Научные основы технологии штамповки и герметизации холодной сваркой корпусных деталей воспламенителей мологабаритных систем Кузин, Владимир Федорович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Развитие машиностроения требует дальнейшего повышения технического уровня и качества машиностроительной продукции. Одним из видов машиностроительной продукции являются воспламенители малогабаритных систем на твердом топливе. Воспламенитель представляет собой навеску воспламенительного состава, герметизированную в металлическом, полимерном корпусе или перкалевом пакете. Последние; два вида воспламенителей используются при отработке двигателей, имеют меньший гарантийный срок хранения ив данной работе рассматриваться Не будут. Классифшсация воспламенителей данакарис. 1. Типы' воспламенителей с металлическим корпусом представлены на рис. 2. Технология производства таких воспламенителей является наиболее узким местом на заводах отрасли, из-за большой трудоёмкости их изготовления и большой номенклатурности изделий в условиях серийного , крупносерийного и массового производства. Согласно приказов Министра машиностроения СССР и постановлений СМ СССР от 30,08.1974г.в рамках хоздоговорных тем № 135/5, № 75-376, № 77-600/Б "Исследование, разработка и внедрение прогрессивного технологического процесса изготовления герметичных капсул с наполнителем", № 81-017/5 "Совершенствование технологического процесса производства унифицированных конструкций изделий", № 84-237/Б "Со- > Вершенствование промышленного производства алюминиевых изделий", № 86-424/6 "Совершенствование конструкций и технологии изготовления алюминиевых изделий", № 88-616 "Совершенствование конструкций и технологии изготовления алюминиевых капсул", выполненных Тульским государственным техническим университетом совместно с научно-производственным объединением "Алтай", были разработаны и внедрены на предприятиях отрасли перспективные технологические процессы производства тделийі позволившие создать новые более технологичные конструкции воспламенителей с повышенными эксплуатационными характеристиками. Корпуса и крышки воспламенителей с металлическим корпусом изготавливаются из листового материала методами обработки металлов давлением. В условиях серийного производства корпуса и крышки изготавливаются накаткой на токарных станках; при массовом производстве методами холодной штамповки на прессовом оборудовании. Разрывная мембрана (ослабление) в металлическом корпусе или крышке

Классификация воспламенителей

Воспламенители

Комбинированный корпус

Однородный корпус

Пслимєе металл

Основные технологические апзрашш производства; I - раздалка ткани, 2 - пропитка, 3 - получение корпуса.и крдаки датодом пластического форлоизмененин, 4— пробивка отверстая под Ш, 5 — штамповка Ш, 6 - лакировка, 7-*- вззшзованае, 8 ~ герметизация герметикой, 9 — герметизация язлод-

- старел; П-І - ТУ G&-I344-7I - полшзетвкрилат.; 4М — ГОСТ 13744-87 - фторопласт..

Рис. I

fetjt7/?7/i3

(3333S

Типи воспламенителей .Pa.

2>5"

а:

а - беофланцевые; б - фланцевые с утопленной крепкой;

в - флаїщеше с плоской крышкой; г - фланцевые с шпуклой

крышкой; л - флаїщеше кольцовые.

Ffcc. ' 2

для последующего инициирования воспламеьителыюго состава форсом пламени от пиропатрона, выполняется методом пробивки с последующей герметизацией перкалевыми или металлическими заглушками. Естественно, герметизация такой разрывной мембраны осуществляется вручную с использованием клеевых составов. Корпус с крышкой герметизировался всегда методом закатки на токарном станке тоже с применением герметика. Наибольшую сложность в ходе выполнения этих работ представляет создание новой технологии производства воспламенителей, позволяющей не только обеспечить наложную герметизацию корпусов на протяжении всего гарантийного cpoita хранения, но и дающей возможность создавать на её основе более перспективные конструкции изделий, производимых наиболее простыми способами холодной штамповки. Решение данной проблемы усложнялось требованием обеспечения герметичности продукции на протяжении всего гарантийного срока хранения изделий. Гарантийный срок хранения изделий колеблется от 12 до 17 лет и чаще всего ограничивается гарантийным сроком хранения воспламени-тельного состава. Хорошим воспламенительным составом является дымный ружейный порох ДРП-1. ДРП-2, ДРИ-3, КЗДП-1, КЗДІІ-2, который гигроскопичен и при содержании влаги 2% воспламеняется с трудом, а при 15% совсем не воспламеняется. До 70 - ых годов единственным способом герметизации изделий с металлическим корпусом являлся способ вакатки с использованием герметизирующих составов. Закатку вели одинарным или двойным швом с предварительным смазыванием мест' закатки герметиком. Трудоёмкость этих операций велика, технологический цикл длителен, а гарантийный срок хранения изделий невелик, так как он ограничен гарантийным сроком хранения герметиков и клеящих составов, который обычно меньше гарантийного срока хранения воспла-менительного состава. Поэтому работы по снижению трудоёмкости изделий и повышению их тактико-технических характеристик безусловно актуальны и имеют важное народно-хозяйственное вначеяие.

Цель работы. Решение актуальной научно-технической проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение и состоящей в разработке научных основ новой технологии производства средств воспламенения малогабаритных систем, позволяющей на стадии проектирования назначить все необходимые параметры технологических процессов для получения максимально надёжных изделий с заданными техническими характеристиками и дающих возможность на базе новой технологии создавать перспективные конструкции воспламенителей с цельнометалличес-

ким корпусом.

Для достижения данной цеди были поставлены и решены следующие задачи:

1. Предложена математическая модель схватывания. при холодной сварке, позволяющая, при проектировании новых технологических процессов назначать необходимые параметры, обеспечнваюїдие необходимую прочность изделий по сохранению герметичности.

1. Разработаны способы холодной сварки, позволяющие обеспечить требования по прочности на максимальное избыточное давление, вызывающее разгерметизацию полученных изделий.

2. Поставлена и решена задача о плоском пластическом течении анизотропного' и изотропного материала с различными граничными условиями.

3. Оптимизирована технология холодной сварки чзделий с разной толщиною корпуса и крышки.

4. Установлены менее энергоёмкие режимы технологии подготовки поверхностей соединяемых деталей под холодную сварку.

5. Разработана конструкция оборудования и штамповой оснастки для производства воспламенителей с герметизацией их холодной сваркой.

6. Создана новая технология производства воспламенителей, позволяющая создать перспективную конструкцию воспламенителей с цельнометаллическим корпусом.

Для решения поставленных задач было разработано и использовано следующее методическое обеспечение:

1. Разработана методика определения прочности изделия по потере герметичности.

2. Установлена минимальная степень деформации схватывания для ряда пластичных материалов в условиях плоской деформации.

3. Предложена методика расчёта геометрии инструмента и необходимых параметров технологических процессов, обеспечивающих технические требования на данную продукцию.

Автор защищает: математическую модель энергетической гипотезы схватывания, позволяющую на стадии проектирования назначать необходимые параметры процесса холодной сварки; разработанные способы холодной сварки, позволяющие в' три раза увеличить прочность полученных изделий по максимальному избыточному давлению, ' вызывающему их разгерметизацию; повысить их надёжность; увеличить гарантийный срок

{ранения и снизить трудоёмкость изготовления; метод решения задач о Плоском пластическом течении анизотропных и изотропных материалов с различными граничными условиями, что необходимо для оценки силовых режимов сварки давлением; предложенную оптимизированную технологию холодной сварки изделий с разной толщиною корпуса и крышки, позволяющую повысить коэффициент качества воспламенителя; новую, менее энергоёмкую технологию подготовки поверхностей соединяемых деталей Под холодную сварку; установленную возможность замены лакового изолирующего покрытия внутренней поверхности корпуса и крышки от восп-даменительного состава перед герметиаацией на нанесение нитрида титана вакуумной ионной имплантацией, выполняемой при проведении подготовительной операции на деталях изделия перед их наполнением и холодной сваркой; разработанную конструкцию оборудования и штампо-вой оснастки для производства воспламенителей с герметизацией их холодной сваркой.

Научная новизна. 1. Разработана математическая модель энергетической гипотезы схватывания металлов в твёрдой фазе, позволяющая назначать необходимые параметры, процесса сварки давлением на стадии проектирования. Показано, что данный подход не только даёт объяснение имеющихся экспериментальных данных, но и позволяет прогнозировать необходимые условия схватывания для ранее считавшихся неосуществимых процессов.

2. Решена задача плоского течения при сварке давлением плоско-клиновыми и плоскими пуансонами анизотропного жёстко-пластического, неупрочняющегося материала о использованием введения специальной плоскости отображения б, g(a),

3. Выполнено обобщение решения задачи плоского течения для случая, когда коэффициент трения функционально вависит от нормального напряжения. ... ' ^% .

4. Установлена зависимость предельного давления, вызывающего разгерметизацию изделия, от температуры и времени прокаливания при подготовке деталей к герметизации холодной сваркой;

5. Выявлены закономерности связи геометрии рабочей поверхности инструмента, его шероховатости и смазки на прочность герметизируемых изделий, что позволяет существенно увеличить надёжность производимой продукций при её хранении и эксплуатации.

В. Теоретические исследования влияния параметров технологичес-

ких процессов па их силовые характеристики базируются на использо
вании законов пластического течения механики деформирования твёрдо
го тела. - '

7. Предложена плоскость отображения б, g( а ), позволяющая упростить решение задачи; разработай алгоритм решения задачи плоского течения на ЭВМ. В работе нашли применение теория планирования эксперимента, математическая статистика. Так, оптимизация подготовки поверхности деталей под холодную сварку и технологии герметизации воспламенителей осуществлялась методом, крутого восхождения по поверхности отклика при обработке результатов проведения планового эксперимента.

8. В работе использовалась известная методика определения' минимальной степени деформации схватывания, развитая для плоского течения.

9. Установлена возможность замены лакового изолирующего покрытия внутренней поверхности корпуса и крышки от воспламенителыгого составз перед герметизацией на нанесение нитрида титана вакуумной ионной имплантацией, выполняемой при проведении подготовительной операции на деталях изделия перед их наполнением и холодной сверкой.

Общая методика исследований. Поставленная цель реализована путём использования теории пластического течения деформируемых тел и численных методов решения дифференциальных уравнений. Теоретические исследования влияния параметров технологических процессов на их силовые характеристики базируются на использовании законов пластического течения механики Деформированого твёрдого тела.

Предложена плоскость отображения 6, g( «'), позволяющая упростить решение задачи; разработан алгоритм решении задачи плоского течения на ЭВМ. В работе Нашли применение теория планирования эксперимента, Математическая статистика. Tat, оптимизация подготовки поверхности деталей под холодную сварку и технологии герметизации воспламенителей осуществлялась методом крутого восхождения по поверхности отклика при обработке результатов проведения планового эксперимента.

В работе использовалась известная методика определения минимальной степени деформации схватывания., развитая для плоского течения.

Практическая,ценность и реализация результатов, работы., В рабо-

те установлены деформационно-силовые параметры в зоне сварки, обеспечивающие надёжное соединение деталей, определены оптимальные параметры процесса подготовки поверхности к герметизации изделий холодной сваркой, создана и реализована технология, позволяющая получать изделия с повышенным гарантийным сроком хранения, большей надёжностью и с большим коэффициентом качества При снижении общей трудоёмкости изготовления, а также намечены пути дальнейшего совершенствования изделий.

Предложенная методика расчёта параметров технологического процесса производства воспламенителей легла в основу вновь созданного отраслевого стандарта на герметизацию изделий холодной сваркой. Спроектированные технологические процессы внедрены на НПО "Алтай", ПО "БХК", заводе "Авангард", ваводе "Енисей" с экономическим эффектом 1360750 руб. в год (в ценах 1984 года).

Разработанная технология производства воспламенителей с цельнометаллическим корпусом, герметизированным холодной сваркой, позволила создать новые, более надёжные с практически не ограниченным по корпусу гарантийным сроком хранения изделия, которые положены в основу вноеь созданного стандарта на присоединительные размеры воспламенителей. Разработано оригинальное оборудование и штамповая оснастка для производства воспламенителей во всём диапазоне отраслевого стандарта.. Способы холодной сварки с учётом граничных условий, позволяющие в три раза повысить прочность получаемых изделий, внедрены на предприятиях ГО "БХК" и НПО "Алтай". Оптимизированный способ подготовки поверхности деталей под холодную сварку внедрён, в ТГТУ при герметизации холодной сваркой капсул с микрофильмами для института "Репрография" и внедряется в производство на НПО "Алтай".

Апробация работы. Результаты исследований по теме диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях Тульского государственного технического университета ( г. Тула, 197Б-1992г.г. )j научно-технической конференций ГПИ "Совершенствование процессов и машин кувнечно-штамповочного производства" (г.Горький, 1987г. ); Всесоюзном научно-техническом семинаре (г.Тула, 1987г.)і Всесоюзной научно-технической конференции ВНИИМ (г.Москва, 1988г.).

Вклад автора в развитие теории и практики процессов герметизации изделий методами холодной сварки отмечен присуждением ему в

1979 г премии им. СИ. Мосина; серебряной медали Выставки достижений народного хозяйства в 1988 году и бронзовой медали в 1987 году.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 3 монографии, одно учебное пособие, 28 статей; подучено 10 авторских свидетельств, 1 патент РФ и 1 патент Японии.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти мав, основных выводов, списка литературы, приложения, работа содержит 224 страницы машинописного текста. В общий объем входит 71 рисунок, 21 таблица и список литературы на 196 наименований; приложение к диссертации занимает 36 страниц. Общій объем работы 260 страниц.