Введение к работе
В настоящее время космическому материаловедению уделяется огромное значение. В силу специфических свойств материалов, для получения в космических условиях ряда технологически сложных полупроводников, таких как арсенид галия и теллурид кадмия, необходимо создание сложной прецизионной аппаратуры.
Данные исследования диктуются повышением технологичности конструкции и - на основе их совершенствования - безотказности и долговечности рабочей камеры (РК), являющейся наиболее важным узлом зонной плавки (УЗП). Применяемые РК имеют малые габориты и большой вес, так как изготавливаются из металлических материалов; трудоемки в изготовлении, ремонте и профилактических работах, следствием чего является высокая технологическая себестоимость изделия.
РК устанавливается горизонтально и служит для размещения спекаемого материала в УЗП. Параметры температуры и вибрации, передаваемые через стенки РК спекаемому материалу, имеют широкие пределы: температура по величине изменяется от нуля до тысячи и более градусов Цельсия. Диапазоны вибрации имеют различные значения. Общее количество нагревов РК составляет от одного до десятка раз. Вибрация РК изменяется в зависимости от применяемого летательного аппарата. Особое условие - герметичность РК, которая должна быть не ниже 1.52 105 Па (1140 мм рт. ст.) РК работает в различных климатических условиях при жестких требованиях к безотказности работы не менее 5000 часов.
Основным звеном, определяющим технологичность, безотказность и долговечность РК, является ее конструкция и применяемый материал для ее изготовления.
РК, изготавливаемые из металлических материалов, выпускаются более десяти лет и будут еще некоторое время изготавливаться как для новых установок зонной плавки, так и в качестве запасных частей. Они имеют сложную конструкцию, трудоемки в изготовлении. Поэтому встала задача разработать новую технологически совершенную РК с применением бориилнта - высокочистого, химически инертного диэлектрика, обеспечивающего возможность получения материала высокой чистоты.
Анализ современных методов обработки, а также необходимость создания химической чистоты полностью исключает применение перспективных не силовых методов обработки: электорофизических, электрохимических, а также шлифование. Несмотря на большие трудности, возникающие при силовой токарной обработке (трещннообразование), этой операции отдается предпочтение в силу сохранения ранее указанных свойств борнилита для новой по классу РК.
Актуальность исследования определяется тем, что совершенствование технологии изготовления РК установки (ее основного узла), заключающееся в обеспечении высокого качества механической обработки борнилита, приводит к увеличению долговечности и безотказности
"космических" установок, что, наряду со снижением брака (трещинообразования), в конечном итоге, повышает эффективность их изготовления.
Цель и задачи исследования.
Целью данных исследований является обеспечение заданной работоспособности РК УЗП путем обеспечения требуемой точности и качества обрабатываемых поверхностей камеры, изготавливаемой из синтетической керамики - борнилита. Методика исследований разрабатывалась на базе современных научных основ технологии машиностроения, теории резания, применения современных станков и приборов. Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
-
Исследовать физические закономерности резания борнилита для оценки стойкости инструмента.
-
Исследовать влияние конструкторско-технологическнх факторов на шероховатость, точность, трещинообразованне при токарной обработке поверхности камеры.
-
Разработать технологические рекомендации для токарной обработки РК, изготовленной из борнилита.
-
Осуществить испытание РК и оценить ее надежность.
Научная новизна.
-
Подтверждена связь между качеством механической обработки РК, изготовленной из борнилита, с безотказностью и долговечностью работы УЗП.
-
Аналитическими исследованиями определена область оптимальных, по параметру качества обработанной поверхности, режимов точения материала борнилит.
-
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена гипотеза об импульсном высокочастотном характере разрушения материала при резании, на основе которой стал возможен количественный прогноз трещинообразования при точении борнилита.
-
Получены закономерности, связывающие параметры качества обработанной поверхности с большой группой конструкторско-технологических факторов процесса точения, включающих: физико-механические и теплофизические параметры обрабатываемого
материала, показатели точности и жесткости системы "станок-приспособление-инструмент-деталь", а также параметрами углов заточки резца.
5. Создана и прошла испытания в полном объеме РК, изготовленная из борнилита.
Практическая ценность работы.
Разработаные конструкторско-технологическне рекомендации позволяют осуществить высокоэффективное экспериментальное производство РК для УЗП. Определены материалы и углы заточки резцов для обработки борнилита, а также режимы обработки и класс используемых станков.
Реализация результатов работы в промышленности.
На опытном производстве Конструкторского Бюро Общего Машиностроения внедрены оптимальные режимы точения, обеспечивающие требуемую точность и шероховатость поверхности РК из материала борнилит при минимуме затрат на ее изготовление. Созданая РК прошла полный объем испытаний при безотказной работе не менее 5000 часов.
Апробация работы.
Отдельные разделы работы были доложены на научных семинарах кафедры технолопш машиностроения Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики, 1991 и 1996 г.г.; на научно-технических советах в Конструкторском Бюро Общего Машиностроения (КБОМ) в 1996 г.; на научном техническом совете в Государственном Институте Редких Металлов (ГИРЕДМЕТ) в 1996 г.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано две работы.
Объем работы.
Диссертация изложена на 132 листах машинописного текста и состоит из введения, 5 разделов, общих выводов и заключения, содержит 21 рисунок, список литературы из 57 наименований и 8 приложений на 23 листах.
