Введение к работе
Актуальность темы. Создание современной ускорительной техники, например, линейных ускорителей (ЛУ) невозможно без широкого использования высоких технологий. Это сопровождается постоянным повышением требований к качеству изготовления её конструктивных элементов, которое определяется точностью выполнения геометрических размеров в заданных допусках и минимальной шероховатостью их рабочих поверхностей.
В данной работе рассматриваются вопросы, связанные с изготовлением одного из важнейших элементов ЛУ – волновых электродов ускоряюще-фокусирующего канала (УФК) линейного ускорителя ионов.
Сложность конфигурации рабочей поверхности электрода, использование труднообрабатываемого материала – бескислородной меди, повышающиеся требования к надёжности и точности параметров электрода, – всё это обуславливает потребность в более высоком техническом уровне их изготовления.
Изготовление волновых электродов из бескислородной меди представляет сложную научно-техническую задачу. Серьёзной проблемой является и процесс обработки рабочей поверхности электрода, которая имеет сложную форму. Рабочая поверхность образована движением дуги окружности постоянного радиуса вдоль оси ускорителя с продольной синусоидальной модуляцией, т. е. с переменной амплитудой и периодом волны. При обработке таких поверхностей с линейным контактом между фасонным инструментом и обрабатываемой поверхностью возникают систематические погрешности поперечного профиля, которые до настоящего времени не рассчитывались и не оценивались.
Достижение требуемых точности и шероховатости рабочей поверхности волнового электрода при фасонной обработке – актуальная задача, которая на сегодняшний день полностью не решена.
Работа выполнена в рамках программ по созданию ЛУ для медицинских и научных целей: ионная программа по созданию Начальной Части Ускорителя (НЧУ) для инжекции ионов углерода в ЛУ И-100 (приказ дирекции ИФВЭ № 54 от 12.04.2007); ЛУ-инжектор центра протонно-лучевой терапии (договор № 204-1/2007 от 01.07.2007); протокол о выполнении совместной научно-исследовательской работы ОИЯИ (г. Дубна) и ИФВЭ (г. Протвино) от 12.11.2007 г. (проект NICA/MPD).
Цель работы. Разработка процесса обработки электродов из меди марки М0б, обеспечивающего заданную точность профиля рабочей поверхности в контролируемых плоскостях и шероховатость поверхности не более Ra 0,5 мкм в продольном и поперечном направлениях.
Задачи исследований. 1. Провести конструкторско-технологический анализ конструкции изделия и обоснование выбора материала электрода.
2. Выполнить анализ действующей технологии изготовления электрода, конструкции режущего инструмента и параметров процесса фрезерования.
3. Обосновать метод обработки рабочей поверхности электрода строганием и провести экспериментальное исследование этого метода.
4. Разработать инструмент для обработки рабочей поверхности волнового электрода и экспериментально проверить его работоспособность.
5. Провести экспериментальное и теоретическое исследование погрешностей профиля, возникающих при обработке рабочей поверхности электрода.
Методы исследований. Теоретические исследования базируются на научных основах технологии машиностроения, теории резания, геометрической теории проектирования режущих инструментов, дифференциального вычисления, математической статистики. При выполнении работы применялись современные методы проектирования и оценки параметров рабочей поверхности электрода. Работа выполнена с использованием лицензионных программных продуктов «AutoCAD», «MathCAD», «PEPS».
Автор защищает. 1. Процесс строгания рабочих поверхностей волновых электродов фасонными резцами на станках с ЧПУ обеспечивающий:
- необходимую точность формы электрода;
- получение поверхности с шероховатостью в продольном и поперечном направлении не хуже Ra 0,5 мкм.
2. Результаты расчёта величин систематических погрешностей, возникающих при профилировании рабочих поверхностей электродов и методику их определения.
3. Конструкции вспомогательного и режущего инструмента для выполнения операции фасонного строгания.
4. Рекомендации по выбору скоростей резания в зависимости от величин снимаемого припуска и диапазона трансформации рабочих углов резца на направляющей линии.
Научная новизна. Предложен и обоснован процесс обработки и профилирования волновых электродов из бескислородной меди для ускоряющей структуры линейного ускорителя ионов, отличающийся от ранее используемого заменой фасонного фрезерования на более точное строгание на станках с ЧПУ с низкими (до 0,1 м/мин) скоростями резания, что позволяет устранить при резании налипание обрабатываемого материала на инструмент и повысить параметры точности и шероховатости фасонной поверхности электродов.
Практическая ценность. 1. Разработанный процесс фасонного строгания рабочей поверхности волнового электрода из бескислородной меди обеспечивает необходимые точность размеров и шероховатость обработанной поверхности. Этот процесс может также применяться при строгании точных поверхностей деталей в различных отраслях машиностроения.
2. Методика определения систематических погрешностей профиля рабочей поверхности электрода позволяет минимизировать величины погрешностей в заданных сечениях.
Реализация работы. Результаты данной работы внедрены на предприятии «ГНЦ Институт физики высоких энергий» (г. Протвино). Новая технология используется при изготовлении рабочей поверхности электродов для УФК медицинского ЛУ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ в 2004 – 2008 г. г.; Международной юбилейной научно-технической конференции «Наука о резании материалов в современных условиях», посвящённой 90-летию со дня рождения В. Ф. Боброва, (Тула, 9-11 февраля 2005 г); Международной юбилейной научно-технической конференции «Проблемы формообразования деталей при обработке резанием», посвящённой 90-летию со дня рождения С. И. Лашнева (29-31 января 2007 г.); результаты работы докладывались и обсуждались в технических комиссиях и на заседаниях научных сотрудников ИФВЭ.
Публикации. Основное содержание работы изложено в 6 публикациях.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка использованной литературы из 95 наименований и приложений. Работа содержит 159 листов машинописного текста, 53 рисунка, 35 таблиц.
