Введение к работе
Актуальность темы. Авиация России - это единый оборонный и
народнохозяйственный комплекс, который включает в себя
государственную, гражданскую и экспериментальную авиацию,
авиационную науку, промышленность, инфраструктуру и систему
подготовки кадров. В соответствии с концепцией развития авиации РФ
наличие мощной современной военной и гражданской авиации России,
авиационной науки и промышленности является свидетельством
стабильного экономического положения, гарантом национальной безопасности и способствует укреплению международного престижа страны.
Одной из главных задач является повышение качества авиационной техники и её всестороннее развитие при ограничении ресурсных потребностей, что в значительной степени связано с дальнейшим ростом уровня электрификации летательных аппаратов (ЛА), повышением требований к надежности, качеству электрической энергии и весовым характеристикам бортовых систем электроснабжения.
Анализ систем электроснабжения отечественных и зарубежных ЛА показывает, что в настоящее время монопольное положение занимают системы электроснабжения (СЭС) переменного тока 115/200 В постоянной частоты 400 Гц. Реализация новых научно-технических идей, технологий и материалов позволили обеспечить достаточно высокий уровень функциональной эффективности и в основном удовлетворить требования, предъявляемые к СЭС ЛА военного и гражданского назначения. Отечественные авиационно-космические электрические - машины переменного тока обладают высокими показателями удельной массы и составляют величину до 0,63 кг/кВА не уступая зарубежным аналогам, у которых лучшие образцы имеют величину показателя до 0,60 кг/кВА.
В соответствии с основными направлениями военно-технической
политики России значительно повышаются требования, предъявляемые к
боевым авиационным комплексам и воздушным судам гражданской
авиации, вследствие чего существующие показатели удельной массы
авиационных электрических машин не удовлетворяют перспективным
конструктивно-схемным решениям разработчиков ЛА и их бортового
оборудования, что' обуславливает актуальность работ, по увеличению
удельной мощности и снижению веса авиационных электрических машин.
Особенностями современного авиамашиностроения являются постоянное
увеличение мощности и производительности выпускаемых
электродвигателей, генераторов, агрегатов, приборов и изделий. Наиболее
перспективными являются бесщеточные высокооборотные
магнитоэлектрические электромашины (БВЭ). В связи с этим исследования и разработка современных конструкций, технологических процессов
изготовления магнитоэлектрических роторов, наиболее важных узлов бесщеточных высокооборотных магнитоэлектрических машин, является весьма актуальной проблемой для современного производства агрегатов летательных аппаратов.
В результате этого наблюдается постоянный рост потребления высокоэнергетических магнитов, металлов и сплавов с более высокими механическими и специальными характеристиками, обработка которых традиционными методами формообразования, основанными на резании, затруднена, а во многих случаях экономически нецелесообразна.
В АКБ «ЯКОРЬ» за последние годы выполнены комплексные научно-исследовательские работы в области разработок новых технологий, оборудования, теоретических проблем производства изделий авиационной техники, в том числе крупные научно-исследовательские работы по разработке, исследованию и внедрению в промышленность прогрессивных технологических процессов, специального оборудования для размерных комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, в которых автор принял непосредственное участие в качестве ведущего специалиста.
Результаты работы явились технологической основой освоения и внедрения в серию конструкций электромашин с электромагнитными узлами (ротора, статора из высококоэрцитивных литых сплавов и редкоземельных постоянных магнитов), а также стимулировали создание на более высоком уровне новых схемных и конструктивных решений магнитоэлектрических роторов электрических машин, организацию и освоение новых изделий в серийном производстве для авиакосмической техники.
Цель работы состоит в разработке высокопроизводительных
ресурсосберегающих технологических процессов изготовления
современных конструкций роторов магнитоэлектрических машин, позволяющих изготавливать магнитоэлектрические агрегаты летательных аппаратов, обеспечивающие современные тактико-технические данные изделий, за счет создания и реализации эффективных конструктивных и технологических решений по применению комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки (КЭФЭХ МО) и композиционных материалов (КП) с металлической матрицей.
Для достижения поставленной цели в работе решалась научная задача по определению параметров и технологических режимов процессов и методов оптимального управления производством для обеспечения максимальной производительности и экономии материальных и энергетических ресурсов.
В качестве теоретической базы исследований в работе использованы методы математического анализа с учетом достижений теории комбинированных электрофизических и электрохимических методов
обработки, теории абразивной обработки, теории резания, теории пайки, теории сварки и технологии машиностроения. Для количественной оценки влияния технологических факторов на основные дифференциальные характеристики разрабатываемых технологических процессов применялись математическое моделирование на основе многофакторного анализа и планирования эксперимента, оптимизация в условиях неопределенности. Научная новизна работы заключается в следующем: На основании комплекса теоретических и экспериментальных исследований, внедрения результатов в производство решена важная народнохозяйственная проблема разработки процессов изготовления магнитоэлектрических роторов на основе высококоэрцитивных и редкоземельных магнитов и получены новые научные результаты:
-
Закономерности проявления синергетических эффектов в комбинированных электрофизических и электрохимических методах обработки профильных поверхностей постоянных магнитов магнитоэлектрических машин.
-
Закономерности протекания комбинированных процессов при неаддитивности съема металла в субтрактивных средах с перекрестным массовым автокаталитическим взаимодействием составляющих, приводящим к возникновению мигрирующих микрозон обработки с проявлением механохимических эффектов, которые увеличивают производительность изготовления магнитоэлектрических роторов вдвое.
-
Моделирование формы контактирования абразивных зерен профильного дискового электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью для процесса многопроходного комбинированного электроабразивного шлифования.
-
Метод изготовления ротора магнитоэлектрической машины путем наплавлення на внутреннюю поверхность заготовки немагнитного материала, например мельхиора, до образования втулки с последующей обработкой сегментов и образованием пазов из периферийных участков втулки. Данный метод позволяет создавать высокоскоростные магнитоэлектрические машины.
-
Метод изготовления полиметаллических «бандажных» элементов конструкции магнитоэлектрических роторов, состоящих из ферромагнитных и диамагнитных компонентов.
-
Метод изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин путем нанесения пленочного полимерного материала, расплавляемого при термообработке, антиадгезионной пленки и термоусаживающегося материала. Данный метод позволяет упрочнять бандажи электрических машин в условиях работы при динамических нагрузках.
-
Исследованы возможности изготовления «бандажных» элементов роторов с использованием композиционных
непрофилированных бор-углеродных нитей для изготовления
перспективных конструкций магнитоэлектрических роторов, что в дальнейшем может служить основой для совершенствования и повышения эффективности магнитоэлектрических машин летательных аппаратов.
Достоверность результатов определяется использованием
теоретически обоснованных и проверенных практикой фундаментальных положений методов математического анализа с учетом достижений теории комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, теории абразивной обработки, теории резания, теории пайки, теории сварки и технологии машиностроения, многофакторного анализа и планирования эксперимента, оптимизации в условиях неопределенности. Научные положения и практические рекомендации результатов работы обоснованы опытно - промышленными испытаниями и внедрением в опытное и серийное производство разработанных технологических процессов.
Практическая ценность работы.
1. Разработаны и внедрены в производство следующие универсальные технологические процессы:
комбинированное электроэрозионно-электрохимическое
разрезание заготовок постоянных магнитов, обеспечивающие сокращение технологического цикла создания новых изделий в 1,5-2 раза, улучшение их технологичности при повышении производительности труда в 3-5 раз и одновременном снижении отходов заготовок магнитов в брак в 1,5-Зраза;
комбинированное электроабразивное шлифование профильных
поверхностей постоянных магнитов из перспективных
высококоэрцитивных сплавов с направленной кристаллизацией зерен,
редкоземельных самарий-кобальтовых магнитов, что позволило создать и
освоить производство современных магнитоэлектрических изделий:
генераторов серии АГ-0,25, АГ-0,25Д, СГК; высокооборотных
электромашинных преобразователей серии ПТ, ПТО, ПО;
электродвигателей и тахогенераторов серий МП, МА, ТАГ, отличающихся
высокими удельными массо-энергетическими характеристиками для
современных авиакосмических объектов моделей ТУ, МИГ, СУ, Як,
Буран; источников питания электрической энергией бортовой аппаратуры
зенитных ракет комплексов типа 5П55; ряда систем спецтехники военного
назначения, со значительным выигрышем в массе и габаритах (1,4. ..2 раза),
обладающие высокой надежностью, ресурсом, при повышении
производительности обработки магнитов в 3...4 и более раз, сокращении
брака в 2...3 раза; изготовление магнитоэлектрических роторов, статоров
магнитоэлектрических машин с заданными характеристиками;
технология изготовления полиметаллических бандажей повышенной
прочности с высокими точностными параметрами границ зон
ферромагнетика и диамегнетика для изготовления сборных
магнитоэлектрических роторов на основе магнитов с направленной кристаллизацией зерен и редкоземельных магнитов;
технология сборки, обеспечивающая высокое качество
изготовления магнитоэлектрических роторов и статоров из высококоэрцитивных сплавов для ряда магнитоэлектрических машин серий ГС-3, ГС-ЗРМ, МП-3, МП-ЗС, МП-1, АГ-0,25 и др.
2. Результаты работы автора в области комбинированных
электрофизических и электрохимических методов обработки
магнитоэлектрических роторов, их компонентов, технологические
процессы сборки роторов, изготовления полиметаллических бандажных
обойм для роторов, получили внедрение в АКБ "Якорь", КЭМПО им.
Лепсе, МНПО "Коммунар", СЭГПО, УАПКО, ТЭМЗ, ММЗ "Маяк" и на
других предприятиях страны со значительным экономическим эффектом в
сфере производства.
3. Разработка новых оригинальных технологий комбинированных
электрофизических и электрохимических методов обработки
способствовала своевременному решению важных народно-хозяйственных
проблем создания агрегатов ЛА на соответствующем современном научно-
техническом уровне.
На защиту выносятся:
1. Методика исследования технологических процессов изготовления
роторов магнитоэлектрических агрегатов, включающая:
математическую модель и алгоритм оценки параметров
технологического процесса формообразования поверхности
комбинированными методами обработки;
математическую- модель и алгоритм выбора технологического режима комбинированного элекгроабразивного шлифования и электроэрозионно-электрохимического разрезания литых постоянных магнитов.
-
Метод изготовления сборных безобмоточных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов.
-
Метод изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин.
-
Рекомендации по выбору технологий изготовления элементов конструкций роторов электрических машин на основе композиционных материалов и покрытий.
Апробация работы. Основные результаты технологических исследований,
разработок в области производства современных магнитоэлектрических
машин докладывались на симпозиумах, всесоюзных, отраслевых,
межвузовских, республиканских конференциях, научно-технических
семинарах, координационных совещаниях, коллегиях министерства, на
Всесоюзных и Всероссийских конференциях по электрофизическим,
электрохимическим и комбинированным методам обработки,
в том числе: "Эхо-80", "Эхо-86" в городах Туле (ТПИ-1980 г., 1986 г.); в Кишиневе (1989 г.); в Уфе (УАИ - 1983 г., 1988 г.); в Казани (1983 г.) на Всесоюзных конференциях по высококоэрцитивным сплавам и постоянным магнитам в Новочеркасске (1985 г.), научно-технических конференвдмх МАТИ, НИАТа, ЭНИМСа, НИИДа, НИТИ, УкрНИИССМИ, Института электрохимии АН СССР и других организаций, предприятий, институтов, на ВДНХ СССР, на МДНТП в городах Москве, Киеве, Тюмени, Пензе, Перми, Запорожье в период с і 980 по 2000 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ; получено 12 авторских свидетельств на изобретения, 4 работы находятся в печати в материалах Международного симпозиума «Якоби-2000», который состоится в мае 2001 года.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 158 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 24 рисунка, библиографический список, включающий 184 наименования.
