автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Совершенствование лазерной технологии при производстве деталей летательных аппаратов и их двигателей

Государствеяш2 тоеятет РСЗСР во деляа 1щуш и высшей школа

САМАРСКИЙ ОНЕНА. ТРУДОВОГО КРАСШГО ЗНА15ЕНИ ДИАЦИОНННЙ ИаЗТИГУТ ЕМ. шгадешпа. С.П.КОРОЛЕВА

МУРЗИН СЕРГЕЙ ПЕТРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАЯИЗ 1АЗЕРЙЗЙ ТКШ010ПП1 ПП1 ПРОИЗВОДСТВЕ ДЕТАЛЕЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ И ИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Спзцааяьность 05.07.0&- тепловые двигателя летательных аппаратов

Автореферат диссертация на соиокание ученой стопони кандидата технических наук

На правах рукописи Дня случайного польсовгдгл Экз. я _ 72 Инв.'й 166

САМАРА 1991

о

Работа выполнена в Самарском ордена Трудового Красного Знамени авиационном институте имени академика С.П.Королева.

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

Мордасов Василий Иванович Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

профессор

Бекренев Анатолий Николаевич; - кандидат технических наук, доцент Богданович Валерий Иосифович Ведущее предприятие - Куйбышевское Моторостроительное

Производственное объединение имени 1.1. Б. (¿рун зе

Защита состоится "_"_1991г. з_час. на

заседании специализированного Совета Д 053.37.01 при Самарском Ордена Трудового Красного Знамени авиационном институте имени академика С.И.Королева.

Адрес института: 44303В, Самара-36, Московское шоссе 31.

Просим Вас принять участие в обсуждении диссертационной работы или прислать свой отзыв в 2-х экземплярах, заверенный гербовой печатью Вашей организации.

С диссертацией модно ознакомиться б библиотеке института.

Учены;: секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук,

доцент р Ряевский В.П.

I. ОБЩАЯ XA?AICr£?;iCT:2íA РАБОТ!»*

Актуальность темч. Технологгпескло процессы тер-.пчсско;1 зб-работки, основанные на локальном narjwss конструкцнояшсх материалов излучением, с высокой экологической эфрсктизяост'згэ прсмокл-ютоя при .изготовлении детатой и узлоз различных малян и агрегатов. Несмотря на очевидные преимущества лазерных источников тепловой .энергии перед тракпцгоннкмл, строкого применения в технологии производства деталей летательных аппаратов и и;; дзнгате/'Лй лазгры но нашли. СдиоЯ из основных причин является ».•зсопсрго.»';г-во оптических систем формирования и регулирова-гля прсстрачств-.- :-кого распределения энергии излучения, от которого ео многом за:::;-сят качество изделий п их эксплуатационные характеристик/.. Обеспечить соотзетствутвде изменение комплекса физтко-дахаетческих свойств обрабатываемых материал а зезттно с помо'дьэ создатлы;: окодой В.А.Сопора и Л.Н.Слсзкяна отра^аюлах злэгйнтоз плсск'..:; оптики (фокусатороз). Осуществляя: зябрапноп на :'<-але их р гг.- г:л прзебразоэагае лазерной энергии, фскусаторы ггоекоставлякт вез-V,с,¡кость сформировать требуемый прсф.пль и!гт£каг.п:эстл пплукл-.::т з фокальной плоскости. Но для конкретных технологических прокес-ссз лазерной обработки изделий расчет плоски:: оят—осклх К(!НТ03 не проводился. Но разрабатывались конотруллгл фокусаторов, позволяющие изменять профиль интенсивности излучения и регулиро-зать параметры энергетического воздействия идя проведения еоот-ветстзуваей терлгической обработки деталей летато.тьних апгаг-атоз н их двигателей. Ке достаточно полно изучено тел.ювоо возеойот-зио "а материалы потоков излучения со слот-шкмк оаконамл распределения энергии. Не проводились исследования ст-руктугнь.?. чт-е!!;-ний з конструкционных материалах и эксплуатационных характсрис-хик деталей после их лазерной термической обработки с пгчя/а-нэ.':.'-

фокусатсров. Не достаточно полно освещены вопроси освоения зяоеобоз лазерного охяига листовых ш?аллгазс:а:с полугабргкгт.С) из алюминиевых и титановых сплавоз, спекания задптных покрыт/.." и юверхностного упрочнения деталей, применяемых в констру^спнлх двигателей летательных аппаратов.

Диссертация посвядена созданию оят.г-геской системы .для регу-щрования распределения энергии излучения в соответствии с т-¿х-юлогическим назначением, исследованию формирования лазерных :.учков с помощью плоских оптических эг тентов, исследовали» т сигового воздействия на материалы потоков нзлучзнпд со слоеным;; ¡акона-.": распределения эноргги, исследовании структурах чз>.■•:—

:-.• н;:Л 2 ••олоср^ацонных уатерпалах г эхйплуагацисипио: характеристик дзйга7сл?-3 легате гыплс алпаратоз поел? п: лазорксГ. с .'г ал о г ¡с с примечс-ксем ^схугатор:л, ре::о!!ив задач забега олтл-•лчг-нь'): г-ариачтсв техпроцессов г. разработке тнпсвс;! ^с^ лазерного тор:ло-/срэчконая, отжига лпстоз<2с яслуфабри-л для улулл?ллд их стачпуе.'-остл к спекания пэкрытлн. Исг.лодоеззс:« проводились в соотвзтствпя с поета.чсвдежув.'З . ос^аре »«няогс Нсютста СЗСР по пауке и тех'глке (лрогрх".:а -"Лазерная гохшка и технологая" и целоьая кс:.с!локская програ\"'а 0132 "Создание я произьсдство лазер-иг-.: тлх.слх:: для н&родясго хозяйства").

: ли. раости: Повышение зксплуатЕЛиоикш: ларохтерлстпк на лри-р-'" доталс2 компрессора высокого давления газетурбиккого дв;ггат>,--ля :: д-ггдлей двигателя В'утр'пгеего сгорания ¡.'алоразмерного лл-тл-т~.:ъного аппарата £ср\глроЕакпем структур г/лторналов с улучипн;:е.\1 :::};гкоч.'С1хаклчг,скпх своЛста н соверлолстл'ОЕшае технологии лаз'.'р-: торлитчеекой обработки с использованием плоска олтлчосллх

рл-л'-нтов.

Ъ соответствии с постазлзнко" целью определены ссновлне ?а-

Ссздать оатэтескуа систем* для рс-гуллрсващк распределения г?лерг::п излучо'-п.ч з соответствии с тохкологеч-зскп: назначением и лее юдовать .^ор;.глроЕанг.о лазер:шх пучков с помогав плоских опти-"гетл'.х эло?!->нтоь.

..гслсдозать тепловое воздействие на материалы потоков излучения со сло.т-цглл закопали распределения энергии.

Исследовать структур"^' лз-.'олсьл.'л в конструкционных уат ер палах л зкспяуатсдисикие характеристики-деталей ко:л:р~.ссора высокого дазления газотурол:л-:ого двигателя п деталей двигателя в-гутрекиего лгераллд галоразиерного летательного аппарата, подвергнутых лазерной обработке с пргллепекием плоских оптических элементов.

Разработать типовую г.ро\:нлл: лгуэ технологии лазерного термо-углелллллл, от.~:га листоеих полуфабрикатов для ул;» тления их ;гга.\5-пуе:.:е;т:: л спекания похрстий с применением .плоских оптических элементов. .

~<г-тодика лгел-лозакл;!. Теорвягчаскзе исследования л:р:л:рсла:л:я лазерных сучков отр?~шллт,ш оптичоеклла: эле^ентаьа проводились путем интегрирования с дирхеренцлровакия аналитических зависимостей, полученных в ралтках гес:.:етрооптлчзсК2х прибди-

те года лз70~;:ллсз позволило преззстл ргвчо? ?с.\> лзратут'пл; :. -.тсй з тгокслругздлоннкд материалах.

Э:гс.юр:г 'знталвппе псслодованля прозодпхтоь зсагг. в лайорз?ср:гл лазерной ют-лряалоз па^одрц "ABTOKaijrrociwr} спето::::

0!ирг:7гчзс:_::: ^стспозск" Kyîiirzsticuoro агладлолчого лнетллула, тгл: л з уел--лях дптггатэлгстрият-з явного производства, на солро-

с:.: з^ст.удо^глл с лрлзлечглглел стсцдартао$ рзглетрлрузлзл алларатури.

:Гз:л5"-.:Пто лрсстра::с7лел:лл: хараллорлетад рл-л^о^опчля пл! лзлуленхя олрод-здялсс:. лалдорл-.:о7р:лослл:.; ciioccicri.

Гсзлздозл:г:я rorrrcparypiîax полол з зго-'.отр—зстс:::;^ лллззл-л-л -г~о.-г;лн лзлздзл родпо-цголнсЗ тор:.!о:.:-7р;::г.

'.лрлллзр струхттрлдх: лзменодлл з :.:arop,:ar¡ru лзулалсл

Сгр глолопло лрздзллдого угла лзглз'а т-стс-г-г: '-.--or хале .'-;лл:сз лзззлз" лзллоа з1раздзз ход ; • л г.ут -ллг.тл-j-:?rz

ic": хггздхгл, "згалззгла! зднослдззс7ь- "зтодол сгулз^л'илз^з

Л"-—:гл тзул paáo-гы закгат^г-лтоя в елздуллзх. На ззлззз стдсстзулдлх лоддздоз л лрозлтхрзлаллл пяезххх ;лл:пчсллл злелзллод, ззоретлхзсксго акаллза л окссгрзгепта.'пидг: гссдздсвазпл ^ргсфсзгкля лазвртогс лзлулз:л:л гззрд'сдлл *гр;г:г-ддхх разлзла .тохуоатсроа для лсллр^г:лл: лзхкологллзоллл лрзл-з-:оз ллззрлс:: гзллплтзсл'гл: обллбстлл пзд-элпй. Cr гдал лзллд тлл :о:-~?а?орсв- лдла^зггзсхлз'хлл нег.тадпенарк;-:?, лззхэлд-~;";::э -¿з:-г.— :к7в лрорлль ллтэнслзлсс7л ясдглоппя л ре-гудхрзватг ллрлдлгрл дзргогллзелего зоздеДсззлл. Ддкдгтпппкгз ролусалзт;:; :ззл;л;70л ■зейрзтзллз:.- CCD? л лагэллугдзд з страхах СГ.СА. Лчсп/л, 1:алзд-., ллае, ','кдлл, Азз.лрлл, ¡Гве1щартп, Гзрмжш, Фса:лгл:, "олллззрл-аллл, Лталлл л других.

Поотрзплг ^а72:,:ат;г:зс:хл модель г-зллового зоздолслзлд чг зло7з~~гол;'лз .лалзрхзлы дзлхудзлззя ра«2с<гд-:лз:П1лго лзз~рд-сстлого лоззхнлха эязрпгл с лзхендлдххлел харахгзрлстхлд::::.

Срзрз—длрззалн ппжцшг лроектхрозат-хя л разослали гзллс-огллссклз лрсцессл стдлга .ггзтсаих лзхалллхзс^х лзлг'а^рллзгсз, азлаиля злллгххх лехрлгх! л хздярлнсс'длого упрелл-зилл .д.-т'ллзл, рлхзхд?;л1х л -""ззруххлдх дзигаг^лй^ лзтзгздзтлг: аххаразез, л здзлъзздаххз:" фокусат-зроз.

"г^гтич^кад пекиость, Разработаны рокодавдацэт для проектирования, изготовления ¡t оксплуатацлн динамических фгкусаторов "is кэнкроткых т^хноло-лчеоких процессов получены ан&гатлчсскиэ зыражечгля, оггасцвакае ^opr.iy поверхности плоских оотячэских ■ : .■■ '■¡топ. Продлозянк новыо cnocoöu лазерной твргжпгоской осЗра— •• с примененном с$,окусатэроз.

■¡'азработакная математическая медолъ теплового поздоСстбпя доработала для вычлеления нь 33!Л температурных пелен, нмекшх V 'сто и к: не тру fits, о к них материалах при проведении лазерной тер-млчеехоЛ обработка о ирииенешаги ^окусаторов.

,.;£.. отработки, освоения и использования прогрессивной технологии ?!)р-.:;:'ПскоI! обработки деталей проведена доработка про-лазерной технологической установки. Разработаны руководящие технические материалы и типовой -or.vuciz','', процесс лазерной тврулчоской обработка деталоИ, г:р:1М''::Я';шис е конструкциях летательных аппаратов и их двигатоле'!

габотч. Результати исследования внедрены на про; приятии г.Куйбтева с ^.актпчгсглд годовым о-ЭД^ктои 15 тыс.. Р/блсй, используется в работе предприятия г"'."0 н:.и1ру;'за г. ty-Hi а и внедрены в состаз-з комплекса норматпвко-тохнлческой д>-мтаипи га предприятии Центральное специализированное кечет-ру;-;тор::;:ое бвро с факт:тскн\! годовые э^^ектом, приходящимся па долг коллектпьа исполнителе:1. I-'yA/i, тыс.рублей.

Аггг-Мац.»я газеты. Основные результаты, отдельные главы, р:>зд~ ; :: днссе-ртахдонная работа в целом докладывались па Ыож-етр^елеве:.! научно-техническом семинаре (r.Kyü6bnsr>, 15-П декабря !•.>■) г.), "сдОграг.лзБСк научно-техническом совещания (г. '^.'""'Ыдог, КуЛ!:, 13-20 ноября Т93* г.), XI Бсосоэзно;'. коучно-тох-•:::-Г'с:-:оЛ ксн'?>ор-эьстп "Конструкционная прочность двигателе;';" (г. '.\v'\t:izoi>, I-i—15 шли 1933 г.), Третьей отраслевой конкуренции "Таз-:рчая технология в прогысленности" (г.Рлколаов, 12-15 сентяб ря г.), Т.1 БсесовзпоЭ конференции "Теплофизика технологн-ч-ских процессов" (г.Тольятти, 15-21 октября 1333 v.), "еготрас-.--■во" ссзоса:Пгл "Лазер-гко технологические установки и -перспективы их применения з прог-лиенност-.Г (г.-.ссква, 21-22 ноября I2S5 г.), '-зучно-техкэтоскои семинара "Применение лазеров в народном хозяйство" (г.'.'дасс, 1^-22 сентября 1953 г.), 1У Всесоюзном научно-техническом ссведш^'п-се.-.'лнаре "Компьстерная оп-тнка" (г.Тольттп, 13-22 февраля 19Э0 г.), региональном семинаре "Тазерная техника и технология в матиностроегпгп"' (г.Куйбызев,

оЗ октября ГЗЭОг.), научно-тв.снлчос'.ах соьш&рох 121 у^ич:^ 'лйтоттлчгскпо системы энергетических установок" ¡чу я ч Чраторни*Мазорнан оптика" ¡^:б1£Л'.'£ского •риллала ¡."„С У.. Ал ■:,У:Л\

Дубликат,":::« .1о .:ат^риалам дигсзртоада Ц

татных работ, в то:.; *г:;сл) получено о поло.гпельных .: • „з! ¡¡ч зндачу авторских ;Бпд.:?ель':?а -ССР, имеется лодтзег^о!;.:-хоДского Глтэн^ксго Бюро об орс;.цл-?ний заягкп ::а натэн-.' .'■' >,1 'Способ и устройство для лазерной обработки объектов.

II. СЗнЛ-'ЩЩ Р/йЮТИ

£иссертац&1 состоит аз тлг>де:-..!л, о глав, зшелачеиг:.-! у. !р;!локош1.1. Работа пзле.-геьа на а ¿7 страницах, вкл^часл- ±7 ту/).-;;;:; : 51 рисунок. Список ла'лратуры содержат 10нлзганмй.

Введение. Во оззла^ш обосновжетоя актуальность отлшол работы. Сфорцуллзозаш цоль л осгишкыэ задача ::сслс-.г,о-и-.-шя. Кратко лплочзно содор:зан::о по главам.

л 'У1''!--.: глав--; дан обзоу соаромзпиого <;сслс;ы;'л ъг.грсса ::?;•-:снепня лаз'.рлого воздействия для Ьсрмирова'.'ия сгру:-:";у;> тис:; а-:ов соотзетлтзиа с тохнелолгчоским и вхоглуехашогсш« на-к.ачг-шек деталей. Рассмотрены тохнолог-.п^егдо о^обэииэстл кгос:>^-.-. шаллз факторов, т,:мптрул'.":х качественное изготовлена'} дога:^.: [етатсльных агшаратоз и лх двигателей способами лазерчоЛ ? >;-::.:-гзе.сой обработан.

Вторая г лапа, поезздона теоретически асследовакггяк ссрг.гл-юьаняя лазерных пучков отратллщ;мл оптически и; эл<::.:е ¿г.',;лл. ■оздания требуемого энергетического воздействия. -.р;;з<.;дап .налптпческлх завзслисотсй формы рабочих псзорсюсгзИ феуусЕ.т.)-•ов по технологическому назначении для конкретных деталей ,у..,-сь ермическо/; обработки. Определена область применен::;, ¡гокуоаторс:. технологических операциях. Обоснована целесообразность ения нового тиаг фокусатороь-д'.гааьБпеских пли нестацио:-'арш.х. ипззденк расчет» иэменеггпя размеров ;; фирмы фокального пятна, ерераспределен?я профиля шгснсазаосги излуче-гая, пз)г-ноч::я фо-уского расотоття дянаг-'пчоекдма фо^'сагораш. мг. вывода у?;1з:;о-

фермы рабочей поверхности отрааэацхс опт::ч:!о:-их олэ:.:з;гго2 лу:21Т геометрические закон:: отрахз^я лучзп, а такг.а условие рохоздениа взех отралеганх от фокусируемого элемента лучэл чг-еэ заданную фокальнуи область. Аналитические гя с:грс-

элскея фср:,-ы поверхности датаа.\".лчес:;::х оптических олзг.йнтсз г.^у.,-тазлэнь. ? табл. I.

г: С> Vi С--: Ji j-S ь г; с. £ • ïr, С Я ' ; с <j t: я a:-.-S r: :: ci lÎlll n V с t. l 1 - £3 Г, tí. D C.fcí H к ri ci о =:.-. e с rv> t-C o ra 5 ~ í3 í: Щ Uûrïrl ■Ti с- с o cr с с: к ri

i.1 С f Í- •X м V vL "JL, î ГУ СЪ ,N i о lb "(1 __. ¡0«. >■ — i s. 5 ö u> ! i M 1 Is S-'? > £ V. S S ^ i VC Ъ V} * 0 л ,v •C .ji" ? * 1" £ Ä 1. >1 tS щ >-¡13' S- Í 'S i S ¡V Чл "X fs -, "J • J?, к >ъ о 1 > «Míí V s I r-.j 1 ^ IV vu4 Ci ^ !iu o. -r;- ^ V'o Л Ci -

г ! 1 ï с и i :: г: -"Y- Í i'

— " i- - f ;

i ■ •; : ':' __ • г ' Ш' ' Ч : - ) - -- i

h 1 - I« 1« M

/

В табл. I обозначено: и , V - координаты продольного :: поперечного сеченая оптического элемента; £ - ось, перпзн-гдлркал плоскости элёыэнта; - длина светового отрез1л; - ¿окуеное -расстояние; - рад;;ус расчетного лучка излу-

чения; г - параметр расчетного яучка гауссовского распределе-!П!Я излучения; С - область определения; расчетного пучка\Т(В/г)~ зкач-чше двойного интеграла вероятностей в области С ; ££ чает:, сбластп С , ограниченна1; ее сечением ц осгаы координат; у - ¿тол поворота оптического злег/.еьта; о , Ср - по-дл.л:и:. лоердллатн пдескелтл едс:.:ента; гг - скорость псромсгр-ллл ^д.тогогс пятна лзп ллацепли оптического эдоизпта с угловой

л

слс-рлет^о си ; о - •л.акслт.'алъксс я^реио^-зкяс светового д.ляа; уЗ - ;ггсл наклона зеркальной поверхности з точке падс-лгга; Л - радиус-вектор ¿окуггфуоглого пучка; а - рас; лелллу в^додн::' гс-ркадок резонатора и оиткческллл элвгзяте л; иЧ - радиус падолдагс на злелент пугла с учетом его . л:~;.;лл:ллл; д , о' - проекции координат £ , у на .л; елтлче•.•:•;•;■ ле элл/лпа; ¿7^ ось, предодлцая черзз

л. :ллд:л. иачг^а координат далекости 1/ОУ на хокалълуз :;::екаеть л ле;хлдллл ^трэзск; о( - угол ллллду осьз 0§ л лрс-лл;л^.. ал: 01/ ла секал^нуэ плоскость.

; .лглл. с:л;:. лелллдноетл (е:.:.таод.1) олень елодко дли кевоз-ллдд. лллголлнть сслрегеннк:.:™ тохнн'-тзскпмй ерздегвама. В прдбдп-д:с::п>: таелгл- лелерлнеелл кслутаг-т ь вида проенллрезалнещ зонной .дл^елд; (.лллл-ал.'лл; г.зда^акта длосг.сй оптдкл.

^ис:агл.:.а пр;гр-а;.:..а расчета дроРллл интенсивности излуче-ллл л .ллллгъл:!; ддеслеелл днналлчеекего 1,е-;уса?ора для Зг.>1 20-

лл л,л: ... а::ра да угол <р "'разка Г

1.

-/-со а г с ¿с п{0^7-?&1пФ) |

. - л г.сс -денд результаты г::;пер'с.:ентадъдд:: ;:с-

л......л с:лл..,.лл...::л лреел.г-адетл:дл::л: халактернгт;л: излуче-

.л. ... .......:л лелд;:-гд:л ал-г/лне-го расстояния л длн-

ллл... .л.ллла, лрлетланстл-^кдогл распределения клглнелз-: :;.•;; разлил-длс упад недорога дин&\ического отра-л:лл сд.л.ллда. Сплелла конструкция технодоглчес-ге:;глл ла лазе д:;наг.л:чос1:оге фокусатсра, сбоско-

.л... ;•:: ..издл-зть л у::аза;:а область его применения

го

Изменение фокального расстояния при повороте оптического элемента (а); распределение интенсивности вдоль оси в фокусе оптического элемента (б); профили интенсивности в пд :кости, находящейся на расстоянии ЧУ- ^ от

о,г

;

__

И

X/* Л/2

а

у90

Ьа р.!с. I предстазлснц результаты теоретических и кссперп-м лглъ-ьних псследованиД ло определению интенсивности излучения вдоль оси в фокус о динамического оптического элемента

при различних значениях угла его поворота <р и профили ин-т-.нездаоегл излучения в фокально;! плоскости, находящейся на расстоянии ЪУ-^* от фокусатора.

¡.:аксиматьная плотность мощности при фокусировке излучения СЗ-,-тс:оюлогич';скса установки "Латус-31" мокщостыо Оп =103Вт в плоскости \А/"достигается при у =0 и равна

О =(Л...7)'10/Бт/;.!2. Мри повороте фокусатора на угол у?=90° в фокусе оптического элемента плотность мощности на осп О^ ш:еет значение ср =(5,0.. .10,1) •Ю'ит/н^, а на расстоянии

: ср =(0,4.. .0,5) -ю' 'Зт/м^. Экспериментально полученные Результат;! подтверждают расчетк, приведенные з глазе 2. Относительная погро:иность, обусловленная когрепностьо аппроксимации

интенсивности излучения исходного пучка, состазляот ¿(1... 2)%.

т

Раечки—:: л зкспер:гм;пталъпцл граТкш кжшеняя положения фокуса в зависимости от угла поворота у> динамического фокусатора гоггетавгпнн па рис. 1,а.

ч?т»сртсЛ главе разработана математическая модель теплового воздействия на конструкционное материал:; дви.-фчдегося расп-родеЛ'. иного иоворхностного источника энергии с изменяющимся характеристика-.:::. .'ризедеш результаты теоретических исследований температурных поле,;, ;?..;еших место в конструкционных материалах гтри проведонип лазерной термической обработки с применением фо-кусаторов. Укспиршлонталыше исследования проведем на стенде для бес::опта];тного определения температурного воздействия на констр;лзг.:онние материала на базе тепловизора "Радуга".

Температуру Т в точглх тонкой пластины и пояубсскокеч-юго тела, дви-ХГ^пхся со скорость:: V относительно ограниченного поверхностного источника тепла с измонялцьйся кнтенсив-] эстьа (х'} (/', 6) , целесообразно определять по огноие-ь гям /

—^---г^

т ' О -oo

- ; * ) I ---I

-oO T

где R - коэффициент отражения материала; J? - коаффицпзнт теплопроводности; с? т - коэффициент температуропроводности материала; Оп - толщина пластины; ê^ - коэффициент темлературссг-да-гп; t - зрзмя; X; у - координаты плоскости обработки; OZ - ось, перпендикулярная плоскости обработки. ' иолучекнке решения возможно зепользозать при расчете параметров технологических процессоз лазерной термической обработки деталей с покрытиям з тех случаях, когда отношение температур zJ на границе раздела слоев и на поверхности покрытия, полученные при poiusiîzni основного уравнения теплопроводности в одномерном приблн-занял a зянзйной подстановке для двухслойного ¡материала прл ^сальном тепловом контакте, тЛ ^ 0,5.

Грозеденшгз экепэр.пзнтатъные нсслздеза'ппт показал:!, что рас-'¡с îiiutj значения температур длл выбранного класса материалов з с::-рокнх диапазонах скорости дзжззнпя ( =(3...30)•10~3м/сек} п кощ-нзотн ( . .1,2)•ПЯБт) теплового источника с точностью

(!5...C0),j еозг^аот с экспериментальными. '.--.■гя глуй сэсьяззка вопроса:.: разработки и внедрения способов xzi-ipzQiï термической обработки деталей, щшипяглкх з пенст-рууцлях дздтателэй летательных аппаратов. :йюбсдз;яш нссгзяованвд форшфоглнил лазерных пучков с помочь.-:» плоских оатгчесгспг элементов и пссгздозгяия тетературных поле "г дзи^-лдихся распределенных Я'лот-шюз тепла с зз'ланяэдиется характеристиками позволяют зыо-рагь оптимальные варианты технологических процессов лазерной термической обработки на стадии их проектирования, для отработки, о<гзоок;:я п использования прогрессивной технология лазерного сдека-1ггя псарнтлй, ûrsîra листовах изталдическлх солуфабрикатоз и тер-уоусрочкзяйя деталей црозед-лта доработка промышленной даззрней тзхпслогачесхой установки. Исследования s области формирования crpystryp материалов с улучшением фпзико-глехашпеских свойств выполнены с прпмедегхпзы иеталжографдчесх-сого оборудования. Указаны ■ пересс-ягдзы-исподьзоваг^ая. результатов исследования з црсаазкшнос-

. 433.a:. . .лыс тсхлолог.:чсс:со сроцессы лаззрлсго от:..;, г ,л:е-л:~лл ' cvx д.глу.аб-рлхстзз. лазерного спекалкл зл.лу.ллс .. г улроллелля легален с лсл^енеллел "оку-

сг> л-.зл-. -.-л;: л;ллл::л> ¿кс;:.:уат.1!;лсш;ыо характеристики дзта->•;<,..а зы.-хл'о дав л тазстуроннного двлгал^уя л де-;¿::r-T?:v: влутрс.-'Г-.-о сгср;_.ля ;.:алораз;.лрлсго лстаггльього ав-... .ал, слл:ленля лс крыт ля AIITkíA-j'', '.аассопизго

•. ...лу из еллава ^л-^лчллантсл ла ID...Í:;?. Адгс—

л" лз :сг.с :„.л:.:г: ло;лл;глл + о аэдсдосм

:л..лсоо л„ лодло..л:у лз аллллнлевсло елллла А.4Го улс-л л.ллл.у..; ла ¿j. . Снимается лороятлоси) слолел,

. ^лкроллволлл покрытий и значительно пелллаетел ладе:.~-• лил.

^¿лилл д.'тадоИ лз с прлл^л-ылю:.. схсмы нагрева по

л'.:ради л динамического Vw'cavopa ^сзесддст повысить лх уста-miiuc.v.uccTb л 1,5...I, .•' рала дг/л увеличении ипкретвор-лолерхлостлоло слсл л золе тонического влияния л л...2,о

¿.ззтему зозмемло значительно снизить вероятность излома верной -.слуосх колекзала двигателя внутреннего сгорания.

предельно!; угол изгиба прл холодно:.; дофоркхфозаики образцов з титанового сплава 0T4-I толллшои S =2»10~3м увеличивается a 50... 60,", ойразцев из Г..;г2Л толукиод & =1,5-10~3м- более с.м на I0...I5,.j (изгиб до соприкосновения сторон). Это лоззоля-т проводить ги^ку титанового сплава без подогроза заготовки, то значительно повидает пролззодл'тельность техпроцесса. Ловша-гся точность изготовления деталей из нагартовашых или термо-зрочке-niux алюминиевых сплавов.

Лспользованне динамических фокусатороз излучения в отрезок эзволяет оазспочигь оптимальные рплллы обработки деталей. Снк-!5гся вероятно?гь брала и з 2...4 раза повшазтея производитель-■>сть. ллзрабстан типовой тсхпроцесс лазерной термической обра->ткл конструщио-шых .материалов.

л л-лглолелиях ир;зе^эни: вывод аналитических выражений, оли-.аазднх форму поверхности огра-аачлпх статических фокусатороз; > граммы для вычислении на оценки погрешности экспериментов; к гргм.ла для управления технологическим лаззрнш комплексом; ру-12 >длхх;е технические материалы п типовой технологический процесс > рной термической обработки; докутленты о внедрении и патэнтова-

Ш. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

.. I. Выполненные теоретические м экслерлме11тадьщ10 иссдодова— ния формирования лазерных иучков с помощью плосг-их оптически:: адамситов для задач териичзскои обработки материалов позволили разработать принципы расчета оптических конструкций, обеспочизаицих измените профиля интенсивности излучения и регулирование дарамотроз энергетического воздействия. Исследования пространственны:: харак-тернстик многомо,нового излучения, формируемого динамическим фоку-сатором показали слодущье: фокусное расстояние 1грц врздеыш фога>-сагора уконъшаетоя на величину 7/Ллсрц\

длина фокального отрезка в фокусе при повороте оптического элемента да угол с/5 ---Ж/2 уменьшается в 1.3 раза, а на рассто.вши

увепчивается в 1,5 раза при увэлкчошы его ашринц в 3,5 раза. Происходит поворот светового пятна ь плоскости, герпен-дпкулярной направль."е.и падающего луча, на угол , разнил

ц? = , и измзнение профиля интенсивности излу-

чения. '.1лотиос1Ь люцностг с? в центре светозого пятна в Фстсусо оптического.элемента увеличивается в 1,9 раз, а на расстоянии 'ИЛу1 уыюш.'даотся в 10... 15 раз при уменьшении максимальней плотности ыовдооти ^гг>ах 3 20...25 раз. Максимальная интенсивность для пучка многоходового излучения диаметром

17 "(30.. .43)*.1СГ3ц и мощностью =103Зт составляет

О -(0... 7) • 101 Вт/м'^.

2. ':еор.1титеские исследования в сочетании с получзтьг.'Н экс-.чорплзптал.'>..;!ж;, данными дали возможность разработать способ рас:; т^ .-.р. сяк.1 температурных нолей, лмещих моего в однооодшх ¡•мне материалах при двихе:а;а теплового источника с иг-

!.'С!«к:цгц:?:л кон5иг,ури;::ои и распределение..; интонстшоети. Плгучгн-возмочь использовать при расчете параметров те..шело-¡.'.тгулм:: процессов лазерной термической обработки деталей с пог.рн-г^па в то:: случая::, когда отношение температур ъЯ на границе ;*.йдолй слоев и на поверхности покрытия, под} чепнш при реаеша : .::>сз.юго уравноклк теплопроводности в одноуэрноы црибдпзеяпк и ::.•:.{••;»1-:о.'1 ичдотелювкс ди двухслойного матери?та при идеалдкок .'.Л'.о; ; 'Л-саитз, гЯ>, и,5. Для рапжгпшх .энструкцнотаах гл£.те-::.. дс у-лся рлд эксаеупьгантальшгх дашт., згдоагпаорительао '•.. ..:'?• •.••..с ^ 15...203) с означали л; с расчетшс-П! дая еи-

•рч '-/.: с-.-.р/йдл;* мо'дюзтл :1злучс;шя а езорлеп обработки.

-.„Г-:;.*;/— т-тстоюлогтчоскис- пуоцосеи от.'угга днетозкх

аетаддзческах лс луфаЛзкатов, спокан:: i зглзтных покретий я поверхностного упрочнения деталей с применением фокусаторов позволяют повысить эксплуатационные характеристики деталей компрессора высокого давления газотурбинного двигателя и деталей двигателя внутреннего сгорания малоразмерного летательного аппарата. Так, прочность сцепления покрытия АКБ+НА-67, нанесенного ка подложку из сплава ЭП718-ИД, увеличивается на 10. ..15$.- .Адгезионная прочность износостойкого покрытия КГП35Н+85Н с подслоем КА-57, нанесенного на подложку из алюминиевого сплава АЛ4Т6 увеличивается минимум на 20...25$. Закалка деталей из 40ХНМА позволяет повысить их усталостную выносливость в 1,5... 1,7 раза при увеличении микротвердости поверхностного слоя в зоне термического влияния в 2...2,5 раза. Предельный угол изгиба при холодном деформировании образцов из титанового сплава 0T4-I толщиной (£> =2.10-3м увеличивается ка 50...60^, образцов из Л!«г2Н толщиной =1,5.10~3м - более чем на 10...15%. Использование динамических йокусаторов излучения в отрезок позволяет такте снизить вероятность брака и повысить производительность технологических процессов в 2___4 раза.

4, Проведенные в лабораториях лазерной технологии CIüITil и НПО "Труд" испытания типового устройства на базе динамического фо-кусатора показали целесообразность его серийного изготовления з составе оптической головки для лазерной технологии. Результаты выполненных исследовании внедрены на предприятии ККБМ с фактическим годовым эффектом 15 тыс.рублей, используются в работе предприятия КШЮ игл.Фрунзе и внедрены в составе комплекса нормативно-технической документации на предприятии ЦСКБ с фактическим годовым эффектом, приходящимся на долю коллектива исполнителей КуАИ, ~ 214 тыс. рублей.

Основное содержание работы изложено в 16 публикациях;:

1. Устройство для локального отлита листовых заготовок: Пол.веа. по заявке .'2416324 731-02 от 2МО.36 /С.П.'.!урзин, Л.Н.Сисакяк, В.П.Зорин, З.А.Соифер, Б.Ii.Мордасов.

2. Способ разупрочнения листовой заготовки перед штамповкой и устройство для его реализации: Лол.реп. по заявке .'84150175/31-27 от 17.II.33 /С.П.'дурзин, В.П.Шорин, З.А.Соифер, В.И.Иордасоз, 3.В.Попов.

3. Способ непрерывной сварки полимерных материалов внахлест и устройство для его осуществления: A.C. 1599239 СССР, '.'¡Кд В 29 С о5/16 /С.П.Г/урзин, В.П.Шорин, В.И.Мордасов.- 5с.: ил.

4. Способ изготовления изогнутых деталей из листовых заготовок:

A.C. I5I5495 СССР, В 21 D 5/01 /С.П.Мурзин, В.П.Шорин,

B.И.Мордасов.- Зс.: ил.- д.с.п.

5. !Дурзин С.Е. Применение фокусаторов при лазерной обработке ма-

териалов// Применение лазерной техники в авиастроении: Ыеявуз. сб.научн.тр.- Куйбышев, 1987.- С.ЗЗ-Зб.-д.с.а.

6. Автоматизированная технология изготовления фовусаторов ¡"¡й-диапазона/ С.П.Мурзин, Ы.А.Голуб, С.В.Карпеев, К.В.Овчинников, В.С.Соловьев, ы.Н.Шинкарев// Оптическая запись и обработка информации: Сб.научн.тр.- Цуйбышев: В^АИ, 1938.- С.14-18.

7. ¡«¡урзин С.П., Мордасов В.И. Применение специализированного' оборудования лазерной обработки в заготовительном производстве// Физические проблемы импульсной обработки металлов и сплавов.-Куйбышев, 1988.- С.145-149. '

8. Применение фазовых ЭШ в лазерной технологии производства двигателей летательных аппаратов./ Ыурзин С.П., Шорин В.П., Сой-

• тер В.А., Мордасов 3.Л.//Конструкционная точность двигателей: Тез.докл. ХГВсесоюзн.научн.-техн.конф.- 1\уйбышев, 1983.- С.163-

9. Улучшение штампуемости листовых материалов с использованием лазерного отапга/ Мурзин С.П., Шорин В.П., Мордасов В.И., Морозов Л.Н., Гопштейн Л.Л.// Теплофизика технологических процессов: Тез.докл. УП Бсесоюзн.Научн.-техн.конф.-Тольятти, 1988.- С.72.

10. дурзан С.П., Шорин В.П., Ыордасов В.П. Исследование процессов лазерной поверхностной обработки деталей Г£у/ Лазерные техно-лоппзсхше установка н перспективы их применения з промыплзннос-тп, Тез. докл.ме;ютвас левого совещания.- а. :1о!АТ, 1933.- С.20-22.- д.с.п.

11. Повышение стойкости высокотемпературных защитных и ударопрочных покрытий лазерным спеканием/ ¡Лурзпн С.и., Шотлга В.Л., ..юрдасоз З.л., .'Лорозоз Л.Н.// Применение лазеров в народном хозяйстве: Тез.докл. а! Всесоазн.конй.- Троицк: шЩГд АН"СССР, 1338.-С.108.

12. Устройство для поверхностной обработки штоопфюв излучение:.!: Пол".тзеш. по заявке 34406312/31-02 от 29.02.33/ С.П.й1урзин, ;1.Н. Спсакзн, В.П.Шорин, В.А.Сойфер,. В.И.Мордасов,- д.с.п.

13. Способ изготовления фокусатора: Пол.реш.по заявке .'54465730/ 24-10 от 23.05.38/ С.П.Цурзин, В.И.ЫорДасоз, С.В.Артешин.

14. Термообработка деталей летательных аппаратов на роботизированном лазерном комплексе/ ¡Дурзин С.П., Мордасов В.Е., Хохлова Е.В., Чернякин В.В.// Применение лазеров в народном хозяйстве: Тез. докл. зонального научн.техн.семинара.- Челябинск, 1989.- С.29-30,

15. Мурзпн С.П., Шорин Б.П., Мордасов Б.И. Исследование процессов лазерной поверхностной обработки деталей ГТДУ/Авиационная промышленность.- 1990,- Приложение Л4.- С.13-20.- д.с.п.

16. :.урз1Ш С.П. Совершенствование технологии лазерной обработки путем применения фазовых оптических элементов// Применение лазерной техники в авиастроения: ¡Лежвуз.сб.научн. тр.- Куйбышев, 1990.- С. 47-55.- д.с.п.

Подписано в печать ой -9/. щ Формат 60x34 1/16. Офсетная печать. Усл.п.л. 1,0. Уч.-изд.л. 1,0, Тираж 100 экз. Заказ й£Ъсл, Бесплатно. г.Самара, СмрАИ, Ульяновская, 18. УОП.