Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Металлические ленты с высокой точностью размеров из тугоплавких металлов и сплавов находят широкое применение в изделиях электронной техники. Наряду с высокими эксплуатационными свойствами эти материалы обладают и весьма низкой технологичностью, что значительно усложняет процесс получения ленты из них. Эта проблема особенно актуальна в процессах плющения проволок, при которых наблюдаются значительные неравномерности в напряженно-деформированном состоянии металла.
Одним из эффективных направлений решения указанных выше проблем является применение для изготовления лент способа горячего ультразвукового плющения в вакууме, разработанного в БГУИР. Однако проведенные к настоящему времени исследования этого процесса практически не касались вопросов точности лент, одного из основных параметров, характеризующих возможность іґх применения в изделиях электронной техники. Не проводились также и теоретические исследования вопросов точности, их взаимосвязи с другими характеристиками обработки.
Узким местом технологии ультразвукового плющения являются вопросы проектирования ультразвуковых колебательных систем, стабильность работы которых оказывает существетюе влияние на точность лент и энергоснловые характеристики обработки, а также измерительных средств для контроля параметров ультразвукового плющения.
Поэтому исследование и разработка технологии и оборудования для изготовления прецизионных лент из тугоплавких металлов и сплавов является актуальной научной и практической задачей электронной техншеи, решение которой позволит повысить функциональные характеристики и надежность ответственных электронных приборов устройств связи (МГП, ЛОВ, ЛБВ и др.), а также изделий приборостроения и других отраслей промышленности.
Связь работы с крупными программами, темами. Материалы диссертации послужили основой:
НИР, включенных в план важнейших по Белорусской ССР на 11 пятилетку в области естественных и общественных наук, в соответствии с постановлением Совета Министров БССР от 31.10.80 г. № 375 и постановлением президиума АН БССР N229 от 05.12.80г.;
НИР,-выполненной по специальному постановлению правительства СССР N406 от 06.12.1984г.;
НИР, включенной в координационный план научно-исследовательских работ АН СССР на 1986-1990 гг. по проблеме "Ультразвук";
НИР, включенной в важнейшую республиканскую комплексную программу на 1986-1990гг. "Теоретические и технолопгческие основы создания и обработки новых композиционных материалов, металлов и сплавов с особыми свойствами", утвержденную постановлением Президиума АН БССР №39 от 03.04.1986г.
Цель п задачи исследований. Основной целью данной работы является
2 разработка технологии и оборудования для ультразвукового плющения прецизионных металлических лент, на основе комплексного применения современных методов компьютерного моделировашія и экспериментальных исследований. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Теоретически и экспериментально исследовать процесс ультразвукового плющенш для выявления всех факторов, влияющих на точность металлических лент, изготавливаемых ультразвуковым плющением.
-
Разработать математическую модель процесса плющения, учитывающую упругие свойства очага деформации и влияние усилий в очаге деформации на амплитуду ультразвуковых колебаний.
-
Разработать алгоритмы и программные средства для компьютерной реализации математической модели процесса ультразвукового плющения.
-
Аналитически и экспериментально исследовать влияние параметров ультразвукового плющенш на точностные характеристики лент и определить требования к оборудованшо и оснастке для обеспечения максимальной точности изготавливаемых лент.
-
Разработать конструкцию установки и специальные измерительные системы, обеспечивающие изготовление лент с повышенными точностными характеристиками, а также технологию изготовления прецизионных металлических лент для изделий электронной техники.
Объект и предмет исследовании. Объектом и предметом исследований являются технологические процессы и оборудование для изготовления прецизионных металлических лент применяемых в электронной технике.
Методология л методы проведення исследования. Исследования проведены с широким применением методов компьютерного моделирования, а также экспериментальных методов измерения: силовых характеристик обработки (тензометрия), точности и шероховатости поверхности лент (оптичесіше и контактные методы), динамических характеристик ультразвуковых колебательных систем - с помощью специально разработанного прибора с емкостным датчиком колебаний.
Научная новизна и значимость полученных результатов:
-
Дано дальнейшее развитие теории процесса плющения. Получено математическое описание кинематики и динамики ультразвукового плющения ленты с учетом упругих характеристик материала инструментов и деформируемой заготовки.
-
Дано дальнейшее развитие теории формоизменения исходной заготовки в процессе ультразвукового плющения. Получены аналитические выражения для расчета ширины получаемой ленты в зависимости от геометрических параметров обрабатывающих инструментов.
-
Усовершенствовано математическое описание работы стержневой колебательной системы с целью учета внутренних потерь и условий закрепления. На основе этого разработана математическая модель ультразвуковой колебательной системы произвольной формы.
-
Разработана математическая модель процесса ультразвукового плющения, учитывающая влияние силового воздействия, возникающего в процессе деформирования на работу ультразвуковой колебательной системы.
Новизна обоснованных и разработанных в диссертации научных и практических решений защищена 9 авторскими свидетельствами на изобретения. Практическая значимость полученных результатов состоит:
в разработке новых высокоэффективных способов и оборудования для изго
товления металлических лент, обеспечиваклщгх экономию стратегически важ
ных и дефицитных металлов и сплавов, снижение энергозатрат, в повышении
экологической чистоты производства, производительности труда при одновре
менном увеличении качества изделий;
« в разработке алгоритмов и программных средств для комплексного моделирования процесса ультразвукового плющения, позволяющего экономить материальные, трудовые ресурсы н время при оптимизации существующих и разработке новых технологических процессов;
в разработки новых проборов и методик для измерения амплитуды ультра
звуковых колебаний источников ультразвука, что позволило решить проблему
настройки и контроля технологических режимов ультразвукового оборудова
ния.
» в установлении основных закономерностей и принципов построения технологического процесса ультразвукового плющения прецизионных лепт.
Результаты работы внедрены в производство на 3 предприятиях СНГ:
на производственном объединении «Светлана» г. Санкт-Петербург - уста
новка и технология изготовления лент для конструктивных элементов МГП;
Ф в «НИИТеплоприбор» г. Санкг-Петербург - установка для изготовления лент га нихрома для специальных нагреватслышх приборов; Ф в Научно-нсследовательском институте материалов электронной техігаки -установка для изготовления микролент in тугоплавких металлов для ЭВП специального назначения.
Разработанный прибор для измерения амплитуды ультразвуковых колебаний нашел применение на 8 предприятиях и учреждения Беларуси и стран СНГ.
Основные положения, оыпосямые па защиту: в математическое описание процесса ультразвукового плющения, учитывающее упругие свойства очага деформации и распространение ультразвуковой волны в обрабатываемой заготовке, позволяющее проводить всесторонний анализ и аналипгческие исследования влияния парпметроз плющения на точностные характеристики изготавливаемых лент;
математическую модель стержневой колебательной системы установок
ультразвукового плющения, учитывающую внутренние потери и условия за-
крепления, а также влияние силового воздействия очага деформации на ее работу;
алгоритмы и программные средства для комплексного моделирования процесса ультразвукового плющения, позволяющие проводить всесторонние компьютерные исследования процесса при мшпгмалыгых затратах времени и материальных средств, с минимальными потерями дорогостоящих материалов;
рекомендации по проектированию ультразвукового оборудования и технологических процессов изготовления металлических лент с повышенной точно-
стыо; принципы построения систем стабилизации толщины лент и амплитуды ультразвуковых колебаний в промышленных установках ультразвукового плющення, обеспечивающие требуемые для изделий электронной техники точностные характеристики лент.
Личный вклад соискателя.
В совместных работах, связанных с разработкой новых способов и устройств для измерения амплитуды ультразвуковых колебаний, опубликованных в работах [I, 6, 7,11, 14, 17] и нашедших отражение в изобретениях [25,26], автору диссертации принадлежат основополагающие идеи, определяющие сущность изобретений.
В совместных работах, связанных с разработкой новых способов н устройств для изготовления плющеных лент, нашедших отражение в изобретениях [20-24, 28], автором диссертации предложены структурные и конструктивные решения, определяющие точность получаемых изделий.
В совместных работах [3-5, 9, 35, 36], посвященных теоретическим исследованиям и моделированию процесса ультразвукового плющения, автору диссертации принадлежат идеи, определяющие механизм протекания процесса, формоизменение исходной заготовки. Разработаны методы расчета энергосиловых параметров и кинематики ультразвукового плющения, модель колебательной системы ультразвуковых установок.
В совместных работах [8, 12, 13, 15, 19], посвященных экспериментальным исследованиям процесса ультразвукового плющения, соискателем разработаны методики исследований, проведена обработка результатов и их анализ.
В совместных работах [2, 9, 10, 18, 29, 30-34], посвященных разработке способов и устройств для промышленного использования процесса ультразвукового плющения, автором проведен теоретический анализ формоизменения и геометрической точности получаемых лент, предложены конструктивные н технологические решения объектов внедрения, касающиеся ультразвуковых колебательных систем, средств измерения и автоматизации.
Апробация результатов диссертации.
Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 9 конференциях (14 докладов) в том числе на:
- 3-х Международных симпозиумах, семинарах и конференциях - 5 докладов:
-
Международный симпозиум "Прочность материалов и элементов конструкций при звуковых и ультразвуковых частотах нагружения" (Киев, 1984);
-
11 International Plansee Seminar (Австрия, 1985);
3. Международная научно-техническая конференция "Ультразвук в технологии машиностроения - 91" (Архангельск, 1991);
- 4-х Всесоюзных НТК - 6 докладов:
-
ВНТК "Прочность и пластичность материалов в звуковом поле" (Алма-Ата, 1980);
-
ВНТК "Основные направления развития ультразвуковой техники и технологии на период 1981-1990 г." (Суздаль, 1982);
-
Шестая всесоюзная научно-техническая конференция по ультразвуковым методам интенсификации технологических процессов" (Москва, 1987);
5 4. ВНТК "Новое ультразвуковое технологическое оборудование и аппаратура, опыт их применения в промышленности" (Севастополь, 1991); - 2-х Республикански научно-технических конференциях - 3 доклада;
1. Республиканская НТК "Проблемы конструирования и производства со
временной измерительной техники" (Минск, 1979).
2. Республиканская НТК "Пути совершенствования технологических
процессов и оборудования в производстве современных изделий РЭ" (Минск,
1983).
Отдельные результаты диссертационной работы были представлены в экспонате Всесоюзной выставки "Ультразвуковая вибрационная техника и технология" (Москва,1987).
По материалам диссертации опубликовано 36 работ, в том числе: 5 статей, 5 тезисов докладов международных конференций, б - всесоюзных и 3 -республикански НТК; 8 отчетоп по НИР с государственной регистрацией, 9 авторских свидетельства на изобретения СССР.
Структура п объем работы. Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, 5 глав и 2 приложений. Полный объем диссертаціні 159 стр., из которых 30 стр. занято иллюстрациями (70 илл.), 2 стр. - таблицами (2 табл.), 11 стр. - списком использовашгых источников (170 ист.); 10 стр. - приложениями.