели

В случае одинаковой величины резания и метода резания закон деформации полотна аналогичен. Здесь для анализа берется только определенная веб-структура. Упрощенная геометрическая модель зажима показана на рисунке 3. Уплотнение выполнено из резины, а материал мягкий. Деформация полотна при обработке незначительна. Следовательно, трехмерная модель уплотнения игнорируется при моделировании методом конечных элементов, и распределенная нагрузка q применяется к соответствующей области заготовки вместо отрицательного давления. Выберите q=55 кПа. Чтобы присоска не разрезала заготовку из алюминиевого сплава, в качестве материала присоски используется алюминиевый сплав. Параметры материала заготовки и присоски приведены в таблице 1.

Созданная 3D-модель импортируется в программное обеспечение для анализа методом конечных элементов, 8-узловой шестигранный элемент C3D8R используется для сцепления опорной плиты и заготовки, а также уточняется сетка зоны контакта между опорной пластиной и заготовкой. Чтобы требовать точных результатов для решения смещения, выбран интегральный элемент линейной редукции; стенка выдерживает изгибающий момент при расчете сил, и по меньшей мере 4 элемента должны быть разделены по направлению толщины. Нижняя поверхность перемычки заготовки и верхняя поверхность присоски определяют Surface Intact, атрибут контакта установлен на кулоновское трение, а коэффициент трения равен 0,09. При применении граничных условий нижняя поверхность присоски и выступающие части левого и правого концов цельной рамы накладывают фиксированные ограничения.

Анализ влияния конструкции 3-х присосок на тонкостенные детали

Использование вакуумных гибких зажимов для поддержки полотна, то есть добавляется жесткая опора, и получается равномерно распределенное прижимное усилие, тем самым улучшая жесткость заготовки во время обработки. Если расчет силового анализа выполняется для всех точек на полотне, объем расчета относительно велик, поэтому для анализа моделирования выбираются только некоторые опорные точки. Всего 7 контрольных точек от A до G выбираются из центра верхней поверхности полотна слева.

Возьмите D=40 мм, D1=8 мм, D2=50 мм, a=80 мм, толщину пластины h=2 мм, оставшуюся толщину пластины 5 мм, и загрузите амплитуду в диапазоне диаметров Φ1 мм для каждого эталона. точка При переменной нагрузке 100 Н и прочих неизменных условиях нормальная деформация полотна с использованием вакуумного гибкого приспособления в качестве вспомогательной опоры и без него моделируется с помощью программного обеспечения конечных элементов.

На рис. 4 (а) показаны сила и деформация полотна, вызванные нагрузкой, приложенной в различных контрольных точках, когда в качестве опоры нет вакуумного приспособления. Кривые 1-7 на рисунке представляют нагрузку, вызванную отдельной нагрузкой в ​​контрольных точках от A до G. Смещение в направлении Z в каждой точке стенки; На рис. 4 (b) показаны сила и деформация полотна, вызванные нагрузкой, приложенной в различных контрольных точках, когда в качестве опоры используется вакуумное приспособление. Кривые 1-7 на рисунке представляют контрольные точки соответственно. Смещение каждой точки полотна в направлении Z, вызванное отдельной нагрузкой от A до G.

Из рисунка 4 видно, что с вакуумными приспособлениями в качестве опоры и без них смещение узла в центре полотна в направлении Z больше, чем смещение других узлов; в случае вспомогательной опоры - перемычка. Смещение узлов в центральной области в направлении Z значительно уменьшается по сравнению с состоянием без опоры. Когда нагрузка прикладывается к опорным точкам A, B, C и D, смещение узла в направлении Z, вызванное на стенке, обычно больше, и чем ближе к нагрузке, тем больше смещение в направлении Z узла узел. Чем ближе силовая зона находится к стенке рамы, тем меньше общая деформация, и смещение в направлении Z максимального узла в силовой зоне также уменьшается.

Анализ влияния толщины листа 4 на деформацию стенки

Чем меньше толщина тонкостенной детали, тем слабее ее способность противостоять деформации. В процессе обработки легко произвести" явление отпускания ножа" и дребезжание из-за режущего действия. Когда гибкое вакуумное приспособление используется в качестве вспомогательной опоры, а другие условия такие же, как в предыдущем разделе, для анализа выбираются различные толщины полотна. Таблица 3 перечисляет максимальное смещение узлов по оси Z в каждой опорной точке в зависимости от толщины.

Из таблицы 3 видно, что, когда толщина h пластины составляет 3 мм и 4 мм, смещение узлов в направлении Z в каждой контрольной точке полотна обычно меньше. Это связано с увеличением толщины полотна и большей жесткостью; Когда толщина h=2 мм, смещение узла, вызванное силой в центральной области перемычки, значительно увеличивается, а смещение узла в направлении Z увеличивается, когда перемычка подвергается напряжению в других контрольных точках. При небольшой толщине полотна необходимо увеличить вакуумный гибкий зажим.

5 Улучшение конструкции присоски

Из раздела 4 видно, что для того же набора присосок, когда толщина перемычки становится меньше из-за большей толщины уплотнительной полости относительно перемычки, жесткость перемычки недостаточна, и узел Смещение в направлении Z значительно увеличивается. В ответ на вышеупомянутые проблемы предлагаются следующие меры по улучшению: уменьшить граничное расстояние вакуумной камеры, разделить ее на несколько вакуумных камер и одновременно увеличить диаметр присоски. Усовершенствованная упрощенная модель зажима показана на рисунке 5. Остальные условия такие же, как и в разделе 4, расчет методом конечных элементов выполняется на полотне. На рис. 6 показана деформация полотна, вызванная нагрузкой, приложенной в различных контрольных точках, когда в качестве опоры используется усовершенствованный вакуумный отсос. Кривые 1-7 на фиг.6 соответственно представляют смещение в направлении Z каждой точки полотна, вызванное отдельной нагрузкой в ​​контрольных точках от A до G.

Из рисунков 4 и 6 видно, что после улучшения конструкции присоски смещение узла перемычки в направлении Z значительно уменьшается, когда центральная область полотна загружается; при этом величина смещения узла в центральной области полотна в основном такая же, что более эффективно, чем до улучшения. улучшать.

6. Заключение

Разработан новый тип вакуумного гибкого зажима, представлена ​​его основная конструкция и принцип работы. По сравнению с обычными вакуумными зажимами, он обладает большей универсальностью, подходит для обработки различных типов полостей и позволяет значительно сократить количество специальных зажимов.

Программное обеспечение для анализа методом конечных элементов используется для численного моделирования общей деформации полотна, когда полотно подвергается напряжению в различных точках. Исследование показывает, что вакуумное приспособление как вспомогательная опора для тонкостенных деталей может эффективно улучшить деформацию тонкостенных деталей. Для полотна следует добавить вспомогательные опоры, чтобы уменьшить деформацию полотна, а граничное расстояние вакуумной камеры не должно быть слишком большим.