Вафельные конструкции в РКТ

[Salo]

Зайцев Алексей Михайлович
РАЗРАБОТКА НАПРАВЛЕНИЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКИ ПРОИЗВОДСТВА ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
http://www.bmstu.ru/assets/dissertations/А.М.Зайцев_Диссертация.pdf

1.4. Применение и особенности изготовления ВКО

Обечайки с вафельной конструкцией получили достаточно широкое распространение в ракетно-космической технике. Первое промышленное применение таких обечаек в нашей стране зафиксировано в начале 1960-х годов, когда в КБ «Салют» началось производство ракет УР-200, УР-500 и УР-100.
В процессе проектирования баков этих ракет была впервые в стране предложена и реализована конструкция обечайки бака с частой сеткой подкрепляющих рёбер, получившая, впоследствии, широкое распространение в ракетостроении под названием вафельной [5].
Несмотря на существенно большую трудоемкость в изготовлении по сравнению с гладкими обечайками, обечайки с вафельной конструкцией менее чувствительны к локальным вмятинам глубиной до половины высоты вафельной панели и обладают значительно большей несущей способностью при осевом сжатии, чем равные им по весу гладкие [6]. А конструкции с
минимальной массой и максимальными прочностными характеристиками особенно актуальны для изделий ракетно-космической техники, где важен и дорог каждый килограмм выведенной полезной нагрузки на орбиту.
Топливный бак ракеты представляет собой несколько цилиндрических секторов с вафельным фоном, сваренных между собой в единый цилиндр. Сектора изготавливались чаще всего из плиты АМг6н, карманы ВКО получались методами химического фрезерования либо механической обработки (Таблица 2).
 
Применение вафельной конструкции обечайки топливных баков продолжилось и далее. Помимо УР-200 (диаметр 3000мм, толщина листа 16 мм, размер кармана 70х70мм), такая конструкция баков была применена в дальнейшем на ракете «Протон», созданной на базе УР-500 (диаметр 4100мм, толщина листа 16 мм, размер кармана 70х70мм), УР-100 (диаметр 2500мм).
В 70-х годах топливные баки с вафельной конструкцией обечайки применялись в РН «Зенит» (диаметр 3900мм, толщина листа 30 мм), а спустя 10лет в РН «Энергия» (диаметр 8000мм, толщина листа 45 мм).
Обечайки с вафельной конструкцией применялись на ракете Р-27, в топливном отсеке американской РН «SaturnV» (ступень S-IVB). В настоящее время в перспективном РН «Ангара» топливные баки также имеют такую конструкцию (диаметр 2900 мм, толщина листа 14 мм).
Кроме топливных баков ракет, есть и другие факты применения обечаек с вафельной конструкцией. В ОК «Буран» корпус модуля кабины (Рис. 1.7) состоит из оболочки, шести шпангоутов, переднего и заднего днищ, верхнего и нижнего полов и собран из панелей вафельной конструкции, изготовленных фрезерованием из плит алюминиевого сплава и соединенных автоматической сваркой [7].
Крыло самолета ТУ-144 состоит из основной и отъемных частей и имеет кессонную конструкцию с силовой нагруженной обшивкой в виде фрезерованных крупногабаритных панелей вафельной конструкции из высокопрочных алюминиевых сплавов [8].
Методы получения обечаек с вафельной конструкцией и их применяемость № Метод Точно-сть Опыт применения Материал Примечание 1 Штамповка ±3мм - - Низкая точность, высокая стоимость штампа, сложная технология 2 Химическое фрезерование ±1-2 мм Ракета Р-27, корпус Амг6 Недостаточная точность РН «Saturn V», ступень S-IVB, топливный отсек Ал. сплав 2914-Т6 3 Механическая обработка (фрезерова-ние) ±0.2 мм Самолет Ту-144, крыло РН «Протон-К», «Энергия», «Зенит», топливные баки Амг6(н) ОК «Буран», корпус модуля кабины Амг6 КК «Орион», корпус ПТК-НП, корпус 01570С 4 Электроэрози-онная обработка ±0.05 мм - - Низкая сравнительная производительность, высокая стоимость инструмента.
 
В настоящее время актуальным стал вопрос применения обечайки с вафельной конструкцией в корпусах перспективных транспортных и пилотируемых космических кораблях. Россия (Рис. 1.8, ПТК-НП) и США (Рис. 1.9, КК «Орион») разрабатывают космические корабли, корпуса которых имеют ВКО.
Применение вафельных оболочек ограничивается, с одной стороны, технологическими возможностями, с другой – предельными механическими свойствами применяемого материала. При сравнительно малых нагрузках, а также при малых габаритах оболочки расчетные размеры (толщина стенки, ширина ребер) могут получиться меньше некоторого технологического предела, уровень которого зависит от применяемого материала, способа изготовления, оснащенности и культуры производства, т.е. выполнение таких размеров может оказаться невозможным [9].
В отечественных и зарубежных литературных источниках имеются рекомендации самого общего характера по механической обработке деталей с ВКО, в частности по фрезерованию карманов, моделированию процесса и расчету параметров [10-14].
 

[Salo]

http://www.krasm.com/Files/3053-Sineva_1-2017.pdf

«ТУ ЗАВОДСКУЮ ПРОХОДНУЮ, ЧТО В ЛЮДИ ВЫВЕЛА МЕНЯ...»

В этом году Красмаш отмечает свой 85-летний юбилей. Своими воспоминаниями о работе на заводе делятся с читателями «Синевы» его ветераны. Анатолий Иванович Дубцов – Ветеран труда, участвовал в создании, освоении и внедрении технологии производства вафельных оболочек для морских стратегических ракет Красмаша. Удостоен звания «Ветеран труда Красмаша».
...
Трудовые будни

Я был направлен в один из ведущих цехов завода, где изготавливались различные оболочки элементов баковых конструкций корпуса изделия. Работая технологом, занимался разработкой и внедрением в производство технологий их изготовления, совершенствовал приёмы и методы производства, разрабатывал и внедрял прогрессивные приспособления, режущие и измерительные инструменты, позволяющие улучшить качество и снизить себестоимость деталей.
Время шло. Завод перестраивался на выпуск изделий морской тематики. А это уже совсем другая номенклатура, разительно отличающаяся от той, что делали до этого. Мне предложили возглавить техническое бюро цеха. И тут пришлось столкнуться с очень серьёзными техническими проблемами.
Дело в том, что все оболочки корпуса изделия имели так называемый «вафельный фон», т.е. облегчающие ячейки, уменьшающие вес оболочек при сохранении конструктивной жесткости и прочности. Выполнялись они методом химического фрезерования — процесса долгого и трудноуправляемого. Описывать его не буду.
В результате получались ячейки с большим разбросом размеров по толщине полотна и ширине окружающих рёбер. А это существенно отражалось на превышении веса деталей, требования к которому были весьма жёсткими. Поэтому «вгонять» оболочки в чертёжный вес приходилось выборочным местным дотравливанием, шабрением и прочими приёмами. Всё это сопровождалось многочисленными промежуточными обмерами и замерами. Доля ручного труда была огромной.
Над проблемой снижения веса оболочек вместе с нами трудились НИИ машиностроения и его филиалы. Пытались внедрить электрохимическое фрезерование ячеек, другие методы. Но все эти меры не приносили желаемых результатов. В инженерных кругах завода серьёзно обсуждался вопрос перевода выполнения ячеек на механическое фрезерование.
Я к тому времени был назначен ведущим технологом по направлению и координировал технические проработки между КБ завода, экспериментальной лабораторией и цехами. Осуществлял связь с родственными предприятиями и организациями, бывая в частых командировках.
Заводской талантливый изобретатель Павел Иванович Никитин предложил оригинальный метод фрезерования ячеек в оболочках с копированием поверхности от обратной стороны и разработал гамму специальных гидрокопировальных станков под различные формы деталей.
Изготовили серию станков, оснастили. Начались испытания. Первые же результаты оказались удачными и вселили надежду, что идём в правильном направлении. Вес деталей, сходящих со станка, снизился на треть. Значительно уменьшились затраты на дотравливание и шабрение.
Нашу идею подхватили на Южмаше. Завод выделил им четыре гидрокопировальных станка для развития этого направления в отрасли. Дело пошло.
Мы совершенствовали технологию обработки, разрабатывали специальные сверхстойкие фрезы, следили за качеством их изготовления. Мне даже приходилось заточникам, осуществляющим финишную заточку и полировку зубьев фрез, объяснять и рассказывать для чего нужны эти фрезы, режимы и условия их работы; организовывать экскурсии к местам их применения; обращаться к начальству с просьбой не поручать эту важнейшую операцию случайным людям, а выделить для этого высокоответственных работников. Одновременно с этим переводили станки с ручного на программное управление. Но проблемы оставались. Притупление острых кромок на рёбрах ячеек всё ещё выполнялось вручную.
После долгих переговоров решили вопрос с конструкторами. Они расширили допуск на фаски, а мы изготовили и внедрили уникальную фрезу, которая одновременно с фрезерованием ячеек выполняла фаски на рёбрах. Резко сократилась доля ручной доработки рёбер.
В конечном счёте, благодаря слаженной совместной работе технологов, программистов, операторов станков с ЧПУ (иначе их и не назовёшь), конструкторов, инструментальщиков добились того, что стали получать оболочки с чертёжным весом прямо на станке, без доработки.
Другая, не менее острая проблема, на протяжении многих лет лихорадила производство цилиндрических оболочек – это «Мидель». Получение стабильных диаметров затруднялось тем, что тонкостенные крупногабаритные оболочки из высоконагартованного материала на этапах изготовления давали большой разброс диаметров как в (+), так и в (-), значительно превышающий допуск – вели себя неадекватно, как сейчас принято говорить. Отклонения фиксировали, оформляли карточками разрешения на дальнейшее использование оболочек и отправляли их на сборку. Так продолжалось долго. Набиралась статистика, менялась технология, ужесточались допуски... Ничего не помогало. В наборе статистики принимали участие и представители НИИ, и КБ, и заводские службы контроля, и мы — технологи.
Наконец, на основании обширных статистических данных мною был составлен обстоятельный отчёт о проделанной работе, и вместе со статистикой направлен в головную организацию. Ждали полгода...
Пришёл ответ, в котором признавалась наша правота: было принято кардинальное решение о расширении допуска на диаметр цилиндрических оболочек. Мы откорректоровали технологию в части выходных параметров, а ужесточенные технологически допуски в промежуточных операциях на стадиях изготовления оставили без изменения, опираясь на приобретенный огромный опыт. Производство навсегда избавилось от карточек разрешения. А стыковку оболочек друг с другом при сборке осуществляли селективным методом.
Разница в периметрах допускалась не более 2 мм. Для этих целей был разработан и успешно внедрён технологический документ-рекомендация «Методика стыкуемости элементов корпуса», который существенно облегчил и ускорил подбор диаметров стыкуемых оболочек. Занимаясь вопросами производства, я параллельно на протяжении многих лет вёл по линии Отдела подготовки кадров занятия по техническому обучению молодых рабочих; производственную и преддипломную практики учащихся КМТ и студентов ВТУЗа; осуществлял руководство дипломным проектированием по родственной тематике, писал на дипломные работы Отзывы и Рецензии... И, к радости моей, все мои воспитанники защищались успешно!
Повествование своё заканчиваю словами Альберта Эйнштейна: «Образование – то, что остаётся после того, когда забывается всё, чему учили».

[Salo]

https://journal.yuzhnoye.com/index.php/stma/content_2017_2

23. Способ оптимизации массы локально нагруженных отсеков ракет вафельной конструкции
 Данченко В. Г., Шевцов Е. И., Гусев В. В.
 
Язык: Русский
 Kosm. teh. Raket. vooruž. 2017 (2); 131-136 
 
Аннотация | Полный текст (PDF)

 
 

[Salo]

http://www.krasm.com/Files/3772-Sineva_2-2019.pdf

ОДИН РАЗ ИЗМЕРЬ...
ЕЖЕМЕСЯЧНО НА КРАСНОЯРСКОМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ЗАВОДЕ ПРОВОДЯТСЯ ЗАСЕДАНИЯ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОГО СОВЕТА (НТС): ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЕНЕРАЛЬНОГО ДИРЕКТОРА ПО НАПРАВЛЕНИЯМ, РУКОВОДИТЕЛИ СЛУЖБ, МОЛОДЫЕ СПЕЦИАЛИСТЫ ЦЕХОВ И ОТДЕЛОВ СОВМЕСТНО РЕШАЮТ АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПРОИЗВОДСТВА, ИЩУТ СПОСОБЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА НА ТЕХ ИЛИ ИНЫХ УЧАСТКАХ РАБОТ, СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ И ИЗДЕРЖЕК. ТЕМОЙ ОЧЕРЕДНОГО МЕРОПРИЯТИЯ, СОСТОЯВШЕГОСЯ 19 ИЮНЯ, СТАЛ ПОИСК ВОЗМОЖНЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ КООРДИНАТНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МАШИН (КИМ) НА ЗАВОДЕ.

ЕСТЬ ПРОБЛЕМА...
Для читателей, далеких от технических аспектов, поясним, что координатно-измерительная машина – это специальный лазерный сканер на штативе. На нашем предприятии он используется для измерения толщины полотна цилиндрических
и конических обечаек с заданной в конструкторской документации (КД) точностью. При этом только с помощью КИМ можно произвести измерения определенных крупногабаритных деталей сборочных единиц (ДСЕ), а традиционные способы (например, «скобы») здесь не подходят.
Чтобы стала ясна суть проблемы, необходимо понимать, как происходит измерение толщины полотна обечаек с помощью КИМ. «Весь процесс можно разбить на несколько частей, – пояснил в ходе НТС автор доклада, заместитель начальника управления технического контроля Евгений Клипов. – На этапе сканирования за один проход машина захватывает сектор обечайки шириной в 30 градусов (или пять ячеек). В общей сложности для каждой обечайки требуется 12 сканов, которые в сумме содержат данные по толщине более 500 ячеек.
Используя штатное программное обеспечение КИМ, инженер, ответственный за измерения, выбирает 16 точек в каждой ячейке и сообщает своему коллеге отображаемую толщину полотна. Напарник вручную вносит в карту замера диктуемые данные: минимальную и максимальную толщину (если она в допуске) или все 16 значений (если они выходят за пределы допуска по КД). При этом в карту замера одной детали вносятся более 3000 (!) записей. Выявленные
отступления также фиксируются в соответствующей карте учета вручную, что тоже отнимает немало времени».
Таким образом, сканирование обечайки с использованием КИМ занимает у оператора порядка 10 часов, еще 14 часов уходит у обоих исполнителей на ручное заполнение карт замера и учета отступлений. Очевидно, что с увеличением числа обечаек затрачиваемое на их обработку с помощью КИМ время возрастает прямо пропорционально.

...НАЙДЕТСЯ И РЕШЕНИЕ
Как отметил Евгений Клипов, один из путей решения проблемы красмашевцы начали прорабатывать еще в 2018 году: именно тогда возникла идея изготовить специализированную установку для замера толщины полотна обечаек, которая функционировала бы с минимальным вмешательством человека. Специалисты отделов главного метролога, главного технолога и управления технического контроля совместно разработали техническое задание на поставку такой техники.
Свои решения заводчанам представили компания «Промышленная геодезия» (г. Санкт-Петербург, поставщик измерительных машин в России) и Сибирский государственный университет науки и технологий им. М.Ф. Решетнева.
В основе установки, предложенной вузом, – промышленный робот-манипулятор и лазерный радар, который сканирует обечайку, установленную на специальном поворотном столе. Снятые результаты измерений заносятся в компьютер.
Конструкция инженеров «Промгеодезии» предполагает сбор данных по поясам обечайки датчиками, расположенными на вильчатом кронштейне. Информация с сенсоров поступает в режиме реального времени для последующего сравнения с трехмерной моделью (эталоном), анализа результатов и вывода отчета.
Если требуется измерить коническую обечайку (а не цилиндрическую), тогда вильчатый кронштейн устанавливается под необходимым углом посредством привода.
Оба решения оказались довольно недешевыми (более 40 миллионов рублей каждое) и, как выяснилось, в полной мере не отвечали требованиям в части абсолютной погрешности измерений. «При уточнении характеристик будущих установок, а именно в части включения в техзадание наших требований по необходимой точности измерения и внесения в Госреестр средств измерений оба участника сообщили, что на этапе поставки и монтажа они не смогут этого обеспечить», – пояснил заместитель начальника УТК Евгений Клипов.
По предложению генерального директора АО «Красмаш» Александра Гаврилова специалисты завода изучили также опыт других предприятий ракетно-космической отрасли в области измерения «вафельного» фона обечаек. Выяснилось, что на сегодняшний день такие работы (помимо Красмаша) проводятся только на омском ПО «Полет» (филиал ГКНПЦ им. М.В. Хруничева) и самарском АО «РКЦ Прогресс». Причем, и на том, и на другом предприятии измерения выполняются «скобами», т.е. фактически из всех заводов космической тематики Красмаш является единственным, где применяются современные приборы для измерения толщины полотна вафельного фона.
В результате для ускорения измерений толщины полотна обечайки Красмаш решил пойти по пути автоматизации процесса заполнения карт замеров. По словам докладчика, специалистов, способных помочь в этом вопросе, начали искать не на стороне (что потребовало бы значительных материальных затрат и времени), а на самом заводе. И такой человек был найден – им оказался инженер-технолог цеха № 10 Александр Герман.

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ
Процесс по автоматизации его автор разделил на три этапа:
создание шаблонов карт замеров в AutoCAD;
развертка сканов в штатном программном обеспечении КИМ на плоскость и создание соответствующих выносок;
загрузка в AutoCAD развернутых сканов и заполнение карт замеров.
«С использованием координат из программы для станка с ЧПУ, которую пишут специалисты отдела № 102/92, в AutoCAD создается шаблон карты замеров под конкретный индекс детали, – объяснил свой метод Александр Герман. – Обратите
внимание, что данный шаблон сразу содержит в себе допуски по КД для каждой толщины полотна: зеленым цветом выделено основное полотно обечайки, синим – ячейки, имеющие большую толщину, розовым – третий уровень по толщине. Далее в ПО сканера производится развертка каждого 30-градусного скана на плоскость, и создаются соответствующие выноски для последующего анализа».
Отметим, что последние версии современных CAD-систем позволяют программировать прямо внутри приложения для создания собственных инструментов под конкретные инженерные задачи. Именно такие инструменты работник 10-го цеха и создал в программном обеспечении координатно-измерительной машины и в AutoCAD, чтобы облегчить развертку сканов и создание на них выносок.
«Развернутые сканы с выносками загружаются в AutoCAD и накладываются на ранее созданный шаблон карты замеров, – продолжил Александр Герман. – По нажатию на соответствующую кнопку в меню происходит автоматический анализ
сканов, сравнение их с допусками по КД и заполнение карты замера. При этом автоматически красным цветом выделяются размеры, которые выпали за пределы допуска по КД. Программа также маркирует синим цветом предельные размеры, которые не вышли за пределы допуска по КД. Это удобно при анализе отступлений.
Таким образом, на основе полученной карты замера автоматически создается карта учета отступлений, в которой перечисляются все вышедшие за допуски по КД размеры, с привязкой их расположения к плоскостям обечайки. Ранее все это делалось вручную».
Предложенный способ, конечно, тоже требует определенных временных вложений, но они несравнимы с первоначальными цифрами. Например, на создание одной карты замеров в AutoCAD под каждый индекс ДСЕ инженер затратит шесть часов – это разовая работа. Развертка сканов на плоскость и создание выносок, загрузка сканов в AutoCAD и заполнение карт замеров займет 45 минут – это работа исполнителя при каждом новом сканировании обечаек. Таким образом, на каждом измерении обечайки предприятие может сэкономить порядка 13 часов и исключить работу второго специалиста.
Новый метод был успешно испытан с марта по май 2019 года: проведено измерение 11 наименований обечаек. Экономия составила порядка 143 часов, а в пересчете на заработную плату двух задействованных в измерениях работников – 69 000 рублей. При текущей производительности цеха № 10 (приблизительно 110 обечаек в год), экономический эффект составит порядка 1430 часов (179 смен) или 692 000 рублей.

РАБОТА ПРОДОЛЖАЕТСЯ
Участники научно-технического совета после обсуждения одобрили предложенное решение, а также внесли в протокол заседания ряд пунктов, которые будут реализованы в ближайшее время.
В частности, специалистам, отвечающим за КИМ, поставлена задача отработать процесс двухстороннего сканирования ширины рёбер обечайки для 100% автоматического заполнения карт замера. Сейчас ширина рёбер измеряется традиционно – с использованием штангенциркуля.
Если же сканировать вафельный фон обечайки так, чтобы сканер охватывал обе стороны каждого ребра, появится возможность также автоматически проводить измерения ширины рёбер. Такое сканирование длится дольше (на 1,5-2 часа), но в сумме все равно даст соответствующую экономию во времени за счёт исключения ручного труда.
Было предложено рассмотреть и возможность приобретения еще одной координатно-измерительной машины и организовать повышение квалификации работающих на ней специалистов без отрыва от производства. «Предыдущее обучение персонала производилось при поставке КИМ на завод и включало в себя только ознакомление с базовым функционалом машины и ее программного обеспечения, – подчеркнул Евгений Клипов. – Сейчас сотрудники получили необходимый опыт и базу для углубленного изучения функционала данной техники. Более того, сложные инженерные задачи по измерениям возникают в других цехах завода, требуя соответствующих знаний».
Не забыт и автор «ноу-хау» инженер-технолог цеха № 10 Александр Герман: ему будет выплачена денежная премия, а также установлена стимулирующая надбавка к заработной плате для дальнейшей мотивации к продолжению автоматизации процесса измерений обечаек.

Владислав Горшков

[Schwalbe]

З/п на Красмаше 24 тыс.?

[Штуцер]

Как Юла делает вафельные баки.

[Штуцер]

По "Ангаре" не смотрели материалы? Там все расписано...

Спасибо . Я в курсе. Там несколько иная технология и форма.

[zero17]

фрезеровка

[zero17]

фрезеровка вафельных панелей

[zero17]

станок СВО 26 фрезеровка

[Вован]

У РН Зенит вафельная конструкция баков 2-й ступени

Вы не можете просматривать это вложение.

Вы не можете просматривать это вложение.

[zero17]

У РН Зенит вафельная конструкция баков 2-й ступени

Вы не можете просматривать это вложение.

Вы не можете просматривать это вложение.

СПАСИБО СУПЕР !!!

[zero17]

У РН Зенит вафельная конструкция баков 2-й ступени

Вы не можете просматривать это вложение.

Вы не можете просматривать это вложение.

и 1-я и 2-я ступень имеют вафельные ребра

[zero17]

вафельный фон....очень гармонично и эстетично

[Вован]

Вроде от первой ступени Зенита

Вы не можете просматривать это вложение.

Вы не можете просматривать это вложение.

Вы не можете просматривать это вложение.

[zero17]

фрезеровка на СВО 25

[Вован]

Боковой блок Энергии

Вы не можете просматривать это вложение.

[Штуцер]

Вроде от первой ступени Зенита

Откуда такой цвет??

[Штуцер]

Где то был цикл  статей Каца - прочниста ОКБ 23 по вафельной конструкции.

[Вован]

Вроде от первой ступени Зенита

Откуда такой цвет??

Грунт глиняный и коричневый

Вы не можете просматривать это вложение.