Исследование процессов прецизионного формообразования сферических элементов узлов гироприборов с использованием прогрессивных методов выполнения неразъёмных соединений

• Автор: Беляев, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, КАК СРЕДСТВО ПРЕЦИЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ
1.1 Основные конструктивные элементы современных и перспективных изделий точного приборостроения
1.1.1 Тонкостенный полый ротор чувствительного элемента электростатического гироскопа (ЧЭ ЭСГ)
1.1.2 Сплошной ротор бескарданного варианта электростатического гироскопа (ЧЭ БЭСГ)

1.1.3 Датчик положения чувствительного элемента гравитационного

вариометра (ЧЭ ГВ)

1.2 Характеристики и свойства материалов узлов гироприборов

1.3 Методы реализации неразъемных соединений высокоточных элементов изделий точного приборостроения

1.3.1 Основные этапы процесса формообразования сферических узлов шроприборов

1.3.2 Особенности диффузионной сварки сферических конструкций:
1.3.2.1 Сварка тонкостенных сферических бериллиевых конструкций
1.3.2.2 Сварка сплошных сферических бериллиевых конструкций
1.3.2.3 Сварка металлокерамических узлов
1.3.3 Технологии вакуумного напыления
1.4 Особенности термомеханических параметров процесса диффузионной сварки прецизионных конструкций
ГЛАВА 2 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА
РЕАЛИЗАЦИИ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
2.1 Структурная схема решения задач повышения точности неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов
2.2 Изыскание принципов управления термомеханическими параметрами процесса
диффузионной сварки
2.2.1 Математическое моделирование процесса сварки в условиях действия
сварочного давления одноосного сжатия

2.2.2 Методы и средства обеспечения минимизации пластических деформаций осадки одноосного сжатия
2.2.3 Алгоритм технологического проектирования процесса ДСВ
2.2.4 Построение схем сварки в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы
2.2.5 Особенности диффузионной сварки деталей по сопрягаемой цилиндрической поверхности
2.3 Формообразование функциональных элементов сферических узлов гироприборов
методами магнетронного напыления и термического испарения в вакууме
2.3.1 Расчётная методика определения геометрических параметров армирующего элемента сплошного ротора
2.3.2 Принципы выбора материалов функциональных покрытий, получаемых методами вакуумного напыления
ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ
3.1 Средства обеспечения процесса реализации неразъёмных соединений элементов
изделий точного приборостроения
3.1.1 Многоцелевое оборудование диффузионной сварки
3.1.2 Установки и устройства процессов магнетронного напыления и термического испарения в вакууме
3.2 Подготовка деталей к операциям сварки и напыления
3.3 Метрология прецизионных неразъёмных соединений
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ
ВЫПОЛНЕНИЯ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СФЕРИЧЕСКИХ УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ
4.1 Диффузионная сварка тонкостенных роторов ЭСГ
4.1.1 Построение процесса сварки при деформации осадки одноосного сжатия фланцевых элементов ротора
4.1.2 Формообразование ротора в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы
4.2 Технология изготовления сплошных бериллиевых роторов БЭСГ
4.2.1 Формирование армирующих элементов на сплошном роторе
4.2.2 Технология сварки сплошного ротора с реализацией телескопического соединения посредством радиально-ориентированного давления термического натяга

4.3 Соединение узлов датчика положения ЧЭ ГВ
4.4 Технологические приёмы и методы магнетронного напыления и термического испарения в вакууме
4.4.1 Исследование параметров процессов вакуумного напыления покрытий
4.4.2 Технология нанесения износостойких покрытий на тонкостенные сферические ротора
4.4.3 Формирование на сплошном роторе токопроводящих сверхтонких покрытий
4.4.4 Напыление тонкоплёночных электродов подвеса на узлах датчика положения чувствительного элемента гравитационного вариометра
4.5 Практическая эффективность использования прогрессивных методов реализации неразъёмных соединений для повышения точности узлов гироприборов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

рабочей камере, а также метод электронно-лучевого нагрева, вследствие нерегулируемого, резко выраженного градиента температур. Хотя известна технология диффузионной сварки сферических тонкостенных роторов ЭСГ с использованием локального электронно-лучевого нагрева зоны стыка полусфер с использованием кольцевого катода [53]. Однако это техническое решение имеет частный характер, применимо только для конкретных типоразмеров полусфер и требует использования сложных пуансонов, одновременно выполняющих функцию теплоотводов.
Наиболее приемлемыми с точки зрения прецизионной сварки можно считать радиационные источники нагрева (теплопередача посредством раскалённой спирали) [31], обеспечивающие независимо от свойств материалов сварочного модуля его равномерный нагрев с заданной скоростью и минимальным градиентом температур в рабочей зоне установки.
Второй основной параметр процесса ДСВ - сварочное давление - обеспечивается посредством внешнего привода гидравлическими, пневматическими, механическими способами или термическим натягом, определяемым разностью теплофизических и физико-механических свойств материалов свариваемых деталей и элементов сварочного модуля [31].
Характерным примером использования сварочного давления, задаваемого внешним приводов, для сварки узлов гироприборов является упоминавшаяся ранее разработанная В.И. Гаврюсевым технология сварки тонкостенных роторов ЭСГ [5], где сварочные параметры - температура и давление (сварочная нагрузка) - связаны полуэмпирическими зависимостями с деформациями детали в процессе сварки. В данной технологии сварка осуществлялась за счёт передачи сварочной нагрузки посредством внешнего привода на плотноприлегающие пуансоны сварочного модуля, и, соответственно, на свариваемые детали.
Большой интерес представляет также термический натяг, обусловливаемый перечисленными выше характеристиками, температурой процесса и геометрическими параметрами элементов сварочного модуля, т.е. в процессе сварки имеется один основной контролируемый параметр — температура.
Использованию термического натяга при ДСВ уделяется большое внимание в работах Г.В. Кошошкова [54, 55], в которых рассматриваются как конструкции внутрикамерных устройств, так и методики расчёта процесса сварки. Процесс сварки в данном случае осуществляется за счёт разности ТКЛР материалов деталей и элементов сварочного модуля.
Однако требование к узлам гироприборов по точности в пределах единиц микрометра требует соответствующего уровня средств математического обеспечения и разработки специфических средств регулирования пластическими деформациями при сварке.
Помимо этого, следует отметить, что в известных решениях [5] имеет место несоответствие конфигураций и взаимной ориентации в сварочном модуле свариваемой и