автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Исследование процессов прецизионного формообразования сферических элементов узлов гироприборов с использованием прогрессивных методов выполнения неразъёмных соединений

7+

На правах рукописи БЕЛЯЕВ Сергей Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПРЕЦИЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРЕССИВНЫХ МЕТОДОВ ВЫПОЛНЕНИЯ НЕРАЗЪЁМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Специальность 05Л1.14- Технология приборостроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 /> СЕЯ

Санкт-Петербург - 2009

003477745

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - ОА «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «'Электроприбор» и Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образован! «Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологи механики и оптики»

Научный руководитель (консультант) д.т.н. Щербак Александр Григорьевич,

Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Валетов Вячеслав Алексеевич

К.Т.Н., профессор Догадин Александр Владимирович

Ведущая организация: ОАО "Центр технологии судостроения и судоремонта"

Защита состоится 20 октября 2009 г. в 15 ч. 30 мин. на заседании диссертационно совета Д.212.227.04, в Государственном образовательном учреждении высшс профессионального образования «Санкт-Петербургском государственном универсктс информационных технологий, механики и оптики» по адресу: 197101, Санкт-Петербу Кронверкский пр., д.49, ауд. 461.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образователми учреждения высшего профессионального образования «Санкт-Петербургск! государственного университета информационных технологий, механики и оптики»

Автореферат разослан 28 августа 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета к.т.н., дпцент

Киселев С.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Создание новых и перспективных изделий точного приборостроения, в том числе различного рода гироскопических приборов, связаны с возможностями и уровнем развития средств технологического обеспечения процесса их изготовления в условиях, когда усложняется форма рабочих поверхностей деталей и повышаются технические требования по точности изделия. Важное место в технологии изготовления узлов точного приборостроения занимает реализация неразъемных соединений, включая и такой прогрессивный метод, как диффузионная сварка в вакууме (ДСВ).

Общие положения и теоретические основы ДСВ, как способа реализации неразъёмных соединений, были разработаны Н.Ф. Казаковым и получили развитие в исследованиях Г.В. Конюшкова, Э.С. Каракозова, И.И. Метёлкина, P.A. Мусина и других авторов. Проблемы повышения точности сварки рассматривались в трудах Г.В. Конюшкова, В.А. Бачина, В.И. Гаврюсева, А.Г. Щербака.

Перспективы развития и совершенствования гироприборов связаны, в первую очередь, с повышением точности изготовления входящих деталей и узлов до уровня единиц и десятых долей микрометра. При этом на финишной стадии изготовления современных и перспективных узлов операции сварки могут сочетаться с другими операциями, например, вакуумного напыления, обеспечивающими формирование различного рода функциональных элементов.

Примерами изделий, в которых имеют место взаимосвязанные процессы ДСВ и вакуумного напыления, могут являться: тонкостенный бериллиевый ротор электростатического гироскопа (ЭСГ), на сферическую оболочку которого, полученную посредством ДСВ по плоскости разъема двух полусфер, после балансировки с точностью до сотых долей микрометра осуществляется нанесение износостойкого покрытия; сплошной бериллиевый ротор бескарданного варианта электростатического гироскопа (БЭСГ), повышение точности и улучшение параметров балансировки которого связано с реализацией качественно новой технологии его формообразования посредством выполнения армирующего элемента с помощью методов вакуумного напыления с последующей ДСВ заготовок и сферообразованием; керамические роторный и сгаторный элементы датчика положения (ДП) чувствительного элемента гравитационного вариометра (ЧЭ ГВ), на полусферических рабочих поверхностях которых формируется требуемый рисунок тонкоплёночных электродов с последующей ДСВ датчика положения с узлом подвеса прибора.

Возможные направления работ по повышению точности узлов гироприборов связаны с исследованием комплексного влияния факторов и условий выполнения взаимосвязанных технологических операций ДСВ и вакуумного напыления на прецизионность узлов.

Обеспечение точности узлов на уровне единиц и десятых долей микрометра носит проблемный характер, поскольку требует более глубокого исследования процессов ДСВ и напыления, а также учёта целого ряда факторов различной значимости. Сюда можно отнести и параметры сварочного модуля, в котором обеспечиваются условия для протекания процессов сварки, и параметры термомеханического цикла ДСВ, и особенности предшествующих и последующих операций прецизионного формообразования изделия с использованием процессов вакуумного напыления.

Возможные технические решения по оценке комплексного влияния параметров и условий выполнения взаимообусловленных технологических операций ДСВ и вакуумного напыления на прецизионность узлов гироприборов связаны с проблемами согласования общей совокупности и последовательности операций диффузионной сварки и напыления.

Это определяет актуальность, важность и практическую потребность проведения анализа и исследований происходящих процессов, оценки и согласования параметров и факторов таких взаимосвязанных технологических операций как ДСВ и вакуумное напыление, при формообразовании прецизионных сферических узлов с точностью на уровне единиц и десятых долей микрометра.

Цель работы. Целью диссертационной работы являлась разработка и практическая реализация комплексной технологии выполнения неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов методами диффузионной сварки в вакууме, сочетающихся с операциями вакуумного напыления, для повышения точности неразъёмных соединений.

Научная новизна.

1. Разработана математическая модель процесса ДСВ в условиях прецизионного деформирования с осадкой одноосного сжатия элементов, определяемого давлением термического натяга, с расчётом суммарной величины деформации элементов в системе сварочного модуля.

2. Разработан алгоритм технологического проектирования прецизионной ДСВ, включающий выявление и анализ постоянных, производных и переменных параметров сварочного модуля и термомеханического цикла сварки и последующий синтез их согласованной совокупности с выявлением управляющих технологических факторов, обеспечивающих заданные величины деформации осадки одноосного сжатия свариваемых деталей.

3. Сформулированы принципы и положения, на основе которых разработаны расчетная методика и технологическая схема ДСВ, обеспечивающие минимизацию сварочных деформаций деталей посредством управления параметрами термомеханического цикла сварки с перераспределением деформаций между элементами сварочного модуля.

4. Выявлена совокупность технологических методов и средств и обосновано использование

установленной эмпирической зависимости для корректировки формы прецизионных сферических узлов в процессе ДСВ в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы.

5. Разработаны методики расчета параметров сварочного модуля и деформаций свариваемых деталей при ДСВ узлов в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к оси цилиндра при сварке цилиндрической заготовки сферического ротора.

Практическая значимость.

1. Разработаны комплексные технологические процессы изготовления узлов гироприборов, включающие совокупность операций ДСВ и вакуумного напыления с точностью изготовления узлов от единиц до десятых и сотых долей микрометра.

2. Разработана схема практической реализации изготовления качественно новой конструкции сплошного ротора БЭСГ с формированием армирующего элемента посредством вакуумного напыления и последующей ДСВ телескопического соединения заготовок ротора.

3. Разработаны общие принципы и технологическая схема финишной корректировки электрофизических свойств поверхности и величины дисбаланса сплошных роторов БЭСГ посредством напыления сверхтонких токопроводящих покрытий толщиной (100-1000) А.

4. Разработаны технологические схемы ДСВ прецизионных узлов с определением диапазонов варьирования параметров сварки применительно к реальным узлам таких гироприборов, как ЭСГ и ЧЭ ГВ с деформациями сварных узлов на уровне единиц микрометра.

5. Разработан и изготовлен комплекс качественно новых устройств и приспособлений для магнетронного и термического напыления и ДСВ различных узлов гироприборов.

Реализация результатов работы.

Технологические процессы и средства оснащения внедрены в производство с обеспечением конструкторской и технологической документацией. Совокупность технических решений позволила повысить точность изготовления тонкостенных роторов ЭСГ, расширить диапазон типоразмеров используемых заготовок.

Создана и внедрена в производство принципиально новая конструкция сплошного ротора БЭСГ и технология его изготовления.

Разработанные технологии ДСВ и напыления использованы при создании узлов ротора и статора ДП ЧЭ ГВ, позволяющего на качественно новом уровне решать проблемы сейсмологии, геодезии, геологоразведки и т.д.

Апробация работы. Отдельные положения диссертации докладывались и обсуждались на IV международном Конгрессе «Машиностроительные технологии», Варна, Болгария, 2004 г.; на XXIV, XXV и XXVI конференциях памяти Н.Н. Острякова. СПб, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор» (2004 - 2008) г.г.; на V, VI, VII, VIII, IX, X и XI конференциях молодых ученых «Навигация и управление движением» СПб; ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор» (2004 - 2008) г.г.; на XVII научно-технической Конференции молодых учёных и специалистов, г. Королёв, Московская область, 2005 г.;

Публикации. Основные результаты работы изложены в 14 статьях, отчетах по НИОКР и докладах на конференциях и защищены 2 патентами РФ, внедренными в производство. Ряд статей был опубликован при поддержке РФФИ в рамках работ по проектам № 06-08-61068 и №08-08-12032.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 154 страницы сквозной нумерации, в том числе 62 рисунка, 41 формула, 17 таблиц, список использованной литературы: 85 источников на 6 страницах.

На защиту выносятся следующие научные положения и практические результаты: -средства математического обеспечения технологии ДСВ, включая моделирование и расчетные методики процессов прецизионного деформирования;

-алгоритм технологического проектирования процесса ДСВ узлов гироприборов; -технологические схемы, методы и приемы прецизионной сварки с минимизацией сварочных деформаций в условиях действия сварочного давления термонатяга;

-совокупность технических решений по созданию принципиально новой конструкции и технологии изготовления сплошного ротора БЭСГ;

-технологические способы и методы корректировки свойств поверхности и функциональных характеристик сплошного ротора на уровне сотых долей микрометра;

-введение и обоснование эффективности использования новых контролируемых параметров, связанных с симметрией сварочных деформаций, и разработка способов управления ими, позволяющие улучшить условия балансировки роторов;

-комплексные технологические процессы реализации неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов с использованием операций вакуумного напыления и ДСВ, включая комплекс качественно новых устройств и приспособлений.

Содержание работы.

Во введении обоснованы актуальность работы, приведены положения, раскрывающие научную новизну и практическую значимость. Сформулированы цель, основные положения, выносимые на защиту, и перечислены основные задачи для достижения поставленной цели.

Первая глава включает аналитический обзор по современному состоянию вопроса технологии изготовления неразъемных соединений прецизионных узлов гироприборов с использованием методов ДСВ и вакуумного напыления, с анализом конструктивных особенностей входящих деталей и сборочных единиц, свойств используемых материалов и оценкой перспективных направлений экспериментально-исследовательских работ по повышению точности изготавливаемых изделий. Представлена схема основных этапов финишного формообразования конкретных изделий, в которой в различной последовательности чередуются операции нанесения тонкопленочных покрытий и ДСВ. При этом характерной особенностью приведенных технологических процессов является то, что требования по точности выполнения предшествующей операции могут быть значительно выше, чем последующей. Показана взаимообусловленность таких операций, как ДСВ и вакуумное напыление, и необходимость комплексных подходов к решению проблемы повышения точности узлов, рассматривая эти операции как единый технологический цикл.

Детально рассмотрены средства технологического обеспечения процесса ДСВ применительно к сферическим конструкциям, и обоснованы преимущества использования в качестве одного из инструментов для повышения точности свариваемых деталей расчетно-принудительного деформирования, определяемого термическим натягом, создаваемым в системе сварочного модуля.

Во второй главе изложены элементы теории, принципы и условия построения процесса ДСВ сферических узлов гироприборов. Представлена структурная схема разработки комплексной технологии ДСВ, основанная на выявлении совокупности признаков процесса ДСВ высокоточных узлов, систематизации известных и прогрессивных технологических приёмов и преобразовании их в упорядоченную последовательность действий, с определением взаимосвязей и внутренней иерархии элементов схемы. В целом схема учитывает выявленные на основании аналитического обзора перспективные направления работ по повышению точности изготавливаемых изделий и позволяет объективно определить приоритеты при выборе технологических приемов и методов.

В соответствии с элементами структурной схемы, связанными с решением задач минимизации сварочных деформаций при ДСВ в условиях деформирования с осадкой одноосного сжатия фланцевых элементов, определяемого давлением термонатяга, на примере сварки заготовок ротора ЭСГ, показанном на рис. 1, были сформулированы следующие исходные условия:

1. Формирование величины суммарной пластической деформации в системе сварочного модуля 2е= бс + ед + е„ (стяжек Ее, пуансонов е„ и деталей £д) заведомо избыточной по сравнению с требуемой для образования соединения с деформацией деталей ед.

2. Выявление технологических приемов регулирования соотношения деформаций стяжек Ее и деталей ед в интервале температур ДТСВ.

3. Построение процесса деформирования при сварке, обеспечивающего на начальном этапе преимущественное деформирование стяжек, а по мере приближения к температуре Тсв -

преимущественное деформирование деталей. —

Рисунок 1 - Схема ДСВ фланцевых полусфер с

ограничительным упором

д, п, с, у - детали (фланцы полусфер ротора), пуансоны, стяжки и упоры соответственно); 1ол, 1о", 1<Д 1оу-высота деталей, пуансонов, стяжек и упоров соответственно; До" и Доу - начальные зазоры между деталями (фланцами) и между упором и пуансонами соответственно.

В развитие известных технических решений для регулирования величины £е были сформулированы принципы и положения процесса деформирования, разработана математическая модель процесса ДСВ, основанная на использовании выражений, определяющих три представленные в табл. 1 последовательные состояния системы сварочного модуля: начальное, промежуточное, когда исходный зазор Дол между свариваемыми деталями при температуре стыковки Тс становится равным нулю, и конечное. В табл. 1 учтена возможность использования упора, ограничивающего величину деформации деталей, в этом случае необходимо оперировать зазором Доу.

Таблица 1 - Совокупность уравнений состояния системы сварочного модуля.

Ч Стадии Условия N Начальные Промежуточные Конечные

Интервал температур дт=о (Т=То=СОП50 ДТС = ТС-Т0 ДТ„ = Т„-ТС

Система: пуансоны-стяжки-деталь. 1о' + !о" + До* = 1ос (1) 10"(1 + Од-ДТ,) + 1<Л(1 + а„-ДТс) = !„'•(! + ас-ДТс) (2) 1„д(| + а,-ДТс)(1 + а„-АТе,)-еа+ 1о°(1 + а„дтс)(1 + а„ДТ„Ьсп = 1о'(1 + ас-ДТс)(1 +ас-ДТ„) + Ес (3)

Система: пуансоны-стяжки-упор. 1оУ+1о"+V- V (4) УЧ1 +ау-ДТс) +10"( 1 +а„-ДТс) = 10с(1+а1ДТс) (5) 10у( 1 +ауДТс)( I +ау-ДТ„)+ 1„п(1+а„-ДТ1)(!+апДТс1)-Ел = 1„с'(1+асДТс)(1+асДТ„) + Ес (6)

Указанные состояния для вариантов «пуансоны - стяжки - деталь» («п - с - д») и «пуансоны - стяжки - упор» («п - с - у») можно описать уравнениями (1) - (6).

В табл. 1 обозначены - 1о°, 1о", Ьс, 1оу - высота деталей, пуансонов, стяжек и упоров; ас,

а„, ау и ад - термические коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для соответствующего интервала температур материалов стяжек, пуансонов, упора и деталей.

Рассматривая совокупность параметров сварочного модуля и процесса сварки, можно выделить постоянные параметры - 1од и ад, а также переменные и производные, которые являются взаимообусловленными и для них можно обозначить шкалу предпочтений, или, другими словами, шкалу локальных приоритетов.

В целом совместное решение уравнений (1) - (6) позволяет определить параметры сварочного модуля и условия процесса сварки исходя из величины задаваемой деформации Ее. Деформация осадки одноосного сжатия ед принимается исходя из условия получения качественного соединения при ДСВ, учитывается в припуске на детали и находится в диапазоне (0,035 0,060) мм.

Деформации сферы ротора (некруглость и симметрия формы), являющаяся критерием точности, определяется как допустимая (исходя из условий балансировки ротора) величина. Она составляет единицы микрометра, коррелирует с деформацией ед и обеспечивается, в том числе, особенностями термомеханического цикла сварки (скорость деформирования, температурный интервал ДТСВ).

Практическое решение задачи выбора согласованной совокупности параметров сварочного модуля может быть обеспечено решением системы уравнений, в которые (с учетом изложенных выше положений и условий), подставляют значения параметров (10д, ад, ДТС, АТСВ, 1оп, ьс, V, До". Доу, чу, Ос, а„), определяя постоянные и переменные величины. Полученные результаты расчетов можно отобразить в виде номограмм или графиков для различных сочетаний параметров, что позволяет определить области их возможного варьирования.

В качестве основного технологического приема были определены принципы управления процессом деформирования в выбранном интервале температур ДТСВ, что осуществлялось расчленением этого интервала на два этапа и созданием условий преимущественной деформации стяжек на первом этапе для выравнивания и обеспечения симметрии сварочных напряжений, и увеличением степени деформирования деталей на втором этапе, близком к значению Тсв. Это достигается введением промежуточной температуры Тр, определяемой из условия Тс < Тр < Тсв, и формированием температурных интервалов: (Тс Тр) и (Тр Тсв), с использованием зависимости предела текучести материала Сгг от гомологической температуры процесса (отношение текущей температуры к температуре плавления - Т/ТП1,), определяемой согласно известному выражению <%= от-(1 - ТАГПЛ)2, где от -значение предела текучести при 298 К.

Оперируя при обозначении сопротивления деформациям понятием критического давления Ркр, равного произведению предела текучести Оп- используемого материала при

данной температуре на площадь поперечного сечения данного элемента сварочного модуля (т.е. Р„р = Отт-Б), можно обеспечить пересечение в заданной точке (точка Р - рис.2) зависимостей Рдкр = Г(Т) и Рскр = Г(Т), что будет иметь место при определённой температуре Тр в момент времени 1р.

Рисунок 2 - Временные зависимости основных параметров процесса сварки Очевидно, что кривые Р\р = Г(Т) и Рскр = Г(Т) можно переместить в любое положение, получив новые эквидистантные кривые, за счет варьирования соотношением площадей сечения стяжек Б' и деталей Б® обеспечивая выполнение указанных выше требований:

Р°кр < РЛкр при Т < Тр , и Рскр > Р\р при Т > Тр. Исходя из равенства критических параметров для стяжек и свариваемых деталей при температуре Тр в точке Р, и задавая Тр = К-Тсв, где К - коэффициент, равный (0,9...0,98), можно получить выражение:

(Тпд2 (Т-„-К-Тс.)г

а' (^•(Т.'.-К-Т,.)2 (7)

С момента времени ^ при температуре Т| до момента времени (при температуре Тр) имеет место преимущественное деформирование стяжек Ее. Дальнейший рост температуры приводит к тому, что при Т > Тр величина Рлкр становится меньше, чем Рскр, и начинается преимущественное деформирование деталей ед.

Предлагаемая методика расчета и схема практической реализации позволяет повысить точность сварного изделия, поскольку регулируя значение температуры Тр, можно управлять долей деформации ел в сумме деформаций осадки элементов сварочного модуля Ее, заданной на стадии математического моделирования.

Поскольку управление величиной деформации ед посредством параметров термомеханического цикла сварки осуществляется на основании расчета суммарной деформации £е, целесообразным является систематизация и обобщение представленных положений и элементов математического описания состояний и стадий перехода систем

сварочного модуля и их переход из одного состояния в другое с представлением этой процедуры в виде алгоритма технологического проектирования ДСВ - рис. 3.

Рисунок 3 - Алгоритм технологического проектирования процесса ДСВ

В алгоритме осуществляется последовательный анализ и выявление в операторе 1 (оп.1) постоянных, переменных и производных параметров сварочного модуля, согласованной совокупности параметров 1ос, 1оу, 1о", ас, а„, Дол, Доу, 8У, Б", а также величин ДТС и ДТСВ Далее (оп.2) определяется согласованная совокупность и возможные диапазоны варьирования параметров, обеспечивающих заданную деформацию Ее. В (оп.З) производится оценка соответствия выбранного сочетания параметров условиям перехода систем сварочного модуля «п - с - д» и «п - с - у» из начального состояния в промежуточное и конечное.

В (оп.З) предусмотрен возможный вариант обратной связи для уточнения выбранных параметров (оп.2). После этого (оп.4), исходя из конкретной технической ситуации и допустимой деформации ед, следует определение температуры Тсв (с учетом выбранного значения ДТС) и отношений параметров Тс/Тсв, Тр/Тсв и скорости деформирования ед. Оценка соответствия результатов техническим требованиям (оп.5) предусматривает либо окончательный выбор режима сварки (оп.7), либо, в зависимости от условий предшествующих действий, корректировку параметров сварки или параметров сварочного модуля за счет обратных связей (оп.6) с (оп.2) и (оп.4).

Другим вариантом изготовления тонкостенных роторов ЭСГ является сварка бесфланцевых полусфер в условиях действия сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы, с использованием плотноприлегающих полусферических пуансонов.

Сварка осуществляется в условиях протекания процессов деформирования за счет давления термического натяга в интервале температур (Тс Тсв), с уменьшением, в конечном

счете, диаметра ротора на (0,18-0,22) мм, что учитывается в припуске на диаметр полусфер ротора. Основными критериями точности ротора являются отклонения от сферической формы (некруглость) и симметрия этих отклонений (искажений формы сферы) относительно экваториальной плоскости разъема (зоны сварки) ротора, и оси симметрии ротора, проходящей через его полюса.

Термомеханический цикл сварки в данном случае определяется пластическим деформированием ротора при нагреве в интервале температур (Тс Тс„). Повышение точности изготовления ротора связано с исключением негативного влияния на его геометрию таких

факторов, как: а) большие значения коэффициента разнотолщинности стенок ротора Кл ==—

Ьп

(реальные значения которого находятся в области от 2 до 4), при этом степень разнотолщинности ротора, определяется монотонным изменением толщины его стенок от плоскости разъема (Ьэ) до полюса (Ь„) полусферы; б) анизотропия свойств бериллия, проявляющаяся в различиях роста значений ТОР материала вдоль оси симметрии ротора и в перпендикулярном этой оси направлении.

Эти проблемы решались посредством введения припуска ДЬ на наружный диаметр полусфер ротора с!од, что позволяло уменьшить значение Кь, которое определяется соотношением > компенсацией указанной разницы ТКЛР и разнотолщинности Кь

формированием эллипсоидального профиля формозадающей поверхности пуансонов.

Принципиально новая схема изготовления сплошного ротора БЭСГ представлена рис.4. Она основана на диффузионной сварке по телескопической поверхности бериллиевых цилиндра 1 и втулки 2 с предварительным выполнением на цилиндре кольцевой профилированной проточки, заполняемой посредством вакуумного напыления материалом армирующего элемента 3, обеспечивающего создание требуемой разности моментов инерции.

Рисунок 4 - Поперечное (перпендикулярно оси вращения - а) и продольное (через ось вращения - б) сечения заготовки ротора БЭСГ

При этом реализуется схема ДСВ с расчётно-принудительным деформированием под действием осесимметричного сварочного давления термонатяга, ориентированного к оси вращения 4 ротора. Формообразование сферической заготовки ротора 5 осуществляется, посредством базирования от торца цилиндра, относительно которого задана проточка.

Сварочное давление термонатяга создается охватывающей обоймой, и аналогично представленной ранее схеме, последовательно реализуются три стадии процесса сварки, соответствующие трем состояниям, - начальному при температуре Т = То = 298 К, промежуточному при температуре стыковки Тс, когда за счёт разности ТКЛР материала обоймы Ооб и деталей ад зазор между ними становится равным нулю, и конечному состоянию при температуре сварки Тс„ когда в интервале температур (Тс Тсв) осуществляется деформирование и сварка деталей. Точность выполнения армирующего элемента, симметрия формы и некруглость цилиндрической заготовки после сварки составляют (0,003-0,005) мм при деформации обжатия цилиндра в пределах (0,03-0,04) мм.

Как важный аспект технологического проектирования процесса ДСВ с использованием методов вакуумного напыления, определены принципы выбора материалов покрытий, обеспечивающих требуемые рабочие характеристики изделия. Выявлены и систематизированы исходные условия и критерии выбора материала, исходя из технических требований к изделию, его геометрических и функциональных особенностей, а также с учетом физико-механических и теплофизических свойств материала покрытия. В качестве наиболее наглядных примеров использования вакуумных покрытий рассматривается формообразование массивного армирующего элемента в перспективной конструкции ротора БЭСГ и выполнение электродов подвеса на узлах датчика положения ЧЭ ГВ.

Для ротора БЭСГ выбор производится на основе сравнительной оценки таких показателей, как удельный вес, согласованность материала армирующего элемента с бериллием по ТКЛР, теплофизические и физико-механические свойства материала армирующего элемента, наличие твердофазного взаимодействия между бериллием и материалом армирующего элемента, экономичность процесса напыления и т.д.

Показаны варианты классификации критериев с разделением их на группы, использование шкалы предпочтений и локальных приоритетов при сравнительной оценке характеристик материалов напыляемых покрытий. Обоснован выбор материалов функциональных покрытий реальных изделий и узлов гироприборов.

Третья глава содержит описание конструктивных особенностей и принципов функционирования средств технологического оснащения процессов ДСВ и вакуумного напыления, обеспечивших проведение экспериментальных исследований и практическую реализацию разработанных технологических схем.

На основе классификации деталей по таким показателям, как напыляемый материал -хром, медь, титан, молибден, нитрид титана, и конфигурация напыляемой поверхности -

6, подшипников 10 и валов), обеспечивает сложную траекторию вращения ротора 1, включающую в себя совместное вращение ротора с кольцом обоймы в горизонтальной плоскости и прокатывание ротора по окружности сегмента шарового элемента. Подобная траектория обеспечивает равномерность нанесения покрытия в пределах ±0,1 мкм на всю сферическую поверхность ротора и задаётся величиной смещения Д оси вращения 5 обоймы 4 относительно оси вращения 9 шарового элемента 3, соотношением диаметров ротора и шарового элемента Dp/dul3 = 5:1 и соотношением угловых скоростей вращения обоймы с кольцом и шарового элемента СО1/СО2~ 4:3 (при номинальных значениях coi ~ 12 об/мин и (йг~ 9 об/мин). При указанных параметрах и Dp ~ 50 мм, Д = 1-4,5 мм.

Разработаны методики, включая подготовку деталей к операциям сварки и напыления, а также контроль качества выполнения неразъёмных соединений, куда входит совокупность измеряемых геометрических параметров: линейные размеры, некруглость цилиндрических деталей, шероховатость, некруглость в экваториальном и меридиональном сечениях, отклонение от заданной конфигурации, соосность, симметрия формы относительно экваториальной плоскости и оси вращения детали и т.д.). Для измерения некруглости использовался кругломер Talyrond 73 с минимальной ценой деления 0,2 мкм и 5000-кратным увеличением. Измерение дисбаланса сферических роторов ЭСГ и БЭСГ на уровне 0,1 мкм

полная выпуклая сфера (ротора ЭСГ и БЭСГ), наружная цилиндрическая поверхность (заготовка ротора БЭСГ), шаровый выпуклый сегмент (ротор ЧЭ ГВ), шаровый вогнутый сегмент (статор ЧЭ ГВ), плоская поверхность (ротор ЧЭ ГВ), обосновывается выбор метода напыления и конструкция средств оснащения. На рис. 5 приводится описание устройства для напыления тонкопленочных покрытий на сферические изделия на примере ротора ЭСГ, в котором реализовано качественно новое техническое решение равномерного вращения ротора без его жесткой фиксации в диаметрально разнесенных позициях. Вращение обоймы 4 с кольцом в одну сторону, а шарового элемента 3 - в другую (что задаётся неподвижной опорой 8 и системой зубчатых колёс

Рисунок S - Устройство для напыления TiN-покрытия на ротор

осуществляется в цилиндрической емкости, в которой взвешенный в жидкости ротор занимает угловое положение, определяемое вектором дисбаланса, с подклеиванием на поверхность ротора калибровочных точечных масс. Измерения с точностью ~ 0,05 мкм осуществляется в аэродинамическом подвесе при вращении ротора на высоких оборотах. Оценка величины дисбаланса производится по изменению емкости конденсаторного элемента, включающего поверхность ротора и сферическую поверхность подвеса, где изменение емкости связано с изменением зазора между указанными поверхностями.

В четвертой главе представлены результаты экспериментальной проверки теоретических положений работы, а также разработанные и внедренные в производство комплексные технологические процессы изготовления реальных узлов гироприборов.

Приводятся зависимости прочности сварного соединения ор от величины деформации осадки одноосного сжатия фланцев ед полусферических заготовок ротора ЭСГ для различных соотношений Тс/Тс, без использования упоров, рис. 6.

Из рис.6 видно, что имеет место явно выраженная тенденция повышения прочности соединения ср с 260 МПа до 330 МПа с увеличением величины деформации осадки от 40 мкм до 70 мкм, и увеличением соотношения Тс/Тсв. Вместе с тем, использование соотношения Х/Г., > 0,8 нецелесообразно, поскольку требует резкого увеличения разницы в значениях ТКЛР и линейных размерах элементов сварочного модуля в соответствии с условиями последовательного перехода сварочного модуля из начального в промежуточное и в конечное состояния, которые описываются системой уравнений (1) - (6), что не всегда возможно.

Рисунок 6 - Зависимости ар от величины Рисунок 7 - Зависимости е„ от степени £д для различных Тс/Тсь; 1- Тс/Тс, = 0,65; 2- эллипсовидности поверхности

Тс/Тсв = 0,7; 3 - Т/Гсв = 0,75; 4 - Тс/Тсв = пуансонов 5 = - Оэп, выполненных из 0,8; Тсв = 1248 К; Т/Гсв = 0,95. корундовой керамики (ДТС = 300 К)

Следует отметить увеличенные погрешности расчетов для малых интервалов (Тс Тсв); например, на графике (рис. 6) зависимость 4 имеет доверительный интервал ± 40 МПа при

уровне значимости 0,05, тогда как зависимости 1, 2 и 3 имеют доверительный интервал ± 10 МПа при том же уровне значимости 0,05.

Установлено влияние условий деформирования на точность ротора. При ¿д = (Ю-6 - 10"7) с"1 отклонение от заданной высоты фланцев после сварки составляет величину не более 3-5 мкм. При этом точность сферы ротора (некруглость и симметрия формы) составляет единицы микрометра, тогда как фактическая величина деформации осадки в пределах (0,035-0,050) мм влияния на указанную точность не оказывает.

Весьма перспективным с точки зрения экономических соображений является вариант ДСВ бесфланцевых полусфер ротора ЭСГ посредством полусферических пуансонов в условиях действия осесимметричного сварочного давления термонатяга ориентированного к центру сферы. Конкретное техническое решение, обеспечивающее компенсацию негативного влияния на точность ротора анизотропии, связанной с различиями роста ТКЛР, и разнотолщинности полусфер, определяемой коэффициентом К|, = Ьэ/Ьп, обеспечивается формированием расчётного эллипсоидального профиля рабочей поверхности пуансонов. На рис. 7 представлены зависимости некруглости роторов в меридиональном сечении е„ от степени эллипсовидности формозадающей поверхности пуансонов, определяемой разностью 8 диаметра сферы пуансонов по полюсам Опп и в экваториальной плоскости Оэ" (8 = Опп - Б,") при различных значениях Кь.

Как видно из рис. 7, если формозадающая рабочая поверхность пуансонов представляет собой сферу, т.е. = Э," и 8 = 0, значение е„ достигает (0,020-0,035) мм. В этом случае ротор имеет форму эллипсоида вращения, вытянутого вдоль оси, проходящей через его полюса, на величину, близкую к значению е„.

По мере увеличения разности диаметров 8 = Оп" - Оэп величина е„ монотонно уменьшается, достигая минимума при б = (0,045-0,055) мм. При этом диаметры ротора по полюсам и по экватору приблизительно равны и величина е„ составляет (0,008-0,012) мм.

Дальнейший рост 8 (более 0,055 мм) вновь приводит к увеличению величины некруглости е„, причем ротор принимает форму эллипсоида вращения, сплюснутого вдоль оси, проходящей через его полюса. Характерной особенностью является то, что некруглость ротора с увеличением температуры сварки имеет тенденцию к снижению, возможно за счет более интенсивных процессов рекристаллизации.

Практически корректировка формы ротора в процессе сварки осуществляется посредством размещения между встречно ориентированными торцами пуансонов кольцевой цилиндрической вставки из недеформируемого в условиях сварки материала, высоту 8 которой определяют из эмпирического выражения:

6 = (ар-ап)(т-п-ар/ап)(1од(360-ДТсв), (8)

где ДТСВ = (Тсв - Тс) [К]; шип- экспериментально полученные коэффициенты; m - коэффициент, равный 3,70+0,05, п - коэффициент, равный 1,30±0,05.

Отсутствие в выражении (8) такого параметра как сварочная нагрузка обусловлено принятой схемой расчётно-принудительного деформирования за счет давления термонатяга. Экспериментально выявленная скорость установившейся ползучести £п<от в процессе сварки не должна превышать величину 4,5-10"1 с"1. При этом отношение а^а„ в интервале (Тс Тсв) определяют в диапазоне 1,2 < ар/ап < 2,6, температуру Тс совпадения диаметров D"tc и <1лтс выбирают равной 0,8 - 0,85 от температуры начала рекристаллизации Тр материала полусфер, температуру сварки задают в пределах Тр < Тс, < Тс + 360, причём значение ТС8 в указанном интервале выбирают тем меньше, чем больше значение Кь для скомплектованной пары полусфер. Множитель (360 - ДТСВ) в выражении (8) учитывает интервал температур ДТС, = (Тс, - Тс), в пределах которого происходит деформирование полусфер при сварке. Множитель (flp - а„) учитывает конкретную величину разницы в TKJ1P материалов ротора и пуансонов, а множитель (т - пар/а„) определяет степень влияния указанной разницы на значение 8, т.е. задаёт корреляционную зависимость 5 от разницы (ар - ап).

В конечном счете, это позволяет получить сваренный ротор с некруглостью в меридиональном сечении на уровне ~ (0,008-0,015) мм.

Исходя из конфигурации ротора и особенностей его балансировки, а также, учитывая условия функционирования ротора в подвесе, можно, как существенно важный показатель точности, обозначить симметрию деформаций ротора относительно его оси вращения, проходящей через полюса - £М(С). Симметрия деформаций ротора относительно экваториальной плоскости еЭ(с), как правило, составляет величину ие более (0,003-0,005) мм, и ее можно не учитывать при оценке точности ротора.

На рис. 8 представлены графические зависимости некруглости ротора в меридиональном сечении ем и симметрии деформаций е„(С) этого ротора от скорости деформирования для различных Kh полусфер, которые показывают возможность вариантов, когда у роторов имеют место соотношения е„ я еМ(С) при деформации ем меньше допустимой, £м < еМ(Л0П.) и ём » е„(С) при деформации ем больше допустимой, ем > еМ(доп.)- Приведенные зависимости позволяют оценить влияние таких важных для бесфланцевого варианта сварки параметров, как скорость деформирования и коэффициенты разнотолщинности исходных полусфер, на деформацию некруглости ем и симметрию деформаций е„(С) ротора.

На рис. 9 показаны результаты экспериментальных исследований по влиянию интервала температур ДТС8, в котором осуществляется процесс сварки, и скорости деформирования Ej на некруглость ротора в меридиональном сечении ем. Из рис. 9 видно, что с

уменьшением скорости деформирования £д и увеличением температуры сварки Тсв происходит уменьшение деформации некруглости роторов, что определяет эффективность использования при сварке сравнительно больших температур сварки и малых скоростей деформирования. В целом, с уменьшением скорости деформирования от 10"6 с"1 до 10'8 с"1 деформация некруглости ротора и симметрия деформаций ротора монотонно уменьшаются. Наиболее приемлемые величины скорости деформирования ед лежат в диапазоне (5-10"7-*-5-10'8) с"'.

£м. Емм.мкм £и,мкм

Рисунок 8 - Зависимость ем и еМ(С) от £д для Рисунок 9 - Зависимость е„ от

различных К(,: (!-}')- область ем(С) при Кь=2,0; тем пературы Тсв для различных ед.

2 - е„ при К|, = 1,3; 3 - е„ при Кь = 2,0; 4 - е„ при 1 - ед = КХ6 с1, 2- ёд = 1(Т7 с'1,

Кь = 2,8; Тсв = 1223 К; ДТСВ = 280 К. 3-е„ = НТ8 с'; ДТСВ =280 К.

Для обеспечения бездефектных аварийных посадок роторов ЭСГ в подвесе была разработана технология нанесения износостойкого покрытия нитрида титана методом магнетронного напыления, которая обеспечивает получение покрытий толщиной в пределах (0,4-0,6) мкм, на которых при 16-ти кратном увеличении не должны обнаруживаться дефекты, связанные с несоблюдением сплошности и равномерности. При этом величины дисбалансов ротора после напыления должны находиться в пределах, обеспечивающих при необходимости возможность финишной доработки ротора с получением конечных параметров - радиальный дисбаланс ер < 0,05 мкм, осевой дисбаланс е0 < 0,05 мкм, некруглость ё„ < 0,35 мкм, амплитуды гармоник: Аг = 0,35±0,2 мкм, Аз < 0,06 мкм, А4 < 0,08 мкм, А5 < 0,05 мкм. Указанные пределы составляют для радиального дисбаланса ер < 1,2 мкм, для осевого дисбаланса е0 < 1,2 мкм, для некруглости < 0,6 мкм. Следует отметить, что ротора, которые имели симметрию деформаций порядка 0,003 мм, не требовали финишной корректирующей обработки, а симметрия деформаций на уровне 0,012 мм, как правило, определяла необходимость финишной обработки.

Сварка сплошного ротора БЭСГ с реализацией телескопического соединения посредством радиально-ориентированного давления термонатяга осуществлялась в диапазоне температур сварки Т„ = (1048 1098) К с оценкой фактической величины деформации

(уменьшение диаметра заготовок ротора) и некруглости заготовок в различных поперечных сечениях (в зоне армирующего элемента и на участках за пределами этой зоны). В результате работ получены ротора с некруглостыо цилиндра в поперечном сечении которая составляет не более (0,003-0,005) мм. Последующие операции сферообразования, сферодоводки и балансировки обеспечили получение роторов, некруглость в меридиональном сеченни которых ем = (0,2-0,35) мкм, осевой и радиальный дисбалансы е0 = (0,07-0,09) мкм. ер = (0,08-0,11) мкм, что полностью удовлетворяет техническим требованиям. На поверхность ротора электрохимическим методом наносится растровый рисунок с получением контрастности между тёмными и светлыми полосами к = 0,7±0,1 при равномерности нанесения рисунка 15 %.

Технология формирования на сплошном роторе хромовых токопроводящих сверхтонких покрытий обеспечивала однородность электрофизических свойств поверхности ротора с нанесенным рисунком и предусматривала текущий контроль величины электросопротивления покрытия, которое осаждалось на плоскую поверхность диэлектрической пластины на дорожке заданной геометрии с пересчетом указанной величины в толщину пленки Ь и последующим определением времени напыления покрытия на сферу.

Зависимость удельного электоросопротивления р от Ь по характеру близка к экспоненциальной, и при росте Ь величина р уменьшается, приближаясь к предельному значению р = 1,5-10"7 Ом •м, которое соответствует табличному значению удельного электросопротивления массивного хрома. Установленное соотношение толщин покрытия на неподвижной плоской пластине и вращающемся роторе составляет 3:1. Это позволяют коррелировать время напыления плёнки заданной величины на шар при текущем контроле сопротивления пленки на одновременно напыляемой плоской поверхности.

В табл. 2 представлены величины дисбаланса и контрастности ротора БЭСГ до и после нанесения покрытия. Значения дисбаланса ротора, контрастности и равномерности нанесения рисунка после напыления изменяются незначительно и удовлетворяют техническим требованиям. Геометрические характеристики роторов, определяемые как значения амплитуд гармоник после напыления, также остаются в пределах технических требований.

Была апробирована технология корректировки радиального дисбаланса ротора в процессе напыления. Показана возможность корректировки дисбаланса роторов в пределах ±0,03 мкм. Подтверждены положения об эффективности и перспективах использования технологии нанесения сверхтонких покрытий для регулирования величинами финишного дисбаланса ротора на уровне сотых долей микрометра.

Разработанные технологические процессы ДСВ деталей ЧЭ ГВ через промежуточные прослойки при Тсв = (800-840) К обеспечивали точность узлов на уровне (0,002-0,004) мм за

счет позиционирования и взаимной ориентации деталей на стадии сборки. Прочность соединения составляла (80-100) МПа. Вакуумное напыление электродов на ротор и статор ДП ЧЭ ГВ осуществлялось при температуре нагрева деталей Т = (570-590) К, времени напыления 1Нап = (20-25) мин., давлении рабочего газа Р = (1,1-1,3)-10'3 мм рт.ст., мощности разряда мишени N = 2,3 кВт, с расстоянием мишень-деталь Я = (90-100) мм.

Таблица 2 - Величины дисбаланса и контрастности ротора до и после нанесения покрытия

№ п/п Толщина покрытия Ь, А Удельное сопротивление пленки р, (Омм) Дисбаланс ротора (осевой е„ и радиальный ер) до и после напыления Коэффициент контрастности к рисунка до и после напыления Равномерность рисунка до и после напыления

до (мкм) после (мкм) до после до (%) после (%)

1. 120 8,8-10"6 £„ = 0,018 е„= 0,08 £„=0,020 £„= 0,09 0,466 0,471 6,66 6,42

2. 200 3,5'Ю"4 £„ = 0,02 е0= 0,09 £„ =0,05 £„= 0,1 0,721 0,711 8 18

3. 400 7,4-10"7 £„ = 0,095 £р= 0,1 £„ = 0,01 £р=0,1 0,723 0,698 7,94 7,5

4. 1000 4,910"7 £„ = 0,09 ер= 0,05 £„ = 0,09 £„= 0,06 0,758 0,491 5,99 38,93

Представлены характеристики электродов на роторе и статоре датчика положения: толщина покрытий 0,002 мм при разнотолщинности 0,0005 мм, электросопротивление электродов (20-22) Ом, адгезия к керамической основе порядка (40-45) МПа.

Основные результаты и выводы.

1. Исследованы и разработаны комплексные технологические процессы формообразования прецизионных узлов гироприборов, таких как роторы различных модификаций электростатического гироскопа, роторный и статорный элементы датчика положения гравитационного вариометра, с совместным использованием технологий диффузионной сварки и вакуумного напыления, обеспечивающих повышение точности изделий, корректировку формы и функциональных характеристик изделия с точностью до сотых долей микрометра.

2. Сформулированы принципы и положения математического моделирования процесса диффузионной сварки в вакууме на примере тонкостенных и сплошных роторов электростатического гироскопа, позволяющие решить задачу повышения точности выполнения неразъёмных соединений сферических элементов узлов гироприборов.

3. Разработаны структурная схема технологического проектирования и реализации неразъемных соединений сферических узлов гироприборов и алгоритм построения процесса прецизионной диффузионной сварки тонкостенных фланцевых роторов электростатического

гироскопа, основанный на последовательном расчёте основных взаимообусловленных параметров сварочного модуля и процесса сварки в соответствии со сформулированными принципами математического моделирования. Данный алгоритм позволяет выявить допустимые области и диапазоны варьирования указанных параметров и, в результате, определить наиболее приемлемую их совокупность, обеспечивающую минимальные деформации свариваемого изделия.

4. Разработана качественно новая конструкция и технология изготовления ротора бескарданного электростатического гироскопа, включающая сварку по телескопической поверхности двух заготовок в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к оси цилиндра, с расчетом параметров сварочного модуля и деформаций узла, и выполнение посредством вакуумного напыления кольцевого армирующего элемента ротора.

5. Разработана технологическая схема финишной корректировки электрофизических свойств поверхности и величины дисбаланса сплошных роторов БЭСГ на уровне сотых долей микрометра посредством напыления сверхтонких токопроводящих покрытий толщиной (100-1000) А, с созданием средств контроля характеристик покрытий в процессе напыления.

6. Разработана технология прецизионной ДСВ бесфланцевых роторов ЭСГ в условиях действия сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы с разработкой средств математического обеспечения и методов корректировки формы свариваемого узла в процессе деформирования с использованием предложенной эмпирической зависимости. Предложен качественно новый критерий оценки формы сваренных роторов - симметрия деформаций.

7. Создан комплекс средств оснащения процессов прецизионного формообразования узлов гироприборов с использованием методов ДСВ и напыления, включая оборудование, устройства и приспособления, как многоцелевого, так и специфического назначения.

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Беляев С.Н. «Прецизионная технология формообразования тонкоплёночных электродов на элементах гравитационного вариометра». // «Навигация и управление движением», Материалы V конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор». СПб, 2004.

2. Беляев С.Н., Резинкин Д.Г. «Разработка средств технологического обеспечения процесса вакуумирования и обезгаживания приборов типа гравитационного вариометра и микромеханического гироскопа». // «Навигация и управление движением» Материалы VI конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2005.

3. Беляев С.Н., Резинкин Д.Г., Удовиков A.C. «Математическое моделирование процесса прецизионной диффузионной сварки бериллиевых роторов электростатического гироскопа». //

«Навигация и управление движением». Материалы VI конф. молодых учёных, ГНЦ РФ -ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2005.

4. Беляев С.Н. «Прецизионная технология формообразования тонкоплёночных электродов на элементах изделий точного приборостроения». // Материалы IV международного Конгресса «Машиностроительные технологии», Варна, Болгария, 2004.

5. Беляев С.Н., Гаврюсев В.И., Щербак А.Г. «Исследование процессов микропластического деформирования при диффузионной сварке бериллиевых роторов электростатического гироскопа». // «Гироскопия и навигация» № 3 (54). Материалы 24 конф. памяти H.H. Острякова. ГНЦ РФ- ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2006.

6. Беляев С.Н. «Технологическое проектирование диффузионной сварки телескопических соединений». // «Гироскопия и навигация» №3 (50). Материалы VII конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2005.

7. Беляев С.Н. «Структурная схема решения задач повышения точности неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов». Н «Гироскопия и навигация» №2(53). Материалы VIII конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2006.

8. «Способ изготовления ротора шарового гироскопа», Патент РФ 2286535 от 10.03.2005г., МКИ G01C25/00, B23PI5/00, Бюл.№30 27.10.2006г. Б.Е. Ландау, А.Я. Буцык, С.Н. Беляев, А.П. Буравлёв, А.Г. Щербак.

9. «Способ изготовления ротора шарового гироскопа», Патент РФ № 2289790 от 30.06.2005г., MKHG01C25/00, G01C19/06, Бюл.№35 20.12.2006г„ С.Н. Беляев, A.C. Удовиков, А.Г. Щербак.

10. Беляев С.Н., Удовиков A.C., Щербак А.Г. «Технологические приемы и методы регулирования процессов пластического деформирования при сварке давлением прецизионных узлов гироприборов». // «Гироскопия и навигация» № 4 (59). Материалы 25 конф. памяти H.H. Острякова. СПб, ГНЦ РФ- ЦНИИ «Электроприбор», 2007.

11. Беляев С.Н., Удовиков A.C. «Технологические аспекты выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов». // «Навигация и управление движением» Материалы IX конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2008.

12. Беляев С.Н., Щербак А.Г «Средства оснащения процессов напыления покрытий на узлы гироприборов, имеющие форму тел вращения». // «Гироскопия и навигация» Материалы X конф. молодых учёных, ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2008.

13. Беляев С.Н., Щербак А.Г., «Исследование процесса термического напыления сверхтонких пленочных покрытий на сферические узлы гироприборов». // «Гироскопия и навигация» ГНЦ РФ - ЦНИИ «Электроприбор», СПб, 2008.

14. Беляев С.Н. Технологические особенности выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов. // Изв. вузов. «Приборостроение» т.52, №3, СПб, 2009.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 НЕРАЗЪЕМНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, КАК СРЕДСТВО ПРЕЦИЗИОННОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ И УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ.

1.1 Основные конструктивные элементы современных и перспективных изделий точного приборостроения.

1.1.1 Тонкостенный полый ротор чувствительного элемента электростатического гироскопа (ЧЭ ЭСГ).

1.1.2 Сплошной ротор бескарданного варианта электростатического гироскопа (ЧЭ БЭСГ).

1.1.3 Датчик положения чувствительного элемента гравитационного вариометра (ЧЭ ГВ).

1.2 Характеристики и свойства материалов узлов гироприборов.

1.3 Методы реализации неразъемных соединений высокоточных элементов изделий точного приборостроения.

1.3.1 Основные этапы процесса формообразования сферических узлов гироприборов.

1.3.2 Особенности диффузионной сварки сферических конструкций:.

1.3.2.1 Сварка тонкостенных сферических бериллиевых конструкций.

1.3.2.2 Сварка сплошных сферических бериллиевых конструкций.

1.3.2.3 Сварка металлокерамических узлов.

1.3.3 Технологии вакуумного напыления.

1.4 Особенности термомеханических параметров процесса диффузионной сварки прецизионных конструкций.

ГЛАВА 2 ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА

РЕАЛИЗАЦИИ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

2.1 Структурная схема решения задач повышения точности неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов.

2.2 Изыскание принципов управления термомеханическими параметрами процесса диффузионной сварки.

2.2.1 Математическое моделирование процесса сварки в условиях действия сварочного давления одноосного сжатия.

2.2.2 Методы и средства обеспечения минимизации пластических деформаций осадки одноосного сжатия.

2.2.3 Алгоритм технологического проектирования процесса ДСВ.

2.2.4 Построение схем сварки в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы.

2.2.5 Особенности диффузионной сварки деталей по сопрягаемой цилиндрической поверхности.

2.3 Формообразование функциональных элементов сферических узлов гироприборов методами магнетронного напыления и термического испарения в вакууме.

2.3.1 Расчётная методика определения геометрических параметров армирующего элемента сплошного ротора.

2.3.2 Принципы выбора материалов функциональных покрытий, получаемых методами вакуумного напыления.

ГЛАВА 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ.

3.1 Средства обеспечения процесса реализации неразъёмных соединений элементов изделий точного приборостроения.

3.1.1 Многоцелевое оборудование диффузионной сварки.

3.1.2 Установки и устройства процессов магнетронного напыления и термического испарения в вакууме.

3.2 Подготовка деталей к операциям сварки и напыления.

3.3 Метрология прецизионных неразъёмных соединений.

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ

ВЫПОЛНЕНИЯ НЕРАЗЪЕМНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СФЕРИЧЕСКИХ УЗЛОВ ГИРОПРИБОРОВ.

4.1 Диффузионная сварка тонкостенных роторов ЭСГ.

4.1.1 Построение процесса сварки при деформации осадки одноосного сжатия фланцевых элементов ротора.

4.1.2 Формообразование ротора в условиях действия осесимметричного сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы.

4.2 Технология изготовления сплошных бериллиевых роторов БЭСГ.

4.2.1 Формирование армирующих элементов на сплошном роторе.

4.2.2 Технология сварки сплошного ротора с реализацией телескопического соединения посредством радиально-ориентированного давления термического натяга.

4.3 Соединение узлов датчика положения ЧЭ ГВ.

4.4 Технологические приёмы и методы магнетронного напыления и термического испарения в вакууме.

4.4.1 Исследование параметров процессов вакуумного напыления покрытий.

4.4.2 Технология нанесения износостойких покрытий на тонкостенные сферические ротора.

4.4.3 Формирование на сплошном роторе токопроводящих сверхтонких покрытий.

4.4.4 Напыление тонкоплёночных электродов подвеса на узлах датчика положения чувствительного элемента гравитационного вариометра.

4.5 Практическая эффективность использования прогрессивных методов реализации неразъёмных соединений для повышения точности узлов гироприборов.

Важнейшими компонентами научно-технического прогресса являются точное приборостроение и тесно связанные с ним наукоёмкие технологии, необходимость повышения научно-технического уровня которых обусловлена потребностями развития науки и техники. Характерными представителями изделий точного приборостроения являются гироскопические приборы (гироскопы акселерометры и т.д.), входящие в состав инерциальных навигационных систем, которые обеспечивают автономную выработку координат местоположения движущихся объектов морского флота, авиации и ракетно-космической техники, а также изделия гравитационной градиентометрии (вариометры, градиентометры и т.д.).

Очевидно, что разработка и создание новых и перспективных изделий точного приборостроения непосредственно связана с возможностями и уровнем развития средств технологического обеспечения процесса их изготовления, в котором важное место занимает реализация неразъемных соединений, включая и такой прогрессивный метод, как диффузионная сварка в вакууме (ДСВ).

Особенностью узлов гироприборов являются жесткие требования по допуску их изготовления на уровне единиц и десятых долей микрометра (при номинальных размерах узлов порядка нескольких десятков миллиметров). При этом формообразование изделий сложных конфигураций, в том числе, и прецизионных сферических поверхностей, характерных для точного приборостроения, связано с выполнением комплекса взаимосвязанных технологических операций, где одни операции являются основными или финишными, а другие - определяют технологическую предысторию узла.

Примером может являться реализация неразъемных соединений посредством ДСВ в сочетании с операциями, необходимыми для формообразования узла в целом, в частности, такими, как вакуумное напыление.

Применение технологии ДСВ наиболее эффективно, когда методы сварки плавлением не недопустимы из-за жёстких требований к дисбалансу изделий и однородности кристаллической структуры материала; при сварке трудно свариваемых материалов, таких как, например, бериллий, а также при сварке телескопических соединений, когда отсутствует доступ непосредственно к свариваемым поверхностям деталей.

Общие положения и теоретические основы ДСВ, как способа реализации неразъёмного соединения, были разработаны Н.Ф.Казаковым и получили развитие в исследованиях Г.В. Конюшкова, Э.С. Каракозова, М.Х. Шоршорова, O.A. Красулина, А.И. Шестакова, К.А. Кочергина, И.И. Метёлкина и других авторов. Они описывали технологию с относительной деформацией изделия (1-5) %. Проблемы повышения точности сварки рассматривались в трудах Г.В. Конюшкова и В.А. Бачина, однако деформация деталей в процессе сварки определялась на уровне десятых и сотых долей миллиметра, что не приемлемо для высокоточных узлов гироприборов.

Впервые технология ДСВ с деформацией до 10-15 мкм была разработана В.И. Гаврюсевым на примере изготовления сферических тонкостенных полых роторов электростатического гироскопа, где в процессе сварки использовались проволочные промежуточные прослойки. Дальнейшие исследования в этом направлении позволили А.Г. Щербаку создать беспрослойную технологию сварки тонкостенных сферических роторов и разработать прецизионную технологию ДСВ армирующих элементов при изготовлении сплошных роторов бескарданного варианта электростатического гироскопа.

Однако управление и регулирование параметрами сварочного цикла в указанных технических решениях определяются целым рядом условий, что ограничивает использование данной технологии для роторов различных модификаций и типоразмеров. Перспективы развития и совершенствования гироприборов связаны, в первую очередь, с повышением их точности. Это определяет необходимость более глубоких исследований комплексной технологии изготовления узлов и элементов с использованием ДСВ и связанных с ней операций. Обеспечение указанной выше точности узлов на уровне единиц и десятых долей микрометра носит проблемный характер, поскольку требует учёта целого ряда факторов различной значимости, связи между которыми установлены не в полной мере.

Технологические процессы диффузионной сварки в вакууме и вакуумного напыления могут совместно решать конкретную техническую задачу, могут быть взаимообусловленными, или являться вспомогательными по отношению один к другому (например, напыление подслоя перед сваркой). Очевидно, что выявление технических решений и разработку методов и средств повышения точности узлов гироприборов (если их изготовление осуществляется по приведенным выше схемам) целесообразно осуществлять, рассматривая в комплексе процессы ДСВ и вакуумного напыления. Эти технологические процессы имеют формально подобные термомеханические циклы, включающие нагрев прецизионных деталей в условиях действия различного рода напряжений, что непосредственно определяет точность изготавливаемых изделий. При этом при ДСВ сварочные напряжения являются одним из основных параметров процесса и объективно необходимы для образования соединения, что предполагает разработку технологических схем их создания, а в процессах вакуумного напыления напряжения возникают в результате различия в термических коэффициентах линейного расширения (ТКЛР) основного и напыляемого материалов. Очевидно, что непосредственно на точность и размерную стабильность деталей влияют такие параметры термомеханического цикла, как скорость деформирования при ДСВ, величина сварочных напряжений, время и температурный интервал, в котором действуют эти напряжения, характер и условия протекания рекристаллизационных процессов и т.д.

Примерами изделий, в которых имеют место взаимосвязанные процессы ДСВ и вакуумного напыления, могут являться:

- тонкостенный полый ротор электростатического гироскопа (ЭСГ), выполненный в различных модификациях, где на сферическую оболочку, полученную посредством ДСВ по плоскости разъема двух полусфер, после балансировки с точностью до сотых долей микрометра осуществляется нанесение износостойкого покрытия;

- сплошной бериллиевый ротор бескарданного варианта электростатического гироскопа (БЭСГ), где повышение точности, надёжности и улучшение параметров балансировки ротора связано с качественно новой технологией формообразования армирующего элемента, что с наибольшей эффективностью может быть реализовано использованием метода вакуумного напыления;

- керамические роторный и статорный элементы датчика положения чувствительного элемента гравитационного вариометра (ЧЭ ГВ), на полусферических рабочих поверхностях которых формируется требуемый рисунок тонкоплёночных электродов, а на торцах -промежуточный подслой для последующей сварки с узлом подвеса ЧЭ ГВ.

Возможные технические решения по оценке комплексного влияния параметров и условий выполнения взаимообусловленных технологических операций ДСВ и вакуумного напыления на прецизионность узлов гироприборов связаны с проблемами согласования совокупности и последовательности операций диффузионной сварки и напыления с целью минимизации термомеханических воздействий на детали.

Из изложенного следует актуальность, важность и практическая потребность проведения исследований по анализу, оценке и согласованию параметров и факторов таких взаимосвязанных технологических процессов, как диффузионная сварка в вакууме в сочетании с операциями нанесения тонкоплёночных покрытий методами вакуумного напыления, при формообразовании прецизионных сферических узлов.

Целью диссертационной работы является разработка и практическая реализация комплексной технологии выполнения неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов методами диффузионной сварки в вакууме, сочетающихся с операциями вакуумного напыления для повышения точности неразъёмных соединений.

Для достижения цели необходимо решение следующих задач: -выявление совокупности значимых характеристик процессов прецизионного формообразования деталей посредством ДСВ с оценкой их влияния на прецизионность узлов;

-разработка методов и средств минимизации сварочных деформаций при формообразовании прецизионных сферических элементов узлов гироприборов с созданием методов управления и регулирования процессами термомеханического воздействия на детали;

-исследование процесса ДСВ в условиях действия сварочного давления термонатяга, ориентированного к центру сферы с разработкой методов и средств корректировки конфигурации свариваемого узла в процессе деформирования при ДСВ;

-математическое моделирование процессов ДСВ при деформировании с осадкой одноосного сжатия и разработка алгоритмов технологического проектирования ДСВ узлов гироприборов;

-исследование и разработка комплексных технологических процессов формообразования сферических узлов гироприборов с совместным использованием вакуумного напыления и ДСВ;

-разработка технологических процессов изготовления таких реальных узлов гироприборов, как тонкостенные и сплошные бериллиевые ротора электростатического гироскопа, статорный и роторный элементы датчика положения чувствительного элемента гравитационного вариометра.

На защиту выносятся следующие научные положения и практические результаты: -средства математического обеспечения технологии ДСВ, включая моделирование и расчётные методики процессов прецизионного деформирования с одноосным сжатием свариваемых деталей;

-алгоритм технологического проектирования процесса ДСВ узлов гироприборов; -технологические схемы, методы и приемы прецизионной сварки с минимизацией сварочных деформаций в условиях действия сварочного давления термонатяга, ориентированного к центру сферы и к оси цилиндра;

-совокупность технических решений по созданию принципиально новой конструкции и технологии изготовления сплошного ротора БЭСГ;

-комплексные технологические процессы реализации неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов с использованием операций вакуумного напыления и ДСВ;

-технологические способы и методы корректировки свойств поверхности и функциональных характеристик сплошного ротора по допуску на уровне сотых долей микрометра при номинальном размере ротора ~ 10 мм;

-введение и обоснование эффективности использования новых контролируемых параметров, связанных с симметрией сварочных деформаций, и разработка способов управления ими, позволяющие улучшить условия балансировки роторов;

-комплекс многоцелевого оборудования, устройств и приспособлений для реализации технологических процессов напыления и сварки узлов гироприборов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных экспериментально-исследовательских работ решены проблемы разработки и практической реализации комплексной технологии выполнения неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов методами диффузионной сварки в вакууме, сочетающихся с операциями вакуумного напыления, что позволило существенно повысить точность изготавливаемых изделий, расширить возможности и область применения технологических процессов диффузионной сварки и вакуумного напыления по сравнению с существующим уровнем, осуществить ряд принципиально новых технических решений и получить качественно новые реальные изделия узлов > гироприборов. Основные научные и практические результаты диссертационной работы сводятся к следующему:

1. С использованием элементов системного анализа разработана структурная схема технологического проектирования и реализации неразъёмных соединений сферических узлов гироприборов, представляющая собой классификацию последовательного типа в виде иерархического дерева совокупности приёмов и методов технологии, которые выражены как классификационные признаки различных уровней.

2. Сформулированы принципы и положения математического моделирования процесса диффузионной сварки в вакууме на примере тонкостенных и сплошных роторов электростатического гироскопа, которые позволили решить задачу повышения точности выполнения неразъёмных соединений сферических узлов гироскопических приборов.

3. Разработан алгоритм построения процесса прецизионной ДСВ тонкостенных фланцевых роторов ЭСГ, основанный на последовательном расчёте основных взаимообусловленных параметров сварочного модуля и процесса сварки в соответствии со сформулированными принципами математического моделирования. Данный алгоритм позволяет определить допустимые области и диапазоны варьирования указанных параметров и определить наиболее приемлемую их совокупность, обеспечивающую минимальные деформации свариваемого изделия.

4. Обоснована целесообразность и эффективность проведения анализа процессов прецизионного деформирования и построения технологии ДСВ, исходя из расчленения термомеханического цикла сварки на этапы, которые определяются соотношениями ТКЛР и линейных размеров, а также гомологических температур процесса для элементов сварочного модуля при сварке фланцевых роторов ЭСГ.

5. Исследованы и разработаны комплексные технологические процессы формообразования прецизионных узлов гироприборов, таких как роторы ЭСГ и БЭСГ, роторный и статорный элементы датчика положения ЧЭ ГВ с совместным использованием технологий ДСВ и вакуумного напыления, обеспечивающие повышение точности изделий.

6. Созданы качественно новая конструкция и технология изготовления ротора БЭСГ, включающая сварку по телескопической поверхности соосных охватываемой и охватывающей заготовок в условиях действия сварочного давления термического натяга, ориентированного к оси цилиндра, с расчётом параметров сварочного модуля, свариваемых деталей и кольцевого армирующего элемента ротора, формируемого на охватываемой детали посредством вакуумного напыления.

7. Разработана технологическая схема финишной корректировки электрофизических свойств поверхности и величины дисбаланса сплошных роторов БЭСГ на уровне сотых долей микрометра посредством напыления сверхтонких пленочных покрытий толщиной (100-1000) А.

8. Установлена корреляция параметров процесса напыления сверхтонких плёночных покрытий на плоские и сферические поверхности с использованием методов магнетронного и термического напыления.

9. Создан комплекс средств и методов контроля процесса формообразования и оценки параметров сверхтонких покрытий непосредственно в процессе напыления.

10. Разработана технология прецизионной ДСВ-бесфланцевых роторов ЭСГ в условиях действия сварочного давления термического натяга, ориентированного к центру сферы, и предложена, эмпирическая зависимость, на основании которой созданы методика расчёта и технологические приёмы корректировки формы свариваемого узла в процессе деформирования.

11. Обоснована эффективность использования новых контролируемых параметров, связанных с симметрией сварочных деформаций, и разработаны способы управления ими, позволяющие улучшить условия балансировки роторов;

12. Создан комплекс качественно новых средств оснащения процессов прецизионного формообразования узлов гироприборов с использованием методов ДСВ и напыления, включая оборудование, устройства и приспособления, в том числе и многопозиционные, как универсального, так и специфического назначения.

13. Основные, разработанные в рамках работы, технологические процессы, связанные с изготовлением тонкостенных и сплошных роторов ЭСГ и БЭСГ, а также оборудование и оснастка внедрены в серийное производство с полным обеспечением технической документацией.

14. Основные технические решения, использованные в технологических процессах, защищены двумя патентами Российской Федерации. По результатам работы опубликовано 14 н научных трудов, в том числе статьи и доклады на конференциях, включая зарубежные. Ряд статей был опубликован при поддержке РФФИ в рамках работ по проектам № 06-08-61068 и № 08-08-12032.

1. Гаврилов А.Н. Основы технологии приборостроения. Учебник для втузов. М.: «Высшая школа», 1976.

2. Пешехонов В.Г. Перспективы инерциальной навигации. СПб.: «ЦНИИ Электроприбор», «Гироскопия и навигация», № 1 (8), 1995 г., с. 20-26.

3. Малеев П.И. Новые типы гироскопов. — JL: «Судостроение», 1971.

4. Щербак А.Г., Кедров В.Г., Технология прецизионной диффузионной сварки в точном приборостроении. СПб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 1996, 166 с.

5. Щербак А.Г., Пешехонов В.Г., Анфиногенов A.C. и др. Способ диффузионной сварки полусфер ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2085348 от 01.07.94 г., МКИ В 23 К 20/00.

6. Гусинский В.З., Осипов С.М., Щербак А.Г. Способ изготовления ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2164665 от 09.11.99, МКИ G 01 С 25/00, Бюл. №9,27.03.2001 г.

7. Ландау Б.Е. Электростатический гироскоп со сплошным ротором. СПб.: «ЦНИИ Электроприбор», «Гироскопия и навигация», № 1,1993, с. 6-12.

8. Вольфсон Г.Б., Евстифеев М.И., Пешехонов В.Г., Розенцвейн В.Г., Щербак А.Г., Гравитационный вариометр / патент РФ № 2172967, МКИ G01V 7/10. Бюл. № 16, 10.06.2001 г.

9. Бериллий. Наука и технология / пер. с англ. под ред. Тихинского Г.Ф. и Папирова И.И. М.: «Металлургия», 1984,624 с.

10. Крапотин В.Н., Васильев O.A. Исследование характеристик ползучести металлокерамического дистиллированного бериллия. В сб. «Бериллий и его сплавы» /под ред. В.И. Бельковского и И.В. Шилова, вып.2. М.: ГОНТИ, 1973, с. 65-69.

11. Папиров И.И., Тихинский Г.Ф. Физическое металловедение бериллия. М.: «Атомиздат», 1968,452 с.

12. Гаврюсев В.И. Размерная стабильность материалов и элементов конструкций. Л.: ЦНИИ «Румб», 1990, 113 с.

13. Дарвин Дж. и Баддери Дж. Бериллий. / пер. с англ. под ред. Рейфмана М.Б. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1962, 324 с.

14. Конструкционные материалы: Справочник / под общ. ред. Арзамасова Б.Н. М.: «Машиностроение», .1990, 688 с.

15. Borch N.P. and Hauber Y.R. Creep study high-purity polycrystalline Beryllium. TMS AIME, 242,1933-1936,1968.

16. Кайбышев O.A. Пластичность и сверхпластичность материалов. M.: «Металлургия», 1975,279 с.

17. Розенберг В.Н. Ползучесть металлов. М.: «Металлургия», 1967,276 с.

18. Чадек Й. Ползучесть металлических материалов. Пер. с чешского. М.: «Мир», 1987, 304 с.

19. Золотаревский B.C. Механические свойства металлов: М.: «Металлургия», 1983,352 с.

20. Каракозов Э.С. Сварка металлов давлением. М.: «Машиностроение», 1986,280 с.

21. Метелкин И.И., Павлова М.А., Поздеева Н.В1 Сварка керамики с металлами / под ред. Каракозова Э.С. M¿: «Металлургия», 1977,159 с.

22. Будников П.П., Булавин HlA., Выдрик Г.А. и др. Новая керамика / под общ., ред. П.ШБудникова; Mí: Изд-во лит. по стр-ву, 1969¿ 312 с.

23. Левит A.M. Конструкционные материалы и герметики в вакуумном приборостроении. Mí: «Машиностроение», 1986,60 е.

24. Физико-химические свойства; окислов; Справочник. / под ред. Т.В. Самсонова. М.: «Металлургия», 1978,472 с.

25. Свойства элементов. Справочник/под ред. Е.М; Дрица. М.:«Металлургия», 1965,672 с.

26. Каракозов Э.С., Орлова Л.М., Пешков В.В., Григорьевский В.И. Диффузионная? сварка титана. М.: «Металлургия», 1977,272 с.28: Розбери Ф. Справочник по вакуумной техники и технологии. Пер; с англ. М.: «Энергия», 1972,456 с.

27. Карпов Ю.И. Чижмаков МЛЗ. Особенности формирования покрытий Ti(N,C) на твердосплавных пластинах. СПб.: «Вестник машиностроения», №3,1992.

28. Мюзил Дж., Вискожид Дж., Баскер Р., Уэллер Ф. Механические свойства плёнок нитрида титана. Плазменное осаждение плёнок нитрида^^титана. / Заявка 20935, Англия, 1985;

29. Казаков Н.Ф: Диффузионная; сварка материалов. / Справочник, под ред. Казакова Н.Ф. М.: «Машиностроение», 1981,271 с.

30. M.J. Hädfield. Hollow Rotor ESG Technology — IEEE. Transactions on Aerospace and Electronic System, Y.20, N4,1984, pp.424-425:

31. D.b.McLeod. Miniaturization of the Solid Rotor Electrostatic Gyro The Materials of Conference "NAECON'79", 1979, pp. 1199-1205.

32. Бачин В.А. Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами. М.: «Машиностроение», 1986,184 с.

33. Казаков Н.Ф. Диффузионная сварка материалов. М.: «Машиностроение», 1976, 312 с.

34. Метелкин И.И., Павлова М.А., Доронкина A.A. Сварка высокоглиноземистых керамических материалов с металлами. М.: «Сварочное производство», 1975, N7, с. 33,34.

35. Конюшков Г.В., Зотов Б.Н., Меркин Э.И. Ферриты и их соединения с металлами и керамикой. М.: «Энергия», 1979,232 с.

36. Щербак А.Г., Прецизионная технология диффузионной сварки узлов точного приборостроения., Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук, СПб.: «ЦНИИ Электроприбор», 1995.

37. Каракозов Э.С., Харламов Б.А., Равич A.M., Серов A.A. Механизм образования соединения между сплавами АМЦ и корундовой керамикой при диффузионной сварке. М.: «Сварочное производство», 1987, N12, с. 33-36.

38. Von Daurhl W., Klinger E. Mechanism und thermische Eigenschaffen von schweipverbindungendes Al4200430 mit metallen.- Ber. Dtsch. Keram. Yes. 1969, 46, N1, s. 12-18.

39. Киреев A.C., Струина М.М. Особенности сварки алюмооксидной керамики с применением прослоек из алюминия и его сплавов. В сб. «Достижения и перспективы развития диффузионной сварки». Материалы конференции. М.: «МДНТП», 1990, с. 58-61.

40. Мондольфо Л.Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. М.: «Металлургия», 1979, 640 с.

41. Будников П.П., Гистлинг A.M. Реакции в смесях твёрдых веществ. М.: Изд-во лит. по стр-ву, 1971,482 с.

42. Trageser M.B: Floated Gravity Gradiometer — IEEE. Transactions on Aerospace and Electronic Systems, V20, N4,1984.

43. Малыгин A.A., Алёхина А.П. Основные процессы планарной технологии (Оборудование и методы расчёта). Учебное пособие. СПб.: «СПбГТИ (ТУ)», 1995, 106 с.

44. Хокинг М., Васантасри В., Сидки П. Металлические и керамические покрытия. М.: «Мир», 2000, 520 с.

45. Ройх И.Л., Колтунова Л.Н., Федосов С.Н. Нанесение защитных покрытий в вакууме. М.: «Машиностроение», 1976, 368 с.

46. Данилин Б.С. Получение тонкоплёночных слоев с помощью магнетронной системы ионного распыления. М.: «Радио и связь», 1982,266 с.

47. Данилин Б.С., Сьфчин В;К. Магаетронные распылительные системы. М.: «Радио и связь», 1982,467 с.

48. Данилин Б:С. Применение низкотемпературной плазмы для нанесения* тонких плёнок. М.: «Энергоиздат», 1989, 328 с.

49. Беляев Н.И., Мосичев И.И., Щербака А.Г., Леонов^ Г.М., Установка для диффузионной сварки а.с. № 510029; МКИ В23К 19/00.

50. Конюшков Г.В., Зоркин А.Я., Перекрестов А.П. Моделирование процесса диффузионной сварки материалов за счёт разности ТЮ1Р: Межвузовский научный сб. «Автоматизация: и управление в машино- и приборостроении», Саратов, 2000; с. 69-72.

51. Конюшков Г.В., Перекрёстов А.П. Особенности технологического процесса диффузионной сварки в вакууме с термическими системами давления Сб. «Электронные приборы и устройства нового поколения» Материалы научно-технической конф., Саратов, 2002, с. 17-19.

52. Терновский А.П. Диффузионная сварка с принудительным деформирование (аналитический обзор). М.: «Сварочное производство», 1988, №9 с. 1-4.

53. Комков Н.И. «Модели управления исследованиями и разработками».М.: «Наука», 1978, 344 с.

54. Беляев? С.Н: Структурная схема решения; задач повышения точности неразъёмных соединений' сферических узлов гироприборов» «Гироскопия и навигация» №2(53). Материалы VIII конференции молодых учёных, реферат, СПб:: «РНЦ РФ ЦНИИ Электроприбор», 2006:

55. Балаян F.F., Жарикова F.F., Комков Н.И. Информационно логические модели научных исследований. М.: «Наука», 1978,344 с.

56. Проскуряков A.B. Организация создания и освоения новой техники. М.: «Машиностроение», 1975,224 с.

57. Конюшков Г.В., Копылов Ю.Н. Диффузионная сварка в электронике / под ред. Н.Ф.Казакова. М.: «Энергия», 1979,232 с.

58. Беляев С.Н., Щербак А.Г., Удовиков А.С., Способ изготовления ротора шарового гироскопа. / Патент РФ № 2289790 от 30.06.2005 г., МКИ G01С 25/00, GO 1С 19/06, Бюл. № 35,20.12.2006 г.

59. Кочергин А.К. Сварка давлением. Л.: «Машиностроение», 1972,216 с.

60. Кочергин А.К., Шестаков А.И. К вопросу о зависимости между давлением и температурой при прессовой и диффузионной сварке. Сб. «Сварка» №11, СПб.: «Судостроение», 1968, с.118-120.

61. Тгесо R.M. Thermal Expansion Characteristics Of Beryllium, J.Met.188,1274, 1950.

62. Щербак А.Г., Гаврюсев В.И., Способ изготовления ротора шарового гироскопа / патент РФ № 2257548 от 12.04.2004 г., МКИ G 01 С 25/00, Бюл. №21,27.07.2005 г.

63. Ландау Б.Е., Буцык АЛ., Щербак А.Г., Буравлёв А.П., Беляев С.Н. Способ изготовления ротора шарового гироскопа./ Патент РФ 2286535 от 10.03.2005 г., МКИ G01C 25/00, В23Р 15/00, Бюл. № 30,27.10.2006 г.

64. Беляев С.Н. Технологическое проектирование диффузионной сварки телескопических соединений. СПб.: «Гироскопия и навигация» №3(50). Материалы VII конференции молодых учёных, реферат. ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2005.

65. Беляев С.Н., Удовиков А.С. Технологические аспекты выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов. «Навигация и управление движением» Материалы IX конференции молодых учёных, ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2007.

66. Беляев С.Н. Технологические особенности выбора материалов и методов напыления узлов гироприборов. СПб.: Изв. вузов. «Приборостроение», т.52, №3,2009, с.73.

67. Конструкционные материалы. Справочник / под редакцией Б.Н. Арзамасова. М.: «Машиностроение», 1990, 688 с.

68. Металлы и сплавы. Справочник / под редакцией Ю.П. Солнцева. СПб.: «Профессионал», 2005,1066 с.

69. Беляев С.Н. Прецизионная технология формообразования тонкоплёночных электродов на элементах гравитационного вариометра. СПб.: «Навигация и управление движением» Материалы V конференции молодых учёных, ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2004.

70. Беляев С.Н. Прецизионная технология формообразования тонкоплёночных электродов на элементах изделий точного приборостроения. Материалы IV международного Конгресса «Машиностроительные технологии», Варна, Болгария, 2004.

71. Вольфсон Г.Б. Новые технологии в гравитационной градиентометрии. СПб.: «Гироскопия и навигация» №1(40), 2003, с. 99-109.

72. Казаков Н.Ф., Жуков В.В. Оборудование диффузионной сварки. Сб. №7, М.": МинВУЗ РСФСР, ПНИЛДСВ, 1979; 279 с.

73. Беляев С.Н., Щербак А.Г. Средства оснащения процессов напыления покрытий на узлы гироприборов, имеющие форму тел вращения. «Навигация и управление движением» Материалы X конференции молодых учёных, ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2008.

74. Адлер Ю.П., Макарова'Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. М.: «Наука», 1976,279 с

75. Майсел Л., Гленг Р. Технология тонких пленок, справочник, М., «Советское радио», 1977.

76. Ласка В.Л. и др. Новые плазменные и электронно-ионные методы обработки материалов. Л.: 1976,56 с.

77. Майсел Л. Сб. Физика тонких плёнок, т.З. М.: «Мир», 1967, с 34 47.

78. Хасуй А. Техника напыления. М.: «Машиностроение», 1975.