Разработка и исследование технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов летательных аппаратов

Левин, Александр Владимирович

Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.02, диссертация на тему:Разработка и исследование технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов летательных аппаратов

кандидата технических наук: Левин, Александр Владимирович
город: Москва
год: 2001
специальность ВАК РФ: 05.07.02
цена: 450 рублей

Диссертация по авиационной и ракетно-космической технике на тему «Разработка и исследование технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов летательных аппаратов»

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов летательных аппаратов"

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Экз. Ж

На правах рукописи

УДК 621.9.047.4.06 629.7.027:62-567

ЛЕВИН

АЛЕКСАНДР ВЛАДИМИРОВИЧ

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРОВ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Специальность: 05.07.02 — Проектирование, конструкция и производство летательных аппаратов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва — 2001

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии АКБ «ЯКОРЬ»

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор ПОДКОЛЗИН В. Р.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник МУСИН С. М.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СМОЛЕНЦЕВ В. П.; кандидат технических наук,

ШЕМЕТОВ М.Г.

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие ГосМКБ «Радуга»

Защита диссертации состоится 14 июня 2001 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 403.007.01 в открытом акционерном обществе «Национальный институт авиационных технологий» по адресу: 103051, г. Москва, ул. Петровка, 24, стр. 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке открытого акционерного общества «Национальный институт авиационных технологий»

Автореферат разослан 11 мая 2001 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор

Е. В. ЕГОРОВ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Авиация России - это единый оборонный и народнохозяйственный комплекс, который включает в себя государственную, гражданскую и экспериментальную авиацию, авиационную науку, промышленность, инфраструктуру и систему подготовки кадров. В соответствии с концепцией развития авиации РФ наличие мощной современной военной и гражданской авиации России, авиационной науки и промышленности является свидетельством стабильного экономического положения, гарантом национальной безопасности и способствует укреплению международного престижа страны.

Одной из главных задач является повышение качества авиационной техники и её всестороннее развитие при ограничении ресурсных потребностей, что в значительной степени связано с дальнейшим ростом уровня электрификации летательных аппаратов (ЛА), повышением требований к надежности, качеству электрической энергии и весовым характеристикам бортовых систем электроснабжения.

Анализ систем электроснабжения отечественных и зарубежных JIA показывает, что в настоящее время монопольное положение занимают системы электроснабжения (СЭС) переменного тока 115/200 В постоянной частоты 400 Гц. Реализация новых научно-технических идей, технологий и материалов позволили обеспечить достаточно высокий уровень функциональной эффективности и в основном удовлетворить требования, предъявляемые к СЭС JIA военного и гражданского назначения. Отечественные авиационно-космические электрические . машины переменного тока обладают высокими показателями удельной массы и составляют величину до 0,63 кг/кВА не уступая зарубежным аналогам, у которых лучшие образцы имеют величину показателя до 0,60 кг/кВА.

В соответствии с основными направлениями военно-технической политики России значительно повышаются требования, предъявляемые к боевым авиационным комплексам и воздушным судам гражданской авиации, вследствие чего существующие показатели удельной массы авиационных электрических машин не удовлетворяют перспективным конструктивно-схемным решениям разработчиков JLA и их бортового оборудования, что' обуславливает актуальность работ, по увеличению удельной мощности и снижению веса авиационных электрических машин. Особенностями современного авиамашиностроения являются постоянное увеличение мощности и производительности выпускаемых электродвигателей, генераторов, агрегатов, приборов и изделий. Наиболее перспективными являются бесщеточные высокооборотные

магнитоэлектрические электромашины (БВЭ). В связи с этим исследования и разработка современных конструкций, технологических процессов

изготовления магнитоэлектрических роторов, наиболее важных узлов бесщеточных высокооборотных магнитоэлектрических машин, является весьма актуальной проблемой для современного производства агрегатов летательных аппаратов.

В результате этого наблюдается постоянный рост потребления высокоэнергетических магнитов, металлов и сплавов с более высокими механическими и специальными характеристиками, обработка которых традиционными методами формообразования, основанными на резании, затруднена, а во многих случаях экономически нецелесообразна.

В АКБ «ЖОРЬ» за последние годы выполнены комплексные научно-исследовательские работы в области разработок новых технологий, оборудования, теоретических проблем производства изделий авиационной техники, в том числе крупные научно-исследовательские работы по разработке, исследованию и внедрению в промышленность прогрессивных технологических процессов, специального оборудования для размерных комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, в которых автор принял непосредственное участие в качестве ведущего специалиста.

Результаты работы явились технологической основой освоения и внедрения в серию конструкций электромашин с электромагнитными узлами (ротора, статора из высококоэрцитивных литых сплавов и редкоземельных постоянных магнитов), а также стимулировали создание на более высоком уровне новых схемных и конструктивных решений магнитоэлектрических роторов электрических машин, организацию и освоение новых изделий в серийном производстве для авиакосмической техники.

Цель работы состоит в разработке высокопроизводительных ресурсосберегающих технологических процессов изготовления современных конструкций роторов магнитоэлектрических машин, позволяющих изготавливать магнитоэлектрические агрегаты летательных аппаратов, обеспечивающие современные тактико-технические данные изделий, за счет создания и реализации эффективных конструктивных и технологических решений по применению комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки (КЭФЭХ МО) и композиционных материалов (КП) с металлической матрицей.

Для достижения поставленной цели в работе решалась научная задача по определению параметров и технологических режимов процессов и методов оптимального управления производством для обеспечения максимальной производительности и экономии материальных и энергетических ресурсов.

обработки, теории абразивной обработки, теории резания, теории пайки, теории сварки и технологии машиностроения. Для количественной оценки влияния технологических факторов на основные дифференциальные характеристики разрабатываемых технологических процессов применялись математическое моделирование на основе многофакторного анализа и планирования эксперимента, оптимизация в условиях неопределенности.

Научная новизна работы заключается в следующем:

На основании комплекса теоретических и экспериментальных исследований, внедрения результатов в производство решена важная народнохозяйственная проблема разработки процессов изготовления магнитоэлектрических роторов на основе высококоэрцитивных и редкоземельных магнитов и получены новые научные результаты:

1. Закономерности проявления синергетических эффектов в комбинированных электрофизических и электрохимических методах обработки профильных поверхностей постоянных магнитов магнитоэлектрических машин.

2. Закономерности протекания комбинированных процессов при неаддитивности съема металла в субтракт ив ных средах с перекрестным массовым автокаталитическим взаимодействием составляющих, приводящим к возникновению мигрирующих микрозон обработки с проявлением механохимических эффектов, которые увеличивают производительность изготовления магнитоэлектрических роторов вдвое.

3. Моделирование формы контактирования абразивных зерен профильного дискового электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью для процесса многопроходного комбинированного электроабразивного шлифования.

4. Метод изготовления ротора магнитоэлектрической машины путем наплавления на внутреннюю поверхность заготовки немагнитного материала, например мельхиора, до образования втулки с последующей обработкой сегментов и образованием пазов из периферийных участков втулки. Данный метод позволяет создавать высокоскоростные магнитоэлектрические машины.

5. Метод изготовления полиметаллических «бавдажных» элементов конструкции магнитоэлектрических роторов, состоящих из ферромагнитных и диамагнитных компонентов.

6. Метод изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин путем нанесения пленочного полимерного материала, расплавляемого при термообработке, антиадгезионной пленки и термоусаживающегося материала. Данный метод позволяет упрочнять бандажи электрических машин в условиях работы при динамических нагрузках.

7. Исследованы возможности изготовления «бандажных» элементов роторов с использованием композиционных

непрофилированных бор-углеродных нитей для изготовления перспективных конструкций магнитоэлектрических роторов, что в дальнейшем может служить основой для совершенствования и повышения эффективности магнитоэлектрических машин летательных аппаратов.

Достоверность результатов определяется использованием теоретически обоснованных и проверенных практикой фундаментальных положений методов математического анализа с учетом достижений теории комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, теории абразивной обработки, теории резания, теории пайки, теории сварки и технологии машиностроения, многофакторного анализа и планирования эксперимента, оптимизации в условиях неопределенности. Научные положения и практические рекомендации результатов работы обоснованы опытно - промышленными испытаниями и внедрением в опытное и серийное производство разработанных технологических процессов.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны и внедрены в производство следующие универсальные технологические процессы:

комбинированное электроэрозионно-электрохимическое

разрезание заготовок постоянных магнитов, обеспечивающие сокращение технологического цикла создания новых изделий в 1,5-2 раза, улучшение их технологичности при повышении производительности труда в 3-5 раз и одновременном снижении отходов заготовок магнитов в брак в 1,5-Зраза;

комбинированное электроабразивное шлифование профильных поверхностей постоянных магнитов из перспективных высококоэрцитивных сплавов с направленной кристаллизацией зерен, редкоземельных самарий-кобальтовых магнитов, что позволило создать и освоить производство современных магнитоэлектрических изделий: генераторов серии АГ-0,25, АГ-0,25Д, СГК; высокооборотных электромашинных преобразователей серии ПТ, ПТО, ПО; электродвигателей и тахогенераторов серий МП, МА, ТАГ, отличающихся высокими удельными массо-энергетическими характеристиками для современных авиакосмических объектов моделей ТУ, МИГ, СУ, Як, Буран; источников питания электрической энергией бортовой аппаратуры зенитных ракет комплексов типа 5П55; ряда систем спецтехники военного назначения, со значительным выигрышем в массе и габаритах (1,4. ..2 раза), обладающие высокой надежностью, ресурсом, при повышении производительности обработки магнитов в 3...4 и более раз, сокращении брака в 2...3 раза; изготовление магнитоэлектрических роторов, статоров магнитоэлектрических машин с заданными характеристиками; технология изготовления полиметаллических бандажей повышенной прочности с высокими точностными параметрами границ зон ферромагнетика и диамегнетика для изготовления сборных

магнитоэлектрических роторов на основе магнитов с направленной кристаллизацией зерен и редкоземельных магнитов;

технология сборки, обеспечивающая высокое качество

изготовления магнитоэлектрических роторов и статоров из высококоэрцитивных сплавов для ряда магнитоэлектрических машин серий ГС-3, ГС-ЗРМ, МП-3, МП-ЗС, МП-1, АГ-0,25 и др.

2. Результаты работы автора в области комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки магнитоэлектрических роторов, их компонентов, технологические процессы сборки роторов, изготовления полиметаллических бандажных обойм для роторов, получили внедрение в АКБ "Якорь", КЭМПО им. Лепсе, МНПО "Коммунар", СЭГПО, УАПКО, ТЭМЗ, ММЗ "Маяк" и на других предприятиях страны со значительным экономическим эффектом в сфере производства.

3. Разработка новых оригинальных технологий комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки способствовала своевременному решению важных народно-хозяйственных проблем создания агрегатов ЛА на соответствующем современном научно-техническом уровне.

На защиту выносятся:

1. Методика исследования технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов, включающая:

математическую модель и алгоритм оценки параметров технологического процесса формообразования поверхности

комбинированными методами обработки;

математическую- модель и алгоритм выбора технологического режима комбинированного электроабразивного шлифования и электроэрозионно-электрохимического разрезания литых постоянных магнитов.

2. Метод изготовления сборных безобмоточных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов.

3. Метод изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин.

4. Рекомендации по выбору технологий изготовления элементов конструкций роторов электрических машин на основе композиционных материалов и покрытий.

Апробация работы. Основные результаты технологических исследований, разработок в области производства современных магнитоэлектрических машин докладывались на симпозиумах, всесоюзных, отраслевых, межвузовских, республиканских конференциях, научно-технических семинарах, координационных совещаниях, коллегиях министерства, на Всесоюзных и Всероссийских конференциях по электрофизическим, электрохимическим и комбинированным методам обработки,

в том числе: "Эхо-80", "Эхо-86" в городах Туле (ТПИ-1980 г., 1986 г.); в Кишиневе (1989 г.); в Уфе (УАИ - 1983 г., 1988 г.); в Казани (1983 г.) на Всесоюзных конференциях по высококоэрцитивным сплавам и постоянным магнитам в Новочеркасске (1985 г.), научно-технических конференциях МАТИ, НИАТа, ЭНИМСа, НИИДа, НИТИ, УкрНИИССМИ, Института электрохимии АН СССР и других организаций, предприятий, институтов, на ВДНХ СССР, на МДНТП в городах Москве, Киеве, Тюмени, Пензе, Перми, Запорожье в период с 19S0 по 2000 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ; получено 12 авторских свидетельств на изобретения, 4 работы находятся в печати в материалах Международного симпозиума «Якоби-2000», который состоится в мае 2001 года.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и содержит 158 страниц машинописного текста, 9 таблиц, 24 рисунка, библиографический список, включающий 184 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна результатов, дана аннотация разделов и приведены положения и результаты, которые выносятся на защиту.

В первой главе на основе анализа современного производства магнитоэлектрических машин для авиакосмической электроэнергетики и электромеханики, обосновывается актуальность решения задачи, поиска высокопроизводительных ресурсосберегающих технологических

процессов изготовления современных конструкций магнитоэлектрических роторов и их составных компонентов.

Установлено, что широкое применение магнитоэлектрических машин в авиации сдерживается двумя основными факторами: во-первых, разработкой эффективных методов изготовления постоянных магнитов, в частности технологических процессов формирования профильных поверхностей магнитов с направленной кристаллизацией зерен; во-вторых, разработкой эффективных конструкторско-технологических решений сборки роторов, как на базе редкоземельных магнитов, так и высококоэрцитивных с направленной кристаллизацией зерен, в которых ведущую роль играют методы закрепления магнитов биметаллическими либо ^профилированными бандажами и бандажами на основе композиционных материалов и покрытий.

кристаллизацией текстуры, магнитов из редкоземельных металлов, полиметаллических бандажей, композиционных материалов и покрытий, позволяют конструировать, изготавливать и внедрять в производство магнитоэлектрические агрегаты летательных аппаратов, обеспечивающие современные тактико-технические требования.

Анализ данных, приведенных в литературных источниках, патентных материалах показывает, что вышеотмеченные проблемы недостаточно разработаны. Их решению способствовали работы отечественных ученых и специалистов А.И. Бертинова, В.А. Балагурова и многих других, а также и зарубежных фирм: Fanuc, Toshiba, Siemens, General Electric и др. в области создания магнитоэлектрических роторов, а также работы Ю.Н. Петрова, В.П. Смоленцева, В.М. Мордехая и др. в области разработки электрофизических и электрохимических методов обработки труднообрабатываемых материалов, к которым относятся постоянные магниты.

На основании изложенного определена цель работы, для достижения которой сформулированы следующие задачи исследований:

1. Разработка и внедрение технологичных конструкций сборочных единиц магнитоэлектрических роторов.

2. Разработка и внедрение прогрессивных технологических процессов изготовления "бандажных" элементов магнитоэлектрических роторов.

3. Обоснование применения технологических процессов изготовления и обработки постоянных магнитов из высокоэнергетических сплавов с направленной кристаллизацией текстуры, редкоземельных сплавов.комбинированными электрофизическими и электрохимическими методами обработки и соответствующего специального оборудования, приспособлений и инструмента.

4. Разработка рекомендаций по изготовлению соединений изделий из композиционных материалов.

Во второй главе разработана методика исследования технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов. В главе представлены теоретические основы термодинамического процесса изменения поверхности комбинированными электрофизическими и электрохимическими методам и обоснована математическая модель технологического процесса формообразования поверхности комбинированными методами обработки, представляющая собой систему дифференциальных уравнений, полученных по аналитическим уравнениям соответственно для деформационной, термической, химической, электрической составляющих форм процесса и их перекрестных связей.

Взаимодействие обрабатываемой поверхности с рабочей средой, инструментом в термодинамическом отношении характеризуется

величиной изменения свободной энергии, энтропии, температуры. Такое взаимодействие, в общем случае, определяется не только энергетическим барьером контактных фаз, но и химическими потенциалами контактирующих поверхностей, растворов, определяющих скорости протекающих химических реакций, принадлежащих к термически активируемым процессам, а поэтому электроэрозионные, механические и др. воздействия в комбинированных электрофизических и электрохимических методах обработки изменяют "активационные" барьеры обрабатываемой поверхности, зон комбинированных воздействий, и обусловливают возникновение взаимноперекрестных процессов, вызывающих локальное изменение структуры обрабатываемого материала, инструмента, зоны обработки, химических потенциалов компонентов реакций. Поэтому представляется целесообразным рассмотрение изменения химических потенциалов компонентов реакций в связи с электромеханическим воздействием на них при КЭФЭХ методах обработки.

В общем виде скорость реакций на обрабатываемой поверхности при КЭФЭХ методах обработки описывается в форме:

А + В+С + ...->М' + 0 + 0...->х + у + г + ..., (1)

где А, В, С....- исходные компоненты обрабатываемой поверхности, электролита, электрода-инструмента;

М++ - активированный комплекс;

Ц О,... - промежуточные соединения;

х,у, 2 ...- продукты реакций.

Рассматривая зону микроконтактирования обрабатываемой поверхности абразивных зёрен в процессе комбинированного электрообразивного шлифования (КЭАШ), выделено несколько стадий контактирования: лёгкое скольжение; деформационное упрочнение; разрушение связей стружки с основным материалом.

Сочетания совместно действующих первичных силовых, электрических, термических, химических факторов с механохимическим, хемомеханическим и другими эффектами, образуют сложные комплексы тесно взаимосвязанных явлений комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки металлов, представляющих собой особый физико-химический механизм процессов, обладающий новыми качествами и позволяющий, получать новые технические эффекты.

Необратимость процессов КЭФЭХ методов обработки с термодинамических позиций позволяет привлечь к моделированию их механизма основные уравнения термодинамики необратимых процессов.

Термодинамические системы основных комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки металлов представлены деформационной, термической, химической и электрической

составляющими процесса. Обобщенные параметры этих процессов приведены в табл.1.

Обоснована математическая модель технологического процесса формообразования поверхности комбинированными методами обработки, представляющая собой систему дифференциальных уравнений, полученных по аналитическим уравнениям соответственно для деформационной, термической, химической, электрической составляющих форм процесса и их перекрестных связей, вида: <Иг = Ц Х(1Р 4- ЬпйТ + ¿пфг + Ьис1ф

сЦт = Ь^йР -+ Ь21с1Т + йцх + (2)

сих = 1ЪХАР + Ьпс1Т +

сИэ = Ь4,(1Р + Ьп<1Т + £43фх + , где Jg, Jт, Jx, /э - соответственно деформационное, термическое,

химическое, электрическое значение потока; Р - сила;

Т - абсолютная температура; /1 - химический потенциал; (р - электрический потенциал;

£п, 1Л1, ¿п,£!4, ... Х4,,¿4,,¿43, Ьи - соответственно коэффициенты переноса относительно действия Р, Т, /и , (р.

В процессе исследований на основе выбранного показателя оптимизации, которым является производительность станка, объем удаления материала детали до заданных геометрических размеров в единицу времени, с учетом параметров технологического режима разработана методика, позволяющая:

определить параметры и технологические режимы процесса изготовления конструкций магнитоэлектрических роторов с использованием высококоэрцитивных и редкоземельных магнитов с минимизацией уровня брака и максимизацией производительности;

оценить эффективность конкретного комбинированного электрохимического метода шлифования профильных поверхностей литых сплавов для постоянных магнитов (ЛСДПМ);

оценить взаимное влияние параметров и технологических режимов процесса изготовления конструкций магнитоэлектрических роторов на производительность.

Результаты решения оптимизационной задачи подтвердили, что алгоритм моделирования технологического процесса формообразования поверхности КЭФЭХ МО, полученный на основе многофакторного анализа и теории планирования эксперимента, позволяет с достаточной точностью

определять параметры технологического режима, которые обеспечивают увеличение производительности и экономию материальных ресурсов.

В третьей главе приведены материалы исследований процессов изготовления сборных безобмоточных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов, полиметаллических бандажных элементов магнитоэлектрических роторов. Разработаны способы соединения разнородных сплавов бесконтактной высокоскоростной машины и оптимальные технологические процессы в области направленной кристаллизации расплавленного припоя в полиметаллических изделиях электромашин.

Изготовление магнитов с направленной кристаллизацией зерен возможно только в форме параллелепипеда без предварительного оформления их цилиндрических поверхностей. Последнее в сочетании с исключительно высокой хрупкостью сплавов типа ЮНДК35Т5БА существенно затрудняет их обработку и обусловило необходимость проведения данного раздела. Физико-химические комбинированные процессы основаны на совместном использовании разнородных по своей природе процессах, оказывающих взаимное влияние друг на друга и определяющих объемный характер одновременной обработки поверхности детали с различной локальной интенсивностью и граничными условиями.

При этом в зависимости от технологических режимов обработки решающее значение может иметь механическое, электроэрозионное или электрохимическое воздействие. Установлено, что точность обработки КЭФЭХ МО лимитируется не только точностью перемещения элементов оборудования, но также точностью и стабильностью комплексного инструмента - воспроизводящего поля. Рассмотрены основные структурные схемы и технологические особенности образования "инструмента", который каждый раз формируется при обработке конкретной детали и определяется параметрами электродов, источника питания, межэлектродной среды, физико-химическими процессами и т.п. Установлено влияние последействия физико-химических процессов на протекание последующего вида обработки. Это позволяет использовать физические и химические эффекты для совершенствования комбинированных электрохимических методов обработки профильных поверхностей постоянных магнитов и повышения их технологических показателей.

Формообразование обрабатываемой поверхности детали КЭФЭХ МО возможно осуществлять двумя методами обратного копирования рабочей поверхности электрода-инструмента:

одновременное по нормали к обрабатываемой поверхности; последовательное оформление локальных структурных элементов обрабатываемой профильной поверхности.

Первый метод обработки характеризуется относительно равными условиями формирования поверхности, малой величиной перемещения электродов, которая практически равна величине снимаемого припуска, возможностью ввода в зону обработки максимального энергетического воздействия, что регламентирует условия достижения предельных значений по производительности, качеству обрабатываемой поверхности.

Второй метод формообразования использует принцип синтеза структурных элементов детали, последовательно оформляемыми многоразовым комбинируемым инструментом, определяющим воспроизводящее поле обрабатывающей системы. В процессе относительного перемещения электродов структурные элементы обрабатываемой поверхности испытывают различные воздействия в локальных зонах МЭП, оказывая в свою очередь влияние на формирование воспроизводящего поля процесса обработки. В целях получения надежной информации об исследуемой области физико-химических явлений КЭФЭХ МО в наших работах используется принцип "расщепления" рабочего электродного пространства на зоны с относительно однородными, внешне наблюдаемыми, явлениями, изучение которых приводило к раскрытию их внутренних, закономерных связей, способствующих росту объективных знаний о сущности комбинированных процессов.

Выявлено, что первый метод обработки с соосным расположением электродов является эффективным при обработке плоскостей, профильных поверхностей деталей, выполненных из чистых металлов, свободных от неметаллических включений, присутствующих, как правило, в сплавах для постоянных магнитов, что препятствует его использованию при обработке их профильных поверхностей.

При втором методе формообразования, осуществляемом вращающимся дисковым профильным металлоабразивным инструментом с подводом электролита как в зону обработки, так и при его подводе на удаленную часть электрода-инструмента, обработка может

осуществляться как при попутной подачи инструмента и обрабатываемой детали так и при встречной. При съеме припуска в один или несколько проходов.

Я^з^ЕЕ^Е; (3)

ь =1ф(4) 4 д -я,

где Н] - межэлектродный зазор в осевом направлении в точке N1;

¿4 - длина линии зоны бесконтактного анодного растворения обрабатываемого металла;

К.1 - коэффициент, зависящий от параметров электролита; V, - линейная скорость рабочей поверхности электрода-инструмента;

Ьо - толщина слоя электролига, увлекаемая поверхностью электрода-инструмента;

50 - осевой межэлектродный зазор; К - радиус рабочей поверхности электрода-инструмента; g - ускорение свободного падения.

Установлены оптимальные режимы комбинированного электрохимического шлифования профильных поверхностей постоянных магнитов роторов. Показано, что в общем случае технологические схемы КЭФЭХ МО не тождественны схемам традиционных методов механической обработки и существенно отличаются от них механизмом пространственной генерации обрабатываемой поверхности. Это позволяет практически при обработке микродозами добиваться существенного повышения производительности, качества обработки, стойкости режущего инструмента по сравнению с механической обработкой. В зависимости от исследуемого процесса выявлены характерные зоны комбинированной обработки с контактным и бесконтактным взаимодействием электродных поверхностей, технологические особенности электрогидродинамических режимов. Так, например, при встречном глубинном комбинированном электрохимическом шлифовании профильных поверхностей (рис. 1) выделены н исследованы следующие зоны обработки:

- анодного растворения металла заготовки на участке встречи электродных поверхностей;

1,2 - совмещенного механохимического, электроэрозионного и анодного взаимодействия;

Ьз - бесконтактного анодного растворения;

Ь4 - зона бесконтактного анодного растворения обрабатываемого металла на ¡-ом участке расхождения поверхностей электродов:

Установлены зависимости длины линии контактирования Ь абразивных зерен профильного дискового электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью от технологических параметров:

для многопроходного комбинированного электроабразивного шлифования (КЭАШ) профильной поверхностью Ьпп дискового электрода-инструмента:

где Ьпп - длина линии контактирования электрода-инструмента с обрабатываемой поверхностью;

5 - продольная подача электродов; - съем металла с Ьой зоны обрабатываемой поверхности;

(5)

Я/ - коэффициенты приведенной производительности в 1-ых зонах обработки.

Показано, что общий съем металла с обрабатываемой поверхности определяется выражением

1=0

где ЛТ{ - время обработки поверхности в 1 - той зоне профильной поверхности магнита.

(7)

где Г/ - время обработки поверхности в ¡-той зоне профильной поверхности магнита;

¿, - суммарный путь контактирования ¡-ой точки обрабатываемой поверхности с поверхностью электрода-инструмента; - локальная продольная подача электродов. Выявлено, что кинематика относительных движений электродных поверхностей существенно влияет на продолжительность обработки в соответствующей зоне, формирование гидродинамического режима и стабильность процесса формообразования обрабатываемой поверхности.

Определение технологических возможностей, достоинств методов и их разновидностей устанавливалось анализом и экспериментальным исследованием схем обработки, отличающихся токоподводом, подачей электролита, относительными перемещениями электродов, видом и структурой рабочей поверхности инструмента. На основании обработки экспериментальных данных получены зависимости для определения коррекции профильных поверхностей комбинированных инструментов при КЭАШ:

вогнутых профильных поверхностей:

^,, = ^ + ¿„4-1,73; (8)

выпуклых профильных поверхностей:

= +0,94, (9)

/ и

где Яэ и \ К- 3 и - радиусы рабочих поверхностей комбинированных

инструментов в поперечном сечении;

I н

г ; - радиуса обрабатываемых поверхностей деталей; 50 - осевой межэлектродный зазор.

Установлено, что в процессе КЭАШ практически отсутствуют существенные механические и температурные воздействия на обрабатываемую поверхность деталей.

На основе исследовании обработки деталей, разработаны и внедрены в производство следующие прогрессивные КЭФЭХ МО:

технологические процессы КЭФЭХ разрезания заготовок постоянных магнитов из сплавов типа ЮНДК35Т5БА;

технологические процессы КЭАШ постоянных магнитов, обработка прямолинейных фасонных поверхностей роторных и статорных магнитов.

Исследованы зависимости производительности процесса, неплоскостности обработанной поверхности, межэлектродного зазора, величины плотности тока, скорости съема металла при варьировании параметров технологического процесса (см. рис. 2).

Результаты исследований, разработанное оборудование, технологические процессы КЭАШ профильных поверхностей магнитов внедрены со значительным экономическим эффектом в производство ФГУП АКБ «ЯКОРЬ» и ряда серийных предприятий.

Приводятся результаты исследований по ■ разработке конструкторско-технологических решений изготовления ряда магнитоэлектрических роторов на основе редкоземельных магнитов, характерных намагничиванием в тангенциальном направлении, что существенно изменяет конструкцию и технологию изготовления, как отдельных элементов роторов, так и технологических процессов сборки, отделки. В результате комплексных работ в этом наиболее актуальном направлении разработано, всесторонне исследовано и внедрено в производство несколько оригинальных конструкторско-технологических решений, защищенных авторскими свидетельствами.

Разработан способ, который позволил повысить надежность электрической машины за счет увеличения жесткости конструкции ротора, что достигается последовательностью операций сборки ротора магнитоэлектрической машины, включающей сборку полюсных сегментов, закрепление их с торцов, установку обоймы, насадку на вал, установку магнитов, каждый из полюсных сегментов фиксируют в осевом направлении вдоль технологических имитаторов магнитов со стороны их горца, затем производят обработку наружной и внутренней поверхностей полюсных сегментов, а после установки обоймы и вала технологические имитаторы магнитов удаляют и производят установку магнитов. Последовательность операций сборки ротора магнитоэлектрической машины показана на рис. 3.

Разработан способ, который позволил повысить прочность конструкции ротора с постоянными магнитами из сплавов с редко земельными металлами за счет применения технологического наплавления на внутреннюю поверхность заготовки немагнитного материала мельхиора,

что достигается тем, что перед обработкой полюсных сегментов на внутреннюю поверхность заготовки наплавляют немагнитный материал, например мельхиор, до образования втулки, а дно пазов образуют из периферийных участков втулки. Принципиальная схема последовательности операций представлена на рис. 4.

Особое внимание уделяется исследованиям технологических процессов изготовления биметаллических бандажей различных конструкций, обеспечивающих надежное закрепление магнитов, полное использование их энергии, требуемых параметров роторов. Ротора такого типа электромашины (рис.5) состоят го системы постоянных магнитов 1, размещаемых на лысках втулки 2, и пустотелого биметаллического бандажа 3, состоящего из чередующихся ферромагнитных А и диамагнитных сегментов В, соединенных между собой методом направленной кристаллизации расплавленного припоя (НРПС). Выполнить соединение магнитных и немагнитных составляющих таких бандажей с обеспечением четких границ и высокой конструктивной прочности с помощью известных методов сварки или пайки считалось практически невозможным, а использование метода НРПС требовало при освоении каждой новой конструкции изделия дополнительных технологических авторских разработок и исследований, результаты которых приводятся в данной главе. Рассматриваются и исследуются различные варианты исполнения метода НРПС, оснастки, заготовок, схем охлаждения заготовок в процессе наплавки, расхода сплавов,

Для создания наиболее благоприятных условий направленной кристаллизации и вытеснения усадочных дефектов, спроектированы и исследовано влияние размеров отверстий и их расположения в специальных душирующих устройствах, исследовано три различных варианта индукционного нагрева заготовок биметаллических бандажей и припоя МНМц20-20. Данные исследования позволили определить оптимальные режимы НРПС и внедрить изготовление биметаллических бандажей на ряде роторов изделий магнитоэлектрических машин в серийном производстве на авиационных электромашиностроительных предприятиях. Приводятся результаты комплексных работ по отработке технологических процессов, приспособлений, устройств по изготовлению данного типа магнитоэлектрических роторов. При этом выявлены недостатки такой конструкции роторов и намечены перспективные направления развития консгрукгорско-технологических исследований.

В четвертой главе отражены начальные результаты первого этапа работы, посвященные поиску альтернативного варианта

биметаллическому бандажу, исследованию методов соединения и закрепления элементов магнитоэлектрического ротора (магнитов, вала, шайб и т.п.) с использованием композиционных материалов (КМ) и покрытий (КЭП) на базе высокопрочных и высокомодульных волокон,

связанных металлическими и неметаллическими матрицами, что обусловлено необходимостью существенного повышения удельной прочности, жесткости магнитоэлектрических роторов и достижения более высоких эксплуатационных характеристик.

Основные параметры КЭП определяются на основе признаков, характеризующих композиционные материалы. Это - гетерофазность КМ и объемное сочетание составляющих его компонентов (фаз), наличие у КМ свойств, которыми не обладает охдельно взятый компонент или фаза. Эти признаки необходимо принять за основу для определения КМ, пока еще окончательно не сформулированного.

Определение. Композиционный материал - это одно- или многокомпонентный гетерогенный материал, представляющий собой объемное сочетание различных фаз, из которых можно выделить связующее и наполнитель, и обладающий свойствами, которых не имеет отдельно взятый исходный компонент или фаза.

В зависимости от наполнителя различают дисперсно-упрочненные и армированные волокнами композиции. Армированные волокнами материалы в свою очередь можно разделить на армированные непрерывными и дискретными волокнами, которые в зависимости от типа их укладки и ориентации в материале создают эффект линейного, плоскостного или объемного армирования. Классификация композиционных материалов и покрытий приведена на рис. 6.

На основе анализа методов скрепления композиционных проволок при многослойном армировании цилиндрических изделий разработан оригинальный авторский метод изготовления бандажей электрических машин и других цилиндрических поверхностей, требующих упрочнения.

Сущность технологического процесса заключается в реализации следующего способа: при намотке бандажа из высокомодульной органической нити (ВОН) после наложения на упрочняемую поверхность (УП) одного или нескольких слоев ВОН укладывают прокладку из пленочного полимерного материала (ППМ), затем продолжают намотку ВОН. Слои ВОН и ППМ таким образом чередуются. На последний слой ВОН или ППМ накладывают слои антиадгезионной пленки, и слой термоусаживающего материала, которые удаляют после отверждения ППМ. Отверждение ППМ проводят в две стадии, на первой расплавляют его, на второй отверждают с одновременным обжатием бандажа за счет усадки термоусаживающего материала.

При реализации предлагаемого способа повышается прочность бандажа при динамических нагрузках за счет обеспечения оптимального соотношения объема волокон и объема связующего, при отсутствии вытекания последнего в процессе термообработки. Кроме того, применение пленочного полимерного материала позволяет отказаться от пропитки нитей жидким связующим, что улучшает условия труда за счет отсутствия

выделения вредных летучих веществ.

В процессе термообработки намотанного бандажа пленка плавится, заполняет собой оставшиеся между нитями пустоты, но при этом не вытекает из бандажа. В месте с тем расстояние между нитями сохраняется, поскольку высокая вязкость расплавленной пленки не позволяет соседним нитям соприкасаться. Это позволяет поддерживать оптимальный объем ^в опт наполнения связующего нитью, который определяется из следующего соотношения:

0,846 , (10)

В.ОПТ. ~ . Ч2

I О

где - минимально возможное расстояние между волокнами

(нитями);

й - диаметр волокна (нити).

В свою очередь оптимальный объем наполнения нитью входит в соотношение

где СУв - предел прочности нити;

СУс{ев)- напряжение в связующем в момент разрушения волокон

при деформации £в;

С?хх ~ прочность композиционного материала.

Из последнего соотношения следует, что <Т хх прямо пропорциональна Уд.

Таким образом, в предложенном способе достигается повышение прочности бандажей, в особенности при динамических нагрузках.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Особенностями современного авиамашиностроения являются постоянное увеличение мощности и производительности выпускаемых электродвигателей, генераторов, агрегатов, приборов и изделий. Наиболее перспективными являются бесщегочные высокооборотные магнитоэлектрические электромашины, обеспечивающие увеличение показателей мобильности применения авиации.

2. Объем использования в опытном машиностроении электрофизических и электрохимических методов обработки постепенно растет, но остается пока незначительным из-за недостаточно высокой точности формообразования, необходимости использования дорогостоящих, с малой стойкостью электродов-инструментов при электроэрозионной обработке и сложных катодов-инструментов с корректированной формообразующей поверхностью при размерной электрохимической обработке.

3. Эффективное использование магнитоэлектрических машин сдерживается двумя основными проблемами:

разработкой эффективных методов изготовления в опытном и мелкосерийном производстве постоянных магнитов из литых высококоэрцитивных анизатропных сплавов, в частности технологических процессов формирования профильных поверхностей магнитов с направленной кристаллизацией зерен;

разработкой эффективных конструкторско-технологических решений сборки роторов, как на базе редкоземельных магнитов, так и высококоэрцитивных с направленной кристаллизацией зерен, в которых ведущую роль играют методы закрепления магнитов биметаллическими либо непрофилированными бандажами и бандажами на основе композиционных материалов и покрытий.

4. Сочетание совместно действующих первичных силовых, электрических, термических, химических факторов с механохимическим, хемомеханическим и другими эффектами, образует комплексы тесно взаимосвязанных явлений комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки металлов, представляющих собой управляемый физико-химический механизм процессов, обладающий качеством, которое позволяет получать эффективные технологические решения.

5. Магнитоэлектрические ротора на основе редкоземельных магнитов, характеризуемые намагничиванием в тангенциальном направлении, существенно изменяют конструкцию и технологию изготовления отдельных элементов роторов, технологичность процессов сборки и отделки.

6. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторских способов сборки роторов электрической машины на основе применения технологических имитаторов магнитов, наплавления на внутреннюю поверхность заготовки перед обработкой полюсных сегментов немагнитного материала мельхиора до образования втулки позволило повысить надежность электрических машин за счет существенного, практически 2-х кратного, увеличения жесткости конструкции.

7. Применение метода направленной кристаллизации расплавленного припоя в технологии изготовления пустотелых биметаллических бандажей сборных роторов обеспечивает получение четких границ и высокую конструктивную прочность соединения ферромагнитных и диамагнитных сегментов бандажа.

8. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторского варианта реализации метода направленной кристаллизации расплавленного припоя на основе применения душирующих устройств с рациональными характеристиками позволило создать благоприятные условия направленной кристаллизации и вытеснения усадочных дефектов, в результате чего, снизился расход немагнитного сплава до 120—130% его веса в готовом изделии, и соответственно, уменьшился припуск на обработку.

9. Сформулирован понятийный аппарат композиционного материала на основе включения в контекст термина «фаза» и исключением из контекста термина «ярко выраженная граница». Данное контекстуальное определение имеет обобщенный смысл и наиболее полно сочетается с представлениями физики, термодинамики, физической и общей химии.

10. ' Установлены оптимальные технологические режимы, спроектированы и испытана технологическая оснастка, оборудование для определенного типа изделия, упрочняемого с помощью композиционных материалов газотермическим методом. Изготовленные изделия не подвергнуты специальным комплексным испытаниям, что не позволяет сделать предварительное заключение по сертификации качества новых технологических процессов, конструкции изделия и применяемого оборудования, технологических режимов методов соединения.

11. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторских способов изготовления бандажей электрических машин и других цилиндрических поверхностей, требующих упрочнения, с использованием чередования слоев высокомодульной органической нити и пленочного полимерного материала на упрочняемую поверхность, с завершающим наложением слоя антиадгезионной пленки и слоя термоусаживающего материала, которые удаляют после отверждения, позволили увеличить прочность бандажа при динамических нагрузках в 2 раза, и улучшить

условия производственной деятельности специалистов за счет исключения операции пропитки.бандажа жидким связующим.

12. Композиционные материалы на металлической основе по сравнению с неметаллической основой имеют более высокие характеристики по прочности, сохраняют свои свойства при достижении достаточно высоких температур, негорючие и обладают электрической проводимостью, что обуславливает потенциальные возможности применения их в авиационном электрооборудовании.

13. Результаты работы внедрены в АКБ "Якорь", КЭМПО им. Лепсе, МНПО "Коммунар", СЭГПО, УАПКО, ММЗ "Маяк" и на других предприятиях со значительным экономическим эффектом в сфере производства.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.

1. Левин A.B., Мордехай В.М. Исследование синергетических эффектов комбинированных электрохимических процессов шлифования магнитов. Третий Международный аэрокосмический конгресс LAC 2000: Сборник тезисов, М., 2000.

2. Левин A.B., Мордехай В.М. Комбинированные электрофизические и электрохимические методы обработки магнитов. Тезисы докладов Международной научной конференции, Гагаринские чтения, МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. Москва, МАТИ, 2000.

3. Левин A.B., Мордехай В.М. История развития конструкций и технологии создания магнитоэлектрических машин аэрокосмической техники. Третий Международный аэрокосмический конгресс LAC2000: Сборник тезисов, М. 2000.

4. Левин A.B., Мордехай В.М., Н.Я. Лепилов, И.И. Алексеев. Способ изготовления ротора магнитоэлектрической машины. Авторское свидетельство СССР № 851663. Опубл. Б.И. № 28,981.

5. Левин A.B., Мордехай В.М. Синергетические эффекты комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки магнитов. Тезисы докладов Международной научной конференции, 26 Гагаринские чтения, МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. Москва, МАТИ, 2000.

6. Левин A.B., Мордехай В.М. Конструктивно-технологические особенности роторов коллекторного типа с редкоземельными магнитами. В сб.: Научно-техническая пропаганда. Вып. 2.3.4.ТС-12. Материалы 8 Всесоюзной конференции по постоянным магнитам - МИСИС, АН СССР, М., ЦНИИТЭИ приборостроения, 1985, c.l 11.

7. Левин A.B., Мордехай В.М. Способ обработки шихтованных пакетов роторов электрических машин. Авторское свидетельство СССР №854694. Опубл. в Б.И. № зо, 1981.

8. Левин A.B., Мордехай В.М. Разработка комбинированных электрохимических методов обработки магнитов. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции: Новые материалы и технологии НМТ-2000. МАТИ - РГТУ им. К.Э. Циолковского. Москва, МАТИ, 2000.

9. Левин A.B., Мордехай В.М. Разработка конструкций и технологии создания магнитоэлектрических машин аэрокосмической техники. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции: Новые материалы и технологии НМТ-2000. МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. Москва, МАТИ, 2000.

10. А.С.862318 (СССР). Способ крепления постоянных магнитов ротора электрической машины. /А.В. Левин, Н.Я. Лепилов, А.Ф. Столбов, В.М. Мордехай и др. - Опубл. в Б.И.,1981,№33/.

11. Левин A.B., Мордехай В.М. Современные методы обработки магнитов электрических машин. Тезисы докладов Всероссийской научно-технической конференции: Новые материалы и технологии НМТ-2000. МАТИ-РГТУ им. К.Э. Циолковского. Москва, МАТИ, 2000.

12. Левин A.B., Мордехай В.М. Разработка комбинированных электрохимических методов обработки магнитов. Тезисы докладов Международной конференции и выставки: Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности. Москва, РХТУ им. Менделеева , 2001.

13. Левин A.B., Мордехай В.М., Таланов А.Н. Способ сборки ротора магнитоэлектрической машины. Авторское свидетельство СССР №1099809 от 6.01.1984.ДСП.

14. Левин A.B., A.B. Мажорин A.B., Bauiypim A.B. Устройство для шихтовки пакетов магнитопроводов электрических .машин Авторское свидетельство СССР №1251236. Опубл. Б.И. №30, 15.08.1986.

15. Левин A.B., Мордехай В.М. и др. Способ сборки электрической машины Авторское свидетельство СССР №126803 от 7.01.1985. ДСП.

16. Левин А. В. Анализ научно-технических материалов и разработка рекомендаций по изготовлению соединений изделий из композиционных материалов. М., Технический отчет 165-96, АКБ «ЯКОРЬ», 1996, с. 27.

17. Левин A.B., Мордехай В.М. Additive combined methods for polishing of aircraft components. Тезисы докладов Международной конференции и выставки: Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности. Москва, РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2001.

18. Левин A.B. Анализ технологических процессов изготовления магнитоэлектрических роторов. М., Технический отчет №64-94, АКБ «ЯКОРЬ», 1994, с. 24.

19. Левин A.B., Мордехай В.М. Methods of combined electrochemical polishing. Тезисы докладов Международной конференции и выставки: Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности. Москва, РХТУ им. Менделеева, 2001.

20. 5727500003. Типовой технологический процесс. Комбинированное электроабразивное шлифование фасонных поверхностей постоянных магнитов, п.я. М-5374, 1986, 12 с. /Мордехай В.М., Левин А.В./.

21. Мордехай В.М., Левин А.В. Разработка конструкций и технологии создания магнитоэлектрических машин аэрокосмической техники. Тезисы докладов Международной конференции и выставки: «Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности. Москва, РХТУ им. Менделеева, 2001.

22. Мордехай В.М., Левин А.В. Combined electrophysical and electrochemical methods of treatment for electric machine-building. Тезисы докладов Международной конференции и выставки, Электрохимия, гальванотехника и обработка поверхности. Москва, РХТУ им. Менделеева, 2001.

23. 5727500002. Типовой технологический процесс. Комбинированное электрохимическое шлифование плоскостей эластичных пружин сжатия самолетных электромашинных преобразователей. п.я. М-5374,1986,3 с. /Мордехай В.М., Левин А.В., Поляков Б.В.1.

24. 8Е0.045.107Д. Комбинированное гальваномеханическое изготовление диамагнитных электрических демпферных экранов роторов магнитоэлектрических генераторов. Технологическая инструкция, п.я. М-5374, 1982, 11 с. /Мордехай В.М., Поляков Б.В., Столбов А.Ф., Левин А.В. и др./.

25. А.С.№1814092 от16.10.90. Способ изготовления коллектора электрической машины./ Левин А. В. идр.1.

26. 5727500001.Типовой технологический процесс. Комбинированная электроэрозионно - электрохимическая разрезка заготовок постоянных магнитов, п.я. М-5374,1986,4с. /Мордехай В.М., Левин А.В., Поляков Б.В./

27. А.С.854694 (СССР). Способ обработки шихтованных пакетов роторов электрических машин. / Мордехай В.М., Левин А.В. -Опубл. в Б.И., 1981, №30/.

28. А.С. 1116945 /СССР/ от 1.07.1980. Способ сборки ротора магнитоэлектрической машины / Левин А.В. и др. /.

29. Патент России № 1801241от 20.11.90. Способ изготовления коллектора электрической машины. /Левин А.В. и др./.

30. Патент России № 1801241 от 07.03.1993. Способ изготовления бандажей на узлах электрических машин. / Левин А.В. и др.1.

Таблица 1.

Обобщенные параметры комбинированных электрофизических и электрохимических процессов обработки металлов

№ п/п Форма процесса Потенциал Обобщенный заряд Работа

1. Деформационная Р (сила) X (перемещение) ЛГ) - О,/.. - Л"

2. Термическая Т (абсолютная температура) Б (энтропия) ¿дТ = Тс15

3. Химическая И (химический потенциал) тх (химическая масса)

4. Электрическая <Р (электрический потенциал) £ (электрический заряд) ¿<2Э =<Ра8

Рис. 1. Принципиальная схема формообразования КЭА профильных поверхностей постоянных магнитов роторов электрических машин

«Г /

а,<40 0,1

цз: 07

ИЗО 0.6

1(23 0,5

0.20

Щ5

0.10

0,05 Е 0.1

95 И5

ПОА»Ч» 1ЕТАЛИ, ММ/МИМ

а) Зависимости производительности процесса, неплоскостности обрабатываемой поверхности и межэлектродного зазора от подачи детали

V ъ

ззс

303 ¿71

гЬ гп

"ел? еГ

3-г

6Я зс

г,с

в/ в/о

У » о/1 Ь--

\ о.

оХ го 1 1

:-^—

го

б) Зависимости площади обработки, величины силы тока, неплоскостности обрабатываемой поверхности от значения величины съема металла

Рис. 2. Результаты исследований производительности процесса при варьировании технологических параметров

Рис. 3. Схема последовательности операций по сборке ротора магнитоэлектрической машины с применением имитаторов

магнитов

1 - полюсные сегменты; 2 - технологические имитаторы магнитов; 3 - планшайбы; 4 - корпус приспособления; 5 - торцовые прижимки; 6 - наружная поверхность полюсных магнитов; 7 - биметаллическая обойма; 8 - внутренняя поверхность полюсных сегментов; 9 - диамагнитный вал; 10 - магниты; 11 - шайбы

в) ротор магнитоэлектрической машины

Рис. 4. Принципиальная схема последовательности операций изготовления ротора с применением технологического наплавления на внутреннюю поверхность заготовки немагнитного материала мельхиора

1 - цилиндрическая заготовка ротора; 2 - отверстие в заготовке; 3 - немагнитная втулка из наплавленного мельхиора; 4 - поверхность полюсных сегментов; 5 - диамагнитное основание пазов под постоянные магниты участок втулки; б - вал ротора; 7 - магниты; 8 - диамагнитные клинья; 9 - торцовые шайбы

Рис. 5. Принципиальная схема магнитоэлектрического ротора на постоянных магнитах с направленной кристаллизацией зерен

Рис. 6. Классификация композиционных материалов и покрытий КМ - композиционный материал; КЭП - композиционное электрохимическое покрытие

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Левин, Александр Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.:.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Современное состояние производства магнитоэлектрических машин для авиакосмической электроэнергетики и электромеханики.

1.2. Анализ перспективных направлений развития авиакосмической электроэнергетики в начале XXI века.

1.2.1. Создание оборудования самолетов с повышенным уровнем электрификации бортовых систем.

1.2.2. Создание автономных электроэнергетических установок повышенной мощности для новых поколений электрооборудования ЛА . V

1.3. Современное состояние технологии производства роторов магнитоэлектрических машин.

1.4. Постановка задачи исследования технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ГЛАВЕ

2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРОВ МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АГРЕГАТОВ.

2.1. Теоретические основы термодинамического процесса изменения поверхности комбинированными электрофизическими и электрохимическими методами.

2.2. Модель технологического процесса формообразования поверхности комбинированными методами обработки

2.3. Технологические объекты исследования эффективности применения комбинированного электрофизического и электрохимического метода обработки литых сплавов.

2.4. Модель оценки технологического режима комбинированного электроабразивного шлифования и электроэрозионно-электрохимического разрезания литых постоянных магнитов

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ГЛАВЕ 2.

3. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ ПРОГРЕССИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРОВ.

3.1. Структурный анализ и исследование процессов формообразования.

3.2. Исследование технологических процессов изготовления сборных безобмоточных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов.;.

3.3. Технологические процессы изготовления бандажных элементов роторов.

3.3.1. Исследования и разработка способов изготовления полиметаллических бандажей магнитоэлектрических роторов

3.3.2. Исследование способов соединения разнородных сплавов бесконтактной высокоскоростной машины.

3.3.3. Исследование оптимальной технологии направленной кристаллизации расплавленного припоя в полиметаллических изделиях электромашин.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ГЛАВЕ 3.

4. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗГОТОВЛЕНИЮ СОЕДИНЕНИЙ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

4.1. Исследование методов изготовления композитов с металлической матрицей.

4.1.1. Исследование методов жидкофазного изготовления композитов

4.2. Исследование электрохимических, химических и газофазных процессов соединения.

4.2.1. Основные параметры электролитов-суспензий и композиционных электрохимических покрытий. Классификация КЭП.

4.2.2. Исследование методов скрепления композиционных проволок при многослойном армировании цилиндрических изделий

4.2.3. Исследование метода газотермического нанесения матричного материала.

4.3. Исследование свойств композиционных материалов

4.4. Технологические процессы изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин.

ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО ГЛАВЕ 4.

Введение 2001 год, диссертация по авиационной и ракетно-космической технике, Левин, Александр Владимирович

Авиация России - это единый оборонный и народнохозяйственный комплекс, который включает в себя государственную, гражданскую и экспериментальную авиацию, авиационную науку, промышленность, инфраструктуру и систему подготовки кадров. В соответствии с концепцией развития авиации РФ наличие мощной современной военной и гражданской авиации России, авиационной науки и промышленности является свидетельством стабильного экономического положения, гарантом национальной безопасности и способствует укреплению международного престижа страны.

Одной из главных задач является повышение качества авиационной техники и её всестороннее развитие при ограничении ресурсных потребностей, что в значительной степени связано с дальнейшим ростом уровня электрификации JIA, повышением требований к надежности, качеству электрической энергии и весовым характеристикам бортовых систем электроснабжения (СЭС).

Анализ систем электроснабжения отечественных и зарубежных JIA показывает, что в настоящее время монопольное положение занимают СЭС переменного тока 115/200 В постоянной частоты 400 Гц. Опыт производства и эксплуатации подобных систем насчитывает более 50 лет. Реализация новых научно-технических идей, технологий и материалов позволили обеспечить достаточно высокий уровень функциональной эффективности и в основном удовлетворить требования, предъявляемые к СЭС JIA военного и гражданского назначения.

Применение первичной СЭС постоянного тока низкого напряжения значительно ухудшает массо-энергетические характеристики отечественных СЭС. Данные, характеризующие удельные массовые показатели СЭС российских и американских ДА, приведены в табл.1.

Таблица 1.

Удельные сравнительные характеристики бортовых систем электроснабжения

ТипЛА Удельная масса СГ, кг/кВА ток = ток

Ту-160 0,63 2,14 (72 кВт)

В-1В 0,61 1,52 (18 кВт)

Су-27 1,15 1,82 (18 кВт)

F-15 0,98 1,65 (12 кВт)

Примечание. СГ - система генерирования.

В целом можно отметить, что удельные массы СЭС переменного тока у рассмотренных JIA достаточно близки. Краткий анализ удельных характеристик позволяет сформулировать задачу по увеличению удельной мощности и снижению веса авиационных электрических машин.

Для авиации, а также других отраслей техники наиболее перспективными являются бесщеточные высокооборотные магнитоэлектрические электромашины (БВЭ).

Сравнительный анализ генераторов электромагнитного и магнитоэлектрического возбуждения (см. табл. 2) показывает, что электрические машины магнитоэлектрического возбуждения с ротором на основе постоянных магнитов, имеют лучшие удельные характеристики по соотношению масса-мощность, обладают большим КПД.

В связи с этим исследования и разработка современных конструкций, технологических процессов изготовления магнитоэлектрических роторов, наиболее важных узлов бесщеточных высокооборотных магнитоэлектрических электромашин, является весьма актуальной проблемой для современного производства агрегатов летательных аппаратов.

Таблица 2.

Сравнительный анализ генераторов электромагнитного и магнитоэлектрического возбуждения

Тип электрическрй-машины ^^^ ЭМ МЭГ ЭМ МЭГ Параметр

Мощность, кВт 120 120 60 60

Частота вращения, 6000 6000 6000 15000 об/мин

Масса генератора, кг 67 62 44 26

Масса ротора, кг 21 17 14 9

Доля массы ротора в полной массе 31 27 32 34 генератора, %

КПД 0,92.0,94 0,95.0,97 0,90.0,92 0,94.0,96

Примечание. ЭМ - генераторов электромагнитного возбуждения;

МЭГ - генераторов магнитоэлектрического возбуждения.

Особенностями современного авиамашиностроения и других отраслей промышленности являются постоянное увеличение мощности и производительности выпускаемых электродвигателей, генераторов, агрегатов, приборов и изделий. В результате этого наблюдается постоянный рост потребления высокоэнергетических магнитов, металлов и сплавов с более высокими механическими и специальными характеристиками, обработка которых традиционными методами формообразования, основанными на резании, затруднена, а во многих случаях экономически нецелесообразна.

В АКБ «ЯКОРЬ» за последние годы выполнены комплексные научно-исследовательские работы в области разработок новых технологий, оборудования, теоретических проблем производства изделий авиационной техники, в том числе крупные научно-исследовательские работы по разработке, исследованию и внедрению в промышленность прогрессивных технологических процессов, специального оборудования для размерных комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, в которых автор принял непосредственное участие в качестве ведущего специалиста.

В настоящее время объем промышленного использования электрофизических и электрохимических методов обработки постепенно растет, но остается пока незначительным из-за недостаточно высокой точности формообразования, необходимости использования дорогостоящих, с малой стойкостью электродов-инструментов при электроэрозионной обработке и сложных катодов-инструментов с корректированной формообразующей поверхностью при размерной электрохимической обработке. Они требуют применения дополнительных механических финишных и доводочных операций. Этими методами невозможно обрабатывать литые сплавы постоянных магнитов, содержащие неметаллические включения, повреждающие рабочую поверхность электрода-инструмента. Им свойственны и другие технико-экономические недостатки.

Разработка и внедрение комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки (КЭФЭХ МО) — одно из прогрессивных направлений развития наукоемкой технологии машиностроительного производства. КЭФЭХ МО основаны на комплексном использовании анодных явлений электролиза для формирования поверхностей обрабатываемых деталей, совмещенных с контактным механическим и совместными контактным и бесконтактным электрическими воздействиями различных методов на зону формообразования обрабатываемой поверхности.

Синергетические явления КЭФЭХ МО исследованы недостаточно, что не позволяет использовать все потенциальные преимущества комбинированной обработки при выполнении магнитов для роторов электрических машин. Осуществление комбинированной обработки позволяет резко сблизить инструмент с обрабатываемой деталью, уменьшить межэлектродные зазоры, тем самым повысить точность формообразования, активно воздействовать на формирование поверхностного слоя обрабатываемых деталей, упростить технологическое оборудование, повысить стабильность, качество обработки и производительность технологических процессов, сократить цикл технологической подготовки производства.

Целью исследования в данной диссертационной работе является:

1. Разработка высокопроизводительных ресурсосберегающих технологических процессов изготовления современных конструкций магнитоэлектрических роторов и их составных компонентов: полиметаллических бандажей, требуемой формы высокоэнергетических постоянных магнитов с направленной кристаллизацией текстуры, магнитов из редкоземельных металлов на основе применения комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки.

2. Повышение надежности, прочности, технологичности, снижение веса и габаритов конструкций электрических машин за счет разработки и реализации эффективных конструктивных и технологических решений по применению композиционных материалов с металлической матрицей.

В качестве теоретической базы исследований в работе использованы методы математического анализа с учетом достижений теории комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки, теории абразивной обработки, теории резания, теории пайки, теории сварки и технологии машиностроения. Для количественной оценки влияния технологических факторов на основные дифференциальные характеристики разрабатываемых технологических процессов применялись математическое моделирование на основе многофакторного анализа и планирования эксперимента, оптимизация в условиях неопределенности. Научная новизна работы заключается в следующем: На основании комплекса теоретических и экспериментальных исследований, внедрения результатов в производство решена важная народнохозяйственная проблема разработки процессов изготовления магнитоэлектрических роторов на основе высококоэрцитивных и редкоземельных магнитов и получены новые научные результаты:

2. Закономерности протекания комбинированных процессов при неаддитивности съема металла в субтрактивных средах с перекрестным массовым автокаталитическим взаимодействием составляющих, приводящим к возникновению мигрирующих микрозон обработки с проявлением механохимических эффектов, которые увеличивают производительность изготовления магнитоэлектрических роторов вдвое.

5. Метод изготовления полиметаллических «бандажных» элементов конструкции магнитоэлектрических роторов, состоящих из ферромагнитных и диамагнитных компонентов.

7. Исследованы возможности изготовления «бандажных» элементов роторов с использованием композиционных непрофилированных бор-углеродных нитей для изготовления перспективных конструкций магнитоэлектрических роторов, что в дальнейшем может служить основой для совершенствования и повышения эффективности магнитоэлектрических машин летательных аппаратов.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны и внедрены в производство следующие универсальные технологические процессы: комбинированное электроэрозионно-электрохимическое разрезание заготовок постоянных магнитов, обеспечивающие сокращение технологического цикла создания новых изделий в 1,5-2 раза, улучшение их технологичности при повышении производительности труда в 3-5 раз и одновременном снижении отходов заготовок магнитов в брак в 1,5-Зраза; комбинированное электроабразивное шлифование профильных поверхностей постоянных магнитов из перспективных высококоэрцитивных сплавов с направленной кристаллизацией зерен, редкоземельных самарий-кобальтовых магнитов, что позволило создать и освоить производство современных магнитоэлектрических изделий: генераторов серии АГ-0,25, АГ-0,25Д, СГК; высокооборотных электромашинных преобразователей серии ПТ, ПТО, ПО; электродвигателей и тахогенераторов серий МП, МА, ТАГ, отличающихся высокими удельными массо-энергетическими характеристиками для современных авиакосмических объектов моделей ТУ, МИГ, СУ, Як, Буран; источников питания электрической энергией бортовой аппаратуры зенитных ракет комплексов типа 5П55; ряда систем спецтехники военного назначения, со значительным выигрышем в массе и габаритах (1,4.2 раза), обладающие высокой надежностью, ресурсом, при повышении производительности обработки магнитов в 3.4 и более раз, сокращении брака в 2.3 раза; изготовление магнитоэлектрических роторов, статоров магнитоэлектрических машин с заданными характеристиками; технология изготовления полиметаллических бандажей повышенной прочности с высокими точностными параметрами границ зон ферромагнетика и диамегнетика для изготовления сборных магнитоэлектрических роторов на основе магнитов с направленной кристаллизацией зерен и редкоземельных магнитов; технология сборки, обеспечивающая высокое качество изготовления магнитоэлектрических роторов и статоров из высококоэрцитивных сплавов для ряда магнитоэлектрических машин серий ГС-3, ГС-ЗРМ, МП-3, МП-ЗС, МП-1, АГ-0,25 и др.

2. Результаты работы автора в области КЭФЭХ МО магнитоэлектрических роторов, их компонентов, технологические процессы сборки роторов, изготовления полиметаллических бандажных обойм для роторов, получили внедрение в АКБ "Якорь", КЭМПО им. Лепсе, МНПО "Коммунар", СЭГПО, УАПКО, ТЭМЗ, ММЗ "Маяк" и на других предприятиях страны со значительным экономическим эффектом в сфере производства.

3. Разработка новых оригинальных технологий, КЭФЭХ МО способствовала своевременному решению важных народно-хозяйственных проблем создания агрегатов ЛА на соответствующем современном научно-техническом уровне.

Всесоюзных конференциях по высококоэрцитивным сплавам и постоянным магнитам в Новочеркасске (1985 г.), научно-технических конференциях МАТИ, НИАТа, ЭНИМСа, НИИДа, НИТИ, УкрНИИССМИ, Института электрохимии АН СССР и других организаций, предприятий, институтов, на ВДНХ СССР, на МДНТП в городах Москве, Киеве, Тюмени, Пензе, Перми, Запорожье в период с 1980 по 2000 г.

Работа состоит из введения, четырех глав и выводов.

В первой главе на основе анализа современного производства магнитоэлектрических машин для авиакосмической электроэнергетики и электромеханики обосновывается актуальность решения задачи поиска высокопроизводительных ресурсосберегающих технологических процессов изготовления современных конструкций магнитоэлектрических роторов и их составных компонентов. Установлено, что эффективное использование магнитоэлектрических машин сдерживается двумя основными проблемами: во-первых, разработкой эффективных методов изготовления постоянных магнитов, в частности технологических процессов формирования профильных поверхностей магнитов с направленной кристаллизацией зерен; во-вторых, разработкой эффективных конструкторско-технологических решений сборки роторов, как на базе редкоземельных магнитов, так и высококоэрцитивных с направленной кристаллизацией зерен, в которых ведущую роль играют методы закрепления магнитов биметаллическими либо непрофилированными бандажами и бандажами на основе композиционных материалов и покрытий.

Рассмотренные технологические процессы на основе применения комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки высокоэнергетических постоянных магнитов с направленной кристаллизацией текстуры, магнитов из редкоземельных металлов, полиметаллических бандажей, композиционных материалов и покрытий, позволяют конструировать, изготавливать и внедрять в производство магнитоэлектрические агрегаты летательных аппаратов, обеспечивающие современные тактико-технические требования.

На основе проведенного анализа сформулирована задача исследования.

На основе выбранного показателя оптимизации, которым является производительность станка, объем удаления материала детали до заданных геометрических размеров в единицу времени, с учетом параметров технологического режима разработана методика, позволяющая: определить параметры и технологические режимы процесса изготовления конструкций магнитоэлектрических роторов с использованием высококоэрцитивных и редкоземельных магнитов с минимизацией уровня брака и максимизацией производительности; оценить эффективность конкретного комбинированного электрохимического метода шлифования профильных поверхностей ЛСДПМ; оценить взаимное влияние параметров и технологических режимов процесса изготовления конструкций магнитоэлектрических роторов на производительность.

Обоснован выбор оптимальных режимов комбинированного электроабразивного шлифования и электроэрозионно-электрохимического разрезания литых постоянных магнитов.

Основное внимание уделяется исследованиям технологических процессов изготовления биметаллических бандажей различных конструкций, обеспечивающих надежное закрепление магнитов, полное использование их энергии, требуемых параметров роторов.

Для создания наиболее благоприятных условий направленной кристаллизации и вытеснения усадочных дефектов, спроектированы и исследованы душирующие устройства при различных вариантах индукционного нагрева заготовок биметаллических бандажей и припоя МНМц20-20.

Разработаны авторские конструкторско-технологические решения сборки роторов высокоскоростных магнитоэлектрических машин.

В четвертой главе дан анализ научно-технических решений и разработаны рекомендации по изготовлению соединений изделий из композиционных материалов.

Исследованы свойства композиционных материалов на неметаллической основе и полимерной основе.

Установлены оптимальные технологические режимы, спроектированы и испытана технологическая оснастка, оборудование для определенного типа изделия, упрочняемого с помощью композиционных материалов газотермическим методом. Разработан способ изготовления бандажей электрических машин путем скрепления композиционных проволок при многослойном армировании цилиндрических изделий, требующих упрочнения, пленочным полимерным материалом.

Представлены рекомендации по применению композиционных материалов на основе металлов.

Публикации.

По теме диссертации автором опубликовано 28 работ [2.10. 2.37], получено 12 авторских свидетельств на изобретения [5.1.5.12], в том числе 4 работы в материалах Международного симпозиума «Якоби - 200», который состоится в июне 2001 года.

На защиту выносятся:

1. Методика исследования технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов, включающая: математическую модель и алгоритм оценки параметров технологического процесса формообразования поверхности комбинированными методами обработки; математическую модель и алгоритм выбора технологического режима комбинированного электроабразивного шлифования и электроэрозионно-электрохимического разрезания литых постоянных магнитов.

2. Метод изготовления сборных безобмоточных роторов из высококоэрцитивных постоянных магнитов.

3. Метод изготовления композиционных бандажей на узлах электрических машин.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность всем своим коллегам, сотрудникам ФГУП АКБ "Якорь", специалистам серийных предприятий совместная работа, дискуссии и обсуждения с которыми результатов этапов исследований позволяла выявлять и решать актуальные научно-технические задачи, что обеспечило внедрение в производство результатов работы.

Заключение диссертация на тему "Разработка и исследование технологических процессов изготовления роторов магнитоэлектрических агрегатов летательных аппаратов"

12. Результаты работы внедрены в АКБ "Якорь", КЭМПО им. Лепсе, МНПО "Коммунар", СЭГПО, УАПКО, ММЗ "Маяк" и на других предприятиях со значительным экономическим эффектом в сфере производства.

1. Книги, монографии, сборники статей

1.1. Адлер Ю.П. Марков Е.П. Планирование эксперимента при оптимальных условиях. - М.: Наука, 1978. 205 с.

1.2. Автонов В.Н. Создание современной техники. - М.: Машиностроение, 1991, 305 с.

1.3. Александер Дж., Л.Дэвис. Изготовление композиционного материала на металлической матрице методом непрерывной пропитки волокон. Сб. Композиционные материалы в конструкции летательных аппаратов. М. Машиностроение, 1975. 271с.

1.4. Асатурян В.И. Теория планирования эксперимента. - М.: Радио и связь, 1983. 248 с.

1.5. Баймаков Ю.В. Электролитическое осаждение металлов. - Л.: ЛХТИ, 1985.- 189 с.

1.6. Балакшин Б.С. Основы технологии машиностроения. - М.: Машиностроение. 1969. - 358 с.

1.7. Барвинский А.П., Козлова А.Г. Электрооборудование самолетов М.: Транспорт, 1990.

1.8. Бертинов АИ., Бут Д. А., Мизюрин С.Р. и др. Специальные электрические машины. Кн. 1, 2 / Под ред. Л. Алиевского. - М.: Энергоатомиздат, 1953.

1.9. Бертинов А.И. Авиационные электрические генераторы. Государственное издательство оборонной промышленности, М. 1959.

1.10. Бирюков Б.Н. Электрофизические и электрохимические методы размерной обработки. -М.: Машиностроение, 1981. 128 с.

1.11. Брусиловский З.М. Формообразование и оптимизация технологических операций электрохимической размерной обработки. -Уфа, 1982.

1.12. Брускин Д.Э. Зубакин С.И. Самолеты с полностью электрифицированным оборудованием. Итоги науки и техники. Том 6.-М.: Изд-во ВИНИТИ, 1980.

1.13. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Наука, 1978. 393 с.

1.14. Бут Д. А. Основы электромеханики. - М.: Изд-во МАИ, 1990.

1.15. Бут Д. А. Бесконтактные электрические машины. - М.: Высшая школа, 1990 . С. История электротехники. /Под ред. Глебова И. А., М.: Изд-во МЭИ, 1999.

1.16. Бут Д.А. Синтез автономных электроэнергетических систем. - М.: Электричество, 1994. 118 с.

1.17. Венцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и ее инженерное приложение. - М.: Наука, 1991. 384 с.

1.18. Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978.

1.19. Вощинин Е.С., Сотиров JT.A. Оптимизация в условиях неопределенности. - Издательство МЭИ Техника НРБ, 1989. 224 с.

1.20. Гурьянов Г.В. Электроосаждение износостойких композиций. Кишинев, 1985.

1.21. Гелин Ф.Д. Металлические материалы. Справочник. Минск: Высшая школа, 1977. 368 с.

1.22. Дружинин Г.В. Методы оценки и прогнозирования качества. - М.: Радио и связь, 1982. 160 с.

1.23. Душинский В.В. и др. Оптимизация технологических процессов в машиностроении. - Киев: Техника, 1977. 290 с.

1.24. Заико А.И. Точность аналоговых линейных измерительных каналов ИИС. - М.: Издательство стандартов, 1987. 135 с.

1.25. Ивоботенко Б.А., Ильинский Н.Ф. Планирование эксперимента в электромеханике. - М.: Энергия, 1975. 184 с.

1.26. Исследование операций / под ред. Дж. Моудера, С. Элмаграби - М.: Мир, 1981. 600 с.

1.27. Испытание электрических микромашин / под ред. Астахова Н.В. -М.: Высшая школа, 1984, 272 с.

1.28. КеллиА. Высокопрочные материалы. М., Мир, 1976, 256с.

1.29. Киселев Е.А., Харитонов О.В., Семенов Б.И. и др. Отчет по научно-технической работе: "Разработка технологии и оборудования для неразъемного соединения изделий из композиционных материалов". - М.: 1982.

1.30. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. - М.: Наука, 1984.-832с.

1.31. Кохан Ю.Д. Современные электроэрозионные станки. - М.: ВНИИТЭМР, 1991.- 220 с.

1.32. Крупецкий В.А., Мордехай В.М., Старухин И.П. Электрохимическая обработка деталей гидроаппаратуры вращающимся электродом инструментом - В кн.: Организация и исследования в области повышения эффективности программного управления в машиностроении. - Ташкент, ТашПИ, 1976. с .73-75.

1.33. Кузьмин Б.А., Самохоцкий А.И., Кузнецова Т.Н. Металлургия, металловедение и конструкционные материалы. М.: Высшая школа, 1977. 368 с.

1.34. Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ. - М.: Радио и связь. 1988. 232 с.

1.35. Малахов А.И., Тютина К.М., Цупак Т.В. Коррозия и основы гальваностегии. М.: Химия, 1987. 372 с.

1.36. Маркова Е.В., Лисенков А.Н. Комбинаторные планы в задачах многофакторного эксперимента. - М.: Наука, 1979. 348 с.

1.37. Марчук Г .И., Образцов И.Ф. и др. Научные основы прогрессивной техники и технологии. - М.,: Машиностроение, 1986. 376 с.

1.38. Мордехай В.М., Верпуховский А.Г. Перспективы внедрения электрохимических методов размерной обработки в электромашиностроении. - В кн.: Основные проблемы развития технологии машиностроения. - М.: ЭНИМС - МДНТП, 1976,с. 139-145.

1.39. Мордехай В.М. Комбинированное электроабразивное шлифование винтовых поверхностей спиральных роторов. - В кн.: Новые электротехнологические процессы в машиностроении. Кишинев, КТИ, 1990.

1.40. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. - М.: Издательство Мир, 1990. 206 с.

1.41. Новик Ф.С., Арсов А.Б. Оптимизация процессов технологии металлов методами планирования эксперимента. - М.: Машиностроение, София, Техника, 1980. 340 с.

1.42. Накопители энергии / Бут Д.А., Алиевский, Б.Л. Мизюрин С.Р. М.: Изд-во МАИ, 1991.

1.43. Особенности физико-химических процессов получения композиционных материалов с помощью плазмы. В кн. Плазменные процессы в металлургии и технологии неорганических материалов. Рыкалин Н.Н., М.Х. Шоршоров, В.В. Кудинов, Ю.А. Галкин и др. /Под ред. Бута Д.А. - М.: Энергоатомиздат, 1991. 230 с.

1.44. Орлов К.Я., Пархимович В.А. Авиационные материалы. - М.: Транспорт, 1993. 207 с.

1.45. Основы металлургического производства /В.К. Бабич, Н.Д. Лукашин и др. М.: Металлургия, 1988. 372 с.

1.46. Поспелов Л.И. Конструкции авиационных электрических машин. /Под ред. ФедосееваА.Ф. - М.: Энергоиздат, 1982, 320 с.

1.47. Сайфуллин Р.С. Композиционные покрытия и материалы. - М.: Химия, 1977. 272 с.

1.48. Сайфуллин Р.С. Неорганические композиционные материалы. -М.: Химия, 1983.- 304 с.

1.49. Саркисян С.А., Старик Д.Э. Экономика авиационной промышленности. - М.: Высшая школа, 1985. 320 с.

1.50. Седыкин Ф.В. Размерная электрохимическая обработка деталей машин. - М.: Машиностроение, 1976. 298 с.

1.51. . Сипайлов Г.А., Кононенко Е.В. Электрические машины. - М.: Высшая школа, 1987. 287 с.

1.52. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей. - М.: Машиностроение, 1978. 176 с.

1.53. Справочник паяльщика. / И.Е. Петрунин, И.Ю. Маркова и др. - М.: Машиностроение, 1991. 224 с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. . Объем промышленного использования электрофизических и электрохимических методов обработки постепенно растет, но остается пока незначительным из-за недостаточно высокой точности формообразования, необходимости использования дорогостоящих, с малой стойкостью электродов-инструментов при электроэрозионной обработке и сложных катодов-инструментов с корректированной формообразующей поверхностью при размерной электрохимической обработке.

2. Эффективное использование магнитоэлектрических машин сдерживается двумя основными проблемами: разработкой эффективных методов изготовления постоянных магнитов, в частности технологических процессов формирования профильных поверхностей магнитов с направленной кристаллизацией зерен; разработкой эффективных конструкторско-технологических решений сборки роторов, как на базе редкоземельных магнитов, так и высококоэрцитивных с направленной кристаллизацией зерен, в которых ведущую роль играют методы закрепления магнитов биметаллическими либо непрофилированными бандажами и бандажами на основе композиционных материалов и покрытий.

3. Сочетание совместно действующих первичных силовых, электрических, термических, химических факторов с механохимическим, хемомеханическим и другими эффектами, образует комплексы тесно взаимосвязанных явлений комбинированных электрофизических и электрохимических методов обработки металлов, представляющих собой управляемый физико-химический механизм процессов, обладающий качеством, которое позволяет получать эффективные технологические решения.

4. Магнитоэлектрические ротора на основе редкоземельных магнитов, характеризуемые намагничиванием в тангенциальном направлении, существенно изменяют конструкцию и технологию изготовления отдельных элементов роторов, технологичность процессов сборки и отделки.

5. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторских способов сборки роторов электрической машины на основе применения технологических имитаторов магнитов, наплавления на внутреннюю поверхность заготовки перед обработкой полюсных сегментов немагнитного материала мельхиора до образования втулки позволило повысить надежность электрических машин за счет существенного, практически 2-х кратного, увеличения жесткости конструкции.

6. Применение метода направленной кристаллизации расплавленного припоя в технологии изготовления пустотелых биметаллических бандажей сборных роторов обеспечивает получение четких границ и высокую конструктивную прочность соединения ферромагнитных и диамагнитных сегментов бандажа.

7. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторского варианта реализации метода направленной кристаллизации расплавленного припоя на основе применения душирующих устройств с рациональными характеристиками позволило создать благоприятные условия направленной кристаллизации и вытеснения усадочных дефектов, в результате чего, снизился расход немагнитного сплава до 120—130% его веса в готовом изделии, и соответственно, уменьшился припуск на обработку.

8. Сформулирован понятийный аппарат композиционного материала на основе включения в контекст термина «фаза» и исключением из контекста термина «ярко выраженная граница». Данное контекстуальное определение имеет обобщенный смысл и наиболее полно сочетается с представлениями физики, термодинамики, физической и общей химии.

9. Установлены оптимальные технологические режимы, спроектированы и испытана технологическая оснастка, оборудование для определенного типа изделия, упрочняемого с помощью композиционных материалов газотермическим методом. Изготовленные изделия не подвергнуты специальным комплексным испытаниям, что не позволяет сделать предварительное заключение по сертификации качества новых технологических процессов, конструкции изделия и применяемого оборудования, технологических режимов методов соединения.

10. Конструкторско-технологические решения и внедрение авторских способов изготовления бандажей электрических машин и других цилиндрических поверхностей, требующих упрочнения, с использованием чередования слоев высокомодульной органической нити и пленочного полимерного материала на упрочняемую поверхность, с завершающим наложением слоя антиадгезионной пленки и слоя термоусаживающего материала, которые удаляют после отверждения, позволили увеличить прочность бандажа при динамических нагрузках в 2 раза, и улучшить условия производственной деятельности специалистов за счет исключения операции пропитки бандажа жидким связующим.

11. Композиционные материалы на металлической основе по сравнению с неметаллической основой имеют более высокие характеристики по прочности, сохраняют свои свойства при достижении достаточно высоких температур, негорючие и обладают электрической проводимостью, что обуславливает потенциальные возможности применения их в авиационной электрооборудовании.

Похожие работы

Авиационная и ракетно-космическая техника
05.07.00